例1已知三棱锥
的四个顶点在球
的球面上,
,
是边长为
的正三角形,
分别是
的中点,
,则球
的体积为
.
解:以
为原点建立如下图所示的空间直角坐标系,
易得各点坐标为
设
,则
由
得:
又由
得:
由
解得
,设
外接球球心
,半径为
,则由
得:
即有
即外接球体积为
注:这题好像是年全国卷一理数一题.
例2三棱锥
中,
平面
,
,则该三棱锥的外接球表面积为
.
解:以
为原点建立如图所示的空间直角坐标系,
易得各点的坐标为
设其外接球球心
,半径为
,则由
有
即有
例3已知三棱锥
中,
点
是
的中点,点
在平面
上的射影恰好为
的中点,则该三棱锥外接球的表面积为
.
解:以
为原点建立如图所示的空间直角坐标系,
易得各点坐标为
设
,由
有
由
是
的中点,记
的中点为
,则
由题
,即
由
得
即
,设其外接球球心
,半径为
;则由
得:
解得
则其外接球表面积为:
例4已知四面体
的一条棱长为
,其余棱长为
,且所有顶点都在表面积为
的球面上,则
的值等于
.
解:以
为原点建立如图所示的空间直角坐标系,
易得各点坐标为
由
设
,则
解得
设该三棱锥外接球球心
,半径为
,则由
得:
解得:
又球面积为
,即
注意到
,解得
.
例5在正三棱锥
中,
是
的中点,且
,底面边长
,则正三棱锥
的外接球体积为
.
解:以
为原点建立下图所示的空间直角坐标系,
易得各点坐标为:
设
,易得
,则由
得
又
,即
,即
由
解得:
设其外接球球心
,半径为
,则由
得:
解得:
即有
则其外接球体积
例6在四面体
中,
二面角
的平面角为
,则四面体
外接球的表面积为
.
解:以
为原点建立如图所示的空间直角坐标系,
易得各点坐标为
设
,由
有:
又因为平面
的一个法向量为
,设平面
的一个法向量为
,则
不妨取
,则
由
解得:
即
,设其外接球球心为
,半径为
,则由
得:
解得:
即
,故其外接球表面积
例7已知在三棱锥
中,
则三棱锥
外接球的体积为
.
解:以
为原点建立如图所示的空间直角坐标系,
易得各点坐标为
设
,则由
得
解得
,即
,设其外接球球心
,半径为
,则由
得
解得
故外接球半径为
故其体积为
例8已知四面体的一条棱长为
,其余棱长均为
,则这个四面体的外接球的半径为
.
解:以
为原点建立如图所示的空间直角坐标系,记
,其余棱长为
,
易得各点坐标为
设
,则由
得
解得:
即
,设其外接球球心
,半径为
,则由
得:
解得:
即
总结:其实对于绝大部分求外接球半径的问题,只要能建立合理的坐标系,确定好各点坐标,再利用球面上各点到球心的距离都等于球的半径即可解出.当然我并不是很推崇这种作法,传统的方法一般能够更加简洁,但是暴解也不失为一种处理方法.
许伯豪
数学是天赋,勤奋是选择。