20届高考数学一轮复习讲义(提高版) 专题9.3 空间几何体外接球和内切球(原卷版)
空间中的外接球进阶求法 讲义-2023届高三数学一轮复习
空间中的外接球摘要：本文主要讨论一些常见空间几何体的外接球半径的求解方法，总结相应的公式。
对于更一般的几何体的外接球，用多种方法进行求解，本文引用了最新高考题以及课本中的例题，对于教师教学和学生自学都有参考作用。
一、旋转体外接球的公式在高中阶段，忧外接球的旋转体就是圆台，圆柱，圆锥，任何一个这三类旋转体，都有外接球，下面推导相应的外接球公式 1、圆台外接球半径公式的推导圆台的外接球公式为()hr r r r h h r r l l R 24242221222212212-++=+=……（1），其中l 为圆台的母线长，h 为圆台的高，1r 、2r 为圆台的上、下底面的半径，下面推导公式。
先证明一个引理：引理1：ABC ∆中，a 、b 、c 分别为角A 、B 、C 所对的边，c h 为c 边上的高线，ABC ∆外接圆半径为：ch ab R 2=。
证明：由三角形面积公式c ABC ch C ab S 21sin 21==∆，不难得到R Cc h ab 2sin ==，即ch abR 2=。
所有参数的意义如上文，设一个圆台的轴截面为等腰梯形ABCD ，其中CD AB //，12r AB =，22r CD =，l BC AD ==。
显然梯形ABCD 的高即为圆台的高h 。
由托勒密定理可得2124r r l BC AD CD AB BD AC +=⋅+⋅=⋅。
由于BD AC =，所以2124r r l AC +=。
不难得到等腰梯形ABCD 的外接圆即为圆台外接球的大圆，ABC ∆的外接圆半径与等腰梯形ABCD 半径相同，故只需求ABC ∆的外接圆半径。
而由引理1可得：hr r l l R 24212+=。
考虑等腰梯形ABCD 的腰()2212r r h l -+=，代入公式整理可得：()hr r r r hR 242221222212-++=。
例1：（2022年高考卷II 第七题）正三棱台高为1，上下底边长分别是33和34，所有顶点在同一球面上，则球的表面积是（） A 、π100 B 、π128 C 、π144 D 、π192 代入公式（1）可得圆台外接球半径为5，则外接球表面积为π100，选A 2、圆柱与圆锥的外接球半径公式若令r r r ==21，h l =，即可得到圆柱的外接球半径公式：224r l R += (2)，其中r 为底面半径，l 为母线长。
空间几何体的外接球、内切球问题 课件-2023届高三数学一轮复习
3π
A.
B．24π
2
[答案] C
C. 6π
D．6π
(
)
五、直棱柱（圆柱）的外接球模型
h 2
R r ( )
外接球半径
2 （ r 底面外接圆半径， h 为侧棱长（高））
2
a
2r=
sin A
练习
1.在直三棱柱 ABC A1B1C1 中，若 AB BC , AB 6, BC 8, AA1 6 ，则该直三棱柱
2023年高考第一轮复习
空间几何体的外接球、内切球
问题
一、球体的表面积与体积公式
4 3
体积 =
3
表面积 = 42
用一个平面去截一个球，截面是圆面。球的截面
有如下性质：1. 球心和截面圆心的连线垂直于
截面.2. 球心到截面的距离d与球的半径R及截
面的半径r有下面的关系：
PS：球心在外心的正上方，球心在弦的中垂面上.
r内切球
6
a
12
R外接球
6
a
4
轴截面法
P
P
h-r
r
D
h-r
O
r
B
H
B
A
r
D
2R
O
r
R
O
2R
R
O
A
B
H
A
D
C
例 已知一圆锥的底面直径与母线长相等，一球体与该圆锥的所有母线
：
和底面都相切，则球的表面积与圆锥的表面积的比值为
( B )
2
A．
3
4B．9源自2 6C．98
高考数学空间几何体的外接球与内切球常见题型
高考数学空间几何体的外接球与内切球常见题型本文介绍了空间几何体的外接球与内切球的经典类型，其中第一种类型为墙角模型，即三条棱两两垂直，不需要找球心的位置即可求出球半径。
具体方法是找到三条两两垂直的线段，然后使用公式2R=a+b+c或2R=a^2+b^2+c^2来求出R。
例如，在已知各顶点都在同一球面上的正四棱柱的高为4，体积为16的情况下，可以求出该球的表面积为32π。
第二种类型为对棱相等模型，补形为长方体。
在这种情况下，需要找到对棱相等的空间几何体，并补成长方体。
例如，如果三棱锥的三个侧面两两垂直，且侧棱长均为3，则其外接球的表面积为36π。
除此之外，文章还给出了一些具体的例子，如正三棱锥S-ABC中，M、N分别是棱SC、BC的中点，且AM⊥MN，若侧棱SA=23，则正三棱锥S-ABC外接球的表面积为36π。
同时，文章还提到了一些需要注意的引理，如正三棱锥的对棱互相垂直等。
需要注意的是，文章中存在一些格式错误和明显有问题的段落，需要进行删除或修改。
题设：三棱锥（即四面体）中，已知三组对棱分别相等，求外接球半径（AB=CD，AD=BC，AC=BD）首先，我们可以画出一个长方体，标出三组互为异面直线的对棱，如图2-1所示。
设出长方体的长宽高分别为a,b,c，AD=BC=x，AB=CD=y，AC=BD=z，列方程组：a^2+b^2=x^2b+c=yc^2+a^2=z^2根据墙角模型，我们可以得到2R=a+b+c=2(x^2+y^2+z^2)/(x^2+y^2+z^2)，化简得到R=sqrt(2)/2*(x^2+y^2+z^2)/(x^2+y^2+z^2)，求出R即可。
例2（1）如下图所示三棱锥A-BCD，其中AB=CD=5,AC=BD=6,AD=BC=7，则该三棱锥外接球的表面积为。
2）在三棱锥A-BCD中，AB=CD=2，AD=BC=3，AC=BD=4，则三棱锥A-BCD外接球的表面积为。
3）正四面体的各条棱长都为2，则该正面体外接球的体积为。
2023届高三数学一轮复习专题 空间几何体的外接球与内切球问题 讲义 (解析版)
空间几何体的外接球与内切球问题高考分析： 球与几何体的切接问题是近几年高考的高频考点，常以选择题和填空题的形式出现，以中档题和偏难题为主. 一、几种常见几何体的外接与内切球 1.长方体的外接球 (1)球心：体对角线的交点；(2)半径：R ＝a 2＋b 2＋c 22(a ，b ，c 为长方体的长、宽、高)．2.正方体的外接球、内切球及与各条棱相切的球 (1)外接球：球心是正方体的中心；半径R ＝32a(a 为正方体的棱长)； (2)内切球：球心是正方体的中心；半径r ＝2a(a 为正方体的棱长)；(3)与各条棱都相切的球：球心是正方体的中心；半径=2r a (a 为正方体的棱长)． 3.正四面体的外接球与内切球(1)外接球：球心是正四面体的中心；半径R (a 为正四面体的棱长)；(2)内切球：球心是正四面体的中心；半径r (a 为正四面体的棱长)．求外接球问题常用方法：1.补体法。
将几何体补形成长方体正方体等常见模型去求解2.外接球的球心都在过底面外接圆圆心的垂线上（注意球体可以滚动所以可以选择较为方便计算的那一面作为底面）3.利用外接球球心到几何体各顶点距离都等于半径4.球心与截面圆圆心的连线垂直于截面圆求外接球的关键是确定球心位置，进而计算出外接球半径。
题型一：柱体的外接球1.已知一个正方体的所有顶点在一个球面上，若这个正方体的表面积为18，则这个球的体积为_________．2.已知三棱柱111ABC A B C －的底面是边长为6的正三角形，侧棱垂直于底面，且该三棱柱的外接球的表面积为12 ，则该三棱柱的体积为_________．3.已知各顶点都在一个球面上的正四棱柱高为4，体积为16，则这个球的表面积是( )A ．16πB ．20πC ．24πD ．32π4.已知圆柱的底面半径为12，它的两个底面的圆周在直径为2的同一个球的球面上，则该圆柱的体积为( )A.πB.3π4 C.π2 D.π4题型二：锥体的外接球5.求棱长为1的正四面体外接球的体积为_________．6.已知正四棱锥P －ABCD 内接于一个半径为R 的球，则正四棱锥P －ABCD 体积的最大值是( )A.16R 381B.32R 381C.64R 381 D ．R 3 7.如图，在四棱锥P －ABCD 中，底面ABCD 为菱形，PB ⊥底面ABCD ，O 为对角线AC 与BD 的交点，若PB ＝1，∠APB ＝∠BAD ＝π3，则三棱锥P －AOB 的外接球的体积是_________．8.已知△ABC 是面积为的等边三角形，且其顶点都在球O 的球面上.若球O 的表面积为16π，则O 到平面ABC 的距离为（ ） A.B.C. 1D.9.已知,,A B C 为球O 的球面上的三个点，⊙1O 为ABC 的外接圆，若⊙1O 的面积为4π，1AB BC AC OO ===，则球O 的表面积为（ ）A. 64πB. 48πC. 36πD. 32π10.《九章算术》中对一些特殊的几何体有特定的称谓，例如：将底面为直角三角形的直三棱柱称为堑堵．将一堑堵沿其一顶点与相对的棱切开，得到一个阳马(底面是长方形，且有一条侧棱与底面垂直的四棱锥)和一个鳖臑(四个面均是直角三角形的四面体)．在如图所示的堑堵ABC －A 1B 1C 1中，AA 1＝AC ＝5，AB ＝3，BC ＝4，则阳马C 1－ABB 1A 1的外接球的表面积是( )A ．25πB ．50πC ．100πD ．200π11.已知三棱锥P −ABC 的四个顶点在球O 的球面上，PA =PB =PC ，△ABC 是边长为2的正三角形，E ，F 分别是PA ，AB 的中点，∠CEF =90°，则球O 的体积为 A ．68πB ．64πC ．62πD ．6π12.已知正三棱锥的所有顶点都在球O 的球面上，其底面边长为3，E,F ,G 分别为为侧棱AB,AC,AD 的中点.若O 在三棱锥A -BCD 内，且三棱锥A -BCD 的体积是三棱锥O -BCD 体积的3倍，则平面EFG 截球O 所得截面的面积为微专题 球与几何体的切接问题——内切球1.半径为R 的球的外切圆柱(球与圆柱的侧面、两底面都相切)的表面积为_________，体积为_________．2.若正四面体的棱长为a ，则其内切球的半径为_________．3.已知正三棱锥的高为6，内切球(与四个面都相切)的表面积为16π，则其底面边长为( ) A ．18 B ．12 C ．6 3 D ．434.将半径为3，圆心角为2π3的扇形围成一个圆锥(接缝处忽略不计)，则该圆锥的内切球的体积为( )A.2π3 B.3π3 C.4π3D ．2π 5.如图，已知球O 是棱长为1的正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1的内切球，则平面ACD 1截球O 的截面面积为( )A.66π B.π3 C.π6 D.33π题型三 最值问题6.已知底面是正六边形的六棱锥P －ABCDEF 的七个顶点均在球O 的表面上，底面正六边形的边长为1，若该六棱锥体积的最大值为3，则球O 的表面积为_________．7.四棱锥S －ABCD 的所有顶点都在同一球面上，底面ABCD 是正方形且和球心O 在同一平面内，当此四棱锥的体积取得最大值时，其表面积等于8＋83，则球O 的体积等于( )A.32π3B.322π3 C ．16π D.162π38.已知SAB 是边上为2的等边三角形，045ACB ∠=，则三棱锥体积最大时，CA = ;其外接球的表面积为。
高考数学一轮复习第六章专题六几何体的外接球与内切球问题课件
)
A.4 3π
B.8π
C.12π
D.20π
解析：在底面△ABC 中，由正弦定理得底面△ABC 外接圆的
半径为
r＝2sin B∠CBAC＝2sin2
3π＝ 4
2.
直三棱柱 ABC-A1B1C1 的外接球的半径 R＝ ( 2)2＋12＝ 3，
r2＋A2A12＝
则直三棱柱 ABC-A1B1C1 的外接球的体积为43πR3＝4 3π.
当
λ＝12时，cos〈E→B，E→G〉＝2
3
2 .
∴cos〈E→B，E→G〉的最大值为2
3
2 .
∵A→C＝(－1，1，0)，A→F＝(0，1，1)， ∴E→B·A→C＝E→B·A→F＝0. ∴EB⊥AC，EB⊥AF. ∵AC∩AF＝A，∴EB⊥平面 AFC. ∵E→B·E→G>0，∴cos〈E→B，E→G〉即为 EG 与平面 AFC 所成角
如图 6-7 所示，把四面体 S-ABC 补全为长方体 ABCD-SPMN， 其中 SA，AB，BC 为长方体中首尾相连且两两相互垂直的三条棱， 点 H 为 PM 中点.
图 6-7
∵GH∥AP，∴G，H 两点到平面 AEF 的距离相等.
设点 H 到平面 AEF 的距离为 d.
∵△APF 是边长为 2 2的等边三角形，
[例 1]已知一个圆锥底面半径为 1，母线长为 3，则该圆锥内
切球的表面积为( )
A.π
B.32π
C.2π
D.3π
解析：依题意，作出圆锥与球的轴截面，如图
6-1 所示.设球的半径为 r，易知轴截面三角形边 AB
上的高为 2 2，因为△SOD∽△SBE，所以SSOB＝OBED，
即2 32－r＝1r，解得 r＝ 22.所以圆锥内切球的表面
高中数学几何体的外接球与内切球
.几何体的外接球与内切球1、内切球球心到多面体各面的距离均相等，外接球球心到多面体各顶点的距离均相等。
2、正多面体的内切球和外接球的球心重合。
3、正棱锥的内切球和外接球球心都在高线上，但不重合。
4、体积分割是求内切球半径的通用做法。
一、外接球（一）多面体几何性质法1、 已知各顶点都在同一个球面上的正四棱柱的高为4，体积为16，则这个球的表面积是 A.16π B.20π C.24π D.32π小结 本题是运用“正四棱柱的体对角线的长等于其外接球的直径”这一性质来求解的. 2、一个长方体的各顶点均在同一球的球面上，且一个顶点上的三条棱的长分别为1，2，3，则此球的表面积为 。
（二）补形法1、，则其外接球的表面积是 .2、设,,,P A B C 是球O 面上的四点,且,,PA PB PC 两两互相垂直,若PA PB PC a ===, 则球心O 到截面ABC 的距离是 .小结 一般地，若一个三棱锥的三条侧棱两两垂直，且其长度分别为a b c 、、，则就可以将这个三棱锥补成一个长方体，于是长方体的体对角线的长就是该三棱锥的外接球的直径.设其外接球的半径为R，则有2R =3、三棱锥O ABC -中，,,OA OB OC 两两垂直，且22OA OB OC a ===，则三棱锥O ABC -外接球的表面积为（ ）A ．26a π B ．29a π C ．212a π D ．224a π4、三棱锥ABC P -的四个顶点均在同一球面上，其中ABC ∆是正三角形 ⊥PA 平面62,==AB PA ABC 则该球的体积为（ ）A. π316B. π332C. π48D. π364.答案及解析：10.B点评： 本题考查球的内接体与球的关系，考查空间想象能力，利用割补法结合球内接多面体的几何特征求出球的半径是解题的关键．5、如图的几何体是长方体 1111ABCD A B C D -的一部分，其中 113,2AB AD DD BB cm ====则该几何体的外接球的表面积为 (A 211cm π (B) 222cm π (C)211223cm ( D)21122cm π答案及解析：12.【知识点】几何体的结构. G1B 解析：该几何体的外接球即长方体1111ABCD A BCD -的外接球，而若长方体1111ABCD A B C D -的外接球半径为R ，则长方体1111ABCD A B C D -的体对角线为2R ，所以2222211(2)332222R R =++=⇒=，所以该几何体的外接球的表面积222cm π，.故选 B.【思路点拨】分析该几何体的外接球与长方体1111ABCD A B C D 的外接球的关系，进而得结论.6、一个几何体的三视图如图所示，其中正视图和侧视图是腰长为1的两个全等的等腰直角三角形，则该几何体的外接球的表面积是（ ）A ． 12πB ． 4πC ． 3πD ． 12π答案及解析：14.考点： 由三视图求面积、体积．分析： 三视图复原几何体是四棱锥，扩展为正方体，它的体对角线，就是球的直径，求出半径，解出球的表面积．解答： 解：由三视图知该几何体为四棱锥，记作S ﹣ABCD ，其中SA⊥面ABCD ．面ABCD 为正方形，将此四棱锥还原为正方体，易知正方体的体对角线即为外接球直径，所以2r=．∴S 球=4πr 2=4π×=3π． 答案：C点评： 本题考查三视图求表面积，几何体的外接球问题，是基础题．.（三）寻求轴截面圆半径法1、正四棱锥S ABCD 的底面边长和各侧棱长都为2，S A B C D 、、、、都在同一球面上，则此球的体积为 .小结 根据题意，我们可以选择最佳角度找出含有正棱锥特征元素的外接球的一个轴截面圆，于是该圆的半径就是所求的外接球的半径.本题提供的这种思路是探求正棱锥外接球半径的通解通法，该方法的实质就是通过寻找外接球的一个轴截面圆，从而把立体几何问题转化为平面几何问题来研究.这种等价转化的数学思想方法值得我们学习.2、求棱长为 a 的正四面体 P – ABC 的外接球的表面积3、三棱柱ABC ﹣A 1B 1C 1中，AA 1=2且AA 1⊥平面ABC ，△ABC 是边长为的正三角形，该三棱柱的六个顶点都在一个球面上，则这个球的体积为（） A ． 8πB ．C ．D ． 8π 答案及解析：7.C考点： 球的体积和表面积．专题： 计算题；空间位置关系与距离．分析： 根据题意，正三棱柱的底面中心的连线的中点就是外接球的球心，求出球的半径即可求出球的体积．解答： 解：由题意可知：正三棱柱的底面中心的连线的中点就是外接球的球心， 因为△ABC 是边长为的正三角形，所以底面中心到顶点的距离为：1；CDA B SO1图3.因为AA 1=2且AA 1⊥平面ABC ，所以外接球的半径为：r==．所以外接球的体积为：V=πr 3=π×（）3=．故选：C ．点评： 本题给出正三棱柱有一个外接球，在已知底面边长的情况下求球的体积．着重考查了正三棱柱的性质、正三角形的计算和球的体积公式等知识，属于中档题． 8.4、已知三棱锥A BCD -中，2AB AC BD CD ====，2BC AD =，直线AD 与底面BCD 所成角为3π，则此时三棱锥外接球的体积为 A. 8π2π42π82答案及解析：11.D（四）球心定位法1、在矩形ABCD 中，4,3AB BC ==，沿AC 将矩形ABCD 折成一个直二面角B AC D --，则四面体ABCD 的外接球的体积为 A.12512π B.1259π C.1256π D.1253π2、如图所示是一个几何体的三视图，则这个几何体外接球的表面积为A O DB图4.A. 8πB. 16πC. 32πD. 64π3、三棱锥P ABC -中，底面ABC ∆是边长为2的正三角形， PA ⊥底面ABC ，且2PA =，则此三棱锥外接球的半径为（ ）A ．2B ．5C ．2D ．321 4、如图，在三棱锥A ﹣BCD 中，△ACD 与△BCD 是全等的等腰三角形，且平面ACD⊥平面BCD ，AB=2CD=4，则该三棱锥的外接球的表面积为．B ．C ．答案及解析：D ．27.E ．F．考点：球的体积和表面积；球内接多面体．G．专题：空间位置关系与距离．H．分析：取AB，CD中点分别为E，F，连接EF，AF，BF，求出EF，判断三棱锥的外接球球心O在线段EF上，连接OA，OC，求出半径，然后求解表面积．I．解答：解：取AB，CD中点分别为E，F，连接EF，AF，BF，由题意知AF⊥BF，AF=BF，EF=2，易知三棱锥的外接球球心O在线段EF上，连接OA，OC，有R2=AE2+OE2，R2=CF2+OF2，求得，所以其表面积为．J．故答案为：．K．L．点评：本小题主要考查球的内接几何体的相关计算问题，对考生的空间想象能力与运算求解能力以及数形结合思想都提出很高要求，本题是一道综合题，属于较难题．M．28.N．29.A-中，底面BCD为边长为2的正三角形，顶点A在底面BCD上的5、在三棱锥BCD∆的中心，若E为BC的中点，且直线AE与底面BCD所成角的正切值为射影为BCDA-外接球的表面积为__________．O．22，则三棱锥BCDP．答案及解析：Q．29.π6R．二、内切球问题1、一气球（近似看成球体）在不变形的前提下放在由长为2的12根木条搭成的正方体中，该气球球表面积最大是__________．..2、正三棱锥的高为 1，底面边长为26 。
2020年高考数学专题复习《空间球之“外接+内切球”》
A.4 B.3 C.2 D.
答案见 114-115 页
变式 2.在四面体 ABCD 中,
题型 2：顶点、球心、小圆圆心
AB CD 4 2, AC BD AD BC 3 则该四面体的外接球的体积________.
三点共线（针对椎体） 解法归纳： (1).何时利用三点共线？
①正棱锥（如正三棱锥,正四棱锥）
S ABC
1 2
r
C周长
r 2S ABC C周长
例 6.（2016 年全国新课标卷 3）在封闭的
直三棱柱 ABC A1B1C1 内有一个体积为 V 的球，若 AB BC , AB 6, BC 8
AA1 3, 则 V 的最大值是（
）
A. 4 B. 9 C. 6 D. 32
2
3
三、课下巩固
的球 O1 ，同时在三棱柱 ABC A1B1C1 外
有一个外接球 O2 ，若 AB BC, AB 3 ,
BC 4, 则球 O2 的体积为________.
7.（2020 年惠州模拟）已知点 A,B,C,D 在 10.（2017 年全国新课标卷）已知三棱锥
同一个球的球面上， AB BC 2 ， AC 2 ，若四面体 ABCD 的体积为 2 3 ，
4 ，侧棱长为 2 6 ，则此球的表面积为 ______.
答案见 115-116 页 变式 5.已知正三棱锥 P ABC 的四个顶点 类型 3 已知椎体的高或求高且球心不在高线上 均在球 O 上，且 PA PB PC 2 5,
AB BC AC 2 3 则球 O 的表面积为（ ）
A. 25 B. 125 C. 5 D. 20
SC 为球 O 的直径，且 SC 2 ；
则此棱锥的体积为（ ）
2023届高三数学一轮复习专题 空间几何体的外接球与内切球研究 讲义 (解析版)
空间几何体的外接球与内切球研究专题补充内容一。
三角形的四心：1。
重心：三条中线的交点。
★重心定理：三角形的重心到顶点的距离等于它到对边中点距离的2倍。
2。
垂心：三条高线的交点。
3OA OB OC==4。
ABC=r()11112222ABC OAB OAC OBCS S S S ar br cr a b c r =++=++=++补充内容二。
等边三角形中的一些重要的量：设等边三角形边长为a。
★★1；2。
面积2ABCS=；3。
O为正三角形中心（正三角形四心合一），外接圆半径3AO R ==，内切圆半径6OD r ==。
:2:1R r =。
补充内容三：正棱锥。
如正三棱锥、正四面体、正四棱锥。
★★（2）过底面正多边形的中心作底面的垂线，则垂线上任一点到正多边形各顶点的距离都相等，垂线上点（正多边形的中心除外）与底面正多边形均构成正棱锥。
一．棱柱的外接球：一、正方体、长方体外接球与内切球研究：设正方体棱长为a ，。
① 正方体外接球直径为体对角线，即2R =② 正方体内切球直径为棱长，即2r a =。
推广：长方体相邻三棱长为,,a b c 2R =，其中2R 为长方体外接球直径。
题型一：若有三边两两垂直的，则用补形法构造一个长方体，该长方体的体对角2.直三棱柱外接球：规律：直三棱柱外接球的球心位于上下底面三角形外接圆圆心连线的中点上。
例1.在三棱柱中，侧棱垂直于底面，且三棱柱的体积为3，则三棱柱的外接球的表面积为（ ）111ABC A B C -90,301ACB BAC BC ∠=∠==，，111ABC A B C -111ABC A B C -A． B ． C ． D ．解：0090301ACB BAC BC ∠=∠==，，2ACAB ∴==3又三棱柱的体积为 ∴棱柱的高为因三棱柱上下底面三角形的外心在斜边的中点上11,AB A B ∴三棱柱外接球的球心位于中点连线的中点上，如图：12R OA ∴===2416.S R ππ∴==球注意：本题也可以用补形法构造一个长方体。
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9.3 空间几何外接球和内切球一．公式1.球的表面积：S ＝4πR 22.球的体积：V ＝43πR 3二．概念1.2.考向一 长（正）方体外接球【例1】若一个长、宽、高分别为4，3，2的长方体的每个顶点都在球O 的表面上，则此球的表面积为__________．【举一反三】1.已知一个正方体的所有顶点在一个球面上，若这个正方体的表面积为18，则这个球的体积为________．2.如图是一个空间几何体的三视图，则该几何体的外接球的表面积是________.考向二棱柱的外接球【例2】直三棱柱ABC−A′B′C′的所有棱长均为2√3，则此三棱柱的外接球的表面积为（）A．12πB．16πC．28πD．36π【举一反三】1.设直三棱柱ABC-A1B1C1的所有顶点都在一个球面上，且球的表面积是40π，AB=AC=AA1，∠BAC=120°，则此直三棱柱的高是________.2.直三棱柱ABC−A1B1C1中，已知AB⊥BC，AB=3，BC=4，AA1=5，若三棱柱的所有顶点都在同一球面上，则该球的表面积为__________．考向三棱锥的外接球类型一：正棱锥型【例3-1】已知正四棱锥P ABCD-的各顶点都在同一球面上，体积为2，则此球的体积为（）A. 1243πB.62581πC.50081πD.2569π【举一反三】1.已知正四棱锥P ABCD-的各条棱长均为2，则其外接球的表面积为( )A. 4πB. 6πC. 8πD. 16π2．如图，正三棱锥D ABC -的四个顶点均在球O 的球面上，底面正三角形的边长为3，侧棱长为则球O 的表面积是( )A ．4πB ．323πC ．16πD ．36π类型二：侧棱垂直底面型【例3-2】在三棱锥P ABC -中， 2AP =， AB = PA ⊥面ABC ，且在三角形ABC 中，有()cos 2cos c B a b C=-（其中,,a b c 为ABC ∆的内角,,A B C 所对的边），则该三棱锥外接球的表面积为（ ） A. 40π B. 20π C. 12π D.203π【举一反三】1.已知几何体的三视图如图所示，则该几何体的外接球的表面积为（ ）A.214π3B.127π3C.115π3D.124π32.已知三棱锥S ABC －中， SA ⊥平面ABC ，且30ACB ∠=︒， 21AC AB SA ===.则该三棱锥的外接球的体积为( )B. 13π 类型三：侧面垂直与底面型【例3】已知四棱锥P −ABCD 的三视图如图所示，则四棱锥P −ABCD 外接球的表面积是（ ）A. 20πB.101π5C. 25πD. 22π【举一反三】1.《九章算术》是我国古代数学名著，它在几何学中的研究比西方早一千多年，其中有很多对几何体外接球的研究，如下图，网格纸上小正方形的边长为1，粗线画出的是某几何体的三视图，则该几何体的外接球的表面积是（）A. 81πB. 33πC. 56πD. 41π2．已知如图所示的三棱锥D ABC -的四个顶点均在球O 的球面上，ABC ∆和DBC ∆所在平面相互垂直，3AB =，AC =BC CD BD ===O 的表面积为( )A ．4πB ．12πC ．16πD ．36π3．三棱锥P ABC -的底面是等腰三角形，120C ∠=︒，侧面是等边三角形且与底面ABC 垂直，2AC =，则该三棱锥的外接球表面积为( ) A ．12π B ．20π C ．32π D ．100π类型四：棱长即为直径【例3-4】已知底面边长为√2，各侧面均为直角三角形的正三棱锥P −ABC 的四个顶点都在同一球面上，则此球的表面积为（ ）A. 3πB. 2πC. 43π D. 4π【举一反三】1．已知三棱锥P ABC -的所有顶点都在球O 的球面上，PC 是球O 的直径．若平面PCA ⊥平面PCB ，PA AC =，PB BC =，三棱锥P ABC -的体积为a ，则球O 的体积为( )A ．2a πB ．4a πC ．23a πD ．43a π考向四 墙角型【例4】某几何体的三视图如图所示，则该几何体的外接球的体积是（ ）A B C ．3π D ．【举一反三】1.已知四面体ABCD 的四个面都为直角三角形，且AB ⊥平面BCD ，AB =BD =CD =2，若该四面体的四个顶点都在球O 的表面上，则球O 的表面积为（ ） A ．3πB ．2√3πC ．4√3πD ．12π2．已知一个棱长为2的正方体被两个平面所截得的几何体的三视图如图所示，则该几何体外接球的表面积是( )A ．24πB ．20πC ．16πD ．12π3．在三棱锥P 一ABC 中，1PA PB PC ===，PA 、PB 、PC 两两垂直，则三棱锥P ABC -的外接球的表面积为( ) A ．12πB ．6πC ．4πD ．3π考向五 内切球【例5】正三棱锥的高为1，底面边长为62，正三棱锥内有一个球与其四个面相切．求球的表面积与体积．【举一反三】1．球内切于圆柱， 则此圆柱的全面积与球表面积之比是( ) A ．1:1B ．2:1C ．3:2D ．4:32．若三棱锥A BCD -中，6AB CD ==，其余各棱长均为 5 ，则三棱锥内切球的表面积为 ． 3．一个几何体的三视图如图所示， 三视图都为腰长为 2 的等腰直角三角形， 则该几何体的外接球半径与内切球半径之比为( )A B C D 考向六 最值问题【例6】已知球O 的内接长方体ABCD A B C D -''''中，2AB =，若四棱锥O ABCD -的体积为2，则当球O 的表面积最小时，球的半径为( )A ．B ．2CD ．1【举一反三】 1．已知A ，B 是球O 的球面上两点，90AOB ∠=︒，C 为该球面上的动点，若三棱锥O ABC -体积的最大值为36，则球O 的表面积为( )A ．36πB ．64πC ．144πD ．256π1．已知正三棱柱111ABC A B C -的底面边长为3，外接球表面积为16π，则正三棱柱111ABC A B C -的体积为（ ）A ．4B ．2CD ．22．已知P ，A ，B ，C ，D 是球O 的球面上的五个点，四边形ABCD 为梯形，//AD BC ，2AB DC AD ===，4BC PA ==，PA ⊥面ABCD ，则球O 的体积为（ ）A ．3BC ．D ．16π3．已知三棱锥S ABC -的各顶点都在一个球面上，球心O 在AB 上，SO ⊥底面ABC ，球的体积与三棱锥体积之比是4π，AC =（ ）A．πB．2πC．3πD．4π4．某三棱锥的三视图如图所示，则此三棱锥的外接球表面积是（）A．163πB．283πC．11πD．323π5．如图，网格纸上小正方形的边长为1，粗实线画出的是某几何体的三视图，已知其俯视图是正三角形，则该几何体的外接球的体积是（）A B C．193πD．223π6．《九章算术》中将底面为长方形，且有一条侧棱与底面垂直的四棱锥称之为“阳马”现有一阳马，其正视图和侧视图是如图所示的直角三角形.若该阳马的顶点都在同一个球面上，则该球的表面积为（）A．√6πB．6πC．9πD．24π7．如图，边长为2的正方形ABCD中，点E、F分别是AB、BC的中点，将ΔADE，ΔBEF，ΔCDF分别沿DE，EF ，FD 折起，使得A 、B 、C 三点重合于点A ′，若四面体A ′EDF 的四个顶点在同一个球面上，则该球的表面积为( )A ．5πB ．6πC ．8πD ．11π8．某简单几何体的三视图如图所示，若该几何体的所有顶点都在球O 的球面上，则球O 的表面积是：（ ）A ．8πB ．12√3πC ．12πD ．48π9．已知三棱锥O −ABC 的底面ΔABC 的顶点都在球O 的表面上，且AB =6，BC =2√3，AC =4√3，且三棱锥O −ABC 的体积为4√3，则球O 的体积为（ ）A ．32π3B ．64π3C ．128π3D ．256π310．我国古代数学名著《九章算术》中有这样一些数学用语，“堑堵”意指底面为直角三角形，且侧棱垂直于底面的三棱柱.现有一如图所示的堑堵，AC BC ⊥，若12A A AB ==，则堑堵111ABC A B C -的外接球的体积为（ ）A ．3B ．8πC ．3D ．43π11．在三棱锥P ABC -中.2PA PB PC ===.1AB AC ==，BC =则该三棱锥的外接球的表面积为（ ）A ．8πB ．163πC ．43πD ．2712．一个各面均为直角三角形的四面体有三条棱长为2，则该四面体外接球的表面积为（ ）A ．6πB ．12πC ．32πD ．48π13．已知在三棱锥P ABC -中，1PA PB BC ===，AB =，AB BC ⊥，平面PAB ⊥平面ABC ，若三棱锥的顶点在同一个球面上，则该球的表面积为（ ）A B ．3 C ．2π D ．3π14．已知三棱锥D ABC -的体积为6，在ABC ∆中，2AB =，4AC =，60BAC ∠=︒，且三棱锥D ABC -的外接球的球心O 恰好是AD 的中点，则球O 的表面积等于（ ）A ．323πB ．643πC ．43πD ．42π14．已知三棱锥S ABC -各顶点均在球O 上，SB 为球O 的直径，若2AB BC ==，23ABC π∠=，三棱锥S ABC -的体积为4，则球O 的表面积为（ ）A ．120πB ．64πC ．32πD ．16π15．已知三棱柱111ABC A B C -的侧棱与底面垂直，12,4AA BC BAC π==∠=，则三棱柱111ABC A B C -外接球的体积为（ ）A ．B ．C ．D ．16．在三棱锥A BCD -中，BC BD ⊥，AB AD BD ===，6BC =，平面ABD ⊥平面BCD ，则三棱锥A BCD -的外接球体积为( )A ．36πB ．2563πC ．5003πD ．288π17．已知三棱锥P-ABC 中，PA=4，BC=6，PA ⊥面ABC ，则此三棱锥的外接球的表面积为（ ）A ．16πB ．32πC ．64πD ．128π18．三棱柱111ABC A B C -的侧棱垂直于底面，且1,2AB BC AB BC AA ⊥=== ,若该三棱柱的所有顶点都在同一球面上，则该球的表面积为（ ）A ．48πB ．32πC ．12πD ．8π19．一个几何体的三视图如图所示，则该几何体的外接球的表面积为（ ）A ．20πB ．16πC ．D ．20．我国古代《九章算术》将四个面都为直角三角形的四面体称为鳖月需.如图是一个鳖月需的三视图，其中侧视图是等腰直角三角形，则该鳖月需的外接球的表面积是（ ）A ．5πB ．6πC ．12πD ．24π21．在三棱锥P ABC -中，PC ⊥底面ABC ，90BAC ∠=，3AB =，4AC =，60PBC ∠=，则三棱锥P ABC -外接球的体积为（ ）A ．100πB ．5003πC ．125πD ．1253π 22.已知四棱锥M ABCD -，MA ⊥平面ABCD ，AB BC ⊥，180BCD BAD ∠+∠=︒，2MA =，BC =30ABM ∠=︒.若四面体MACD 的四个顶点都在同一个球面上，则该球的表面积为（ ）A ．20πB ．22πC ．40πD ．44π23．一个几何体的三视图如图所示，其中正视图是一个正三角形，则这个几何体的外接球的表面积为( )A ．163πB ．83πC ．D ．24．已知四面体ABCD 外接球的球心O 恰好在AD 上，等腰直角三角形ABC 的斜边AC 为2，DC =，则这个球的表面积为（ ）A ．254πB ．8πC ．12πD ．16π25．已知三棱锥A −BCD 中，BC ⊥CD ，AB =AD =√2，BC =1，CD =√3，则该三棱锥的外接球的体积为( )A ．4π3B ．8π3C ．8√2π3D ．36π26．已知三棱锥A SBC -，各顶点均在以SC 为直径球面上，2AB AC BC ===，则这个球的表面积为_____________。