几何体外接球精美讲义
空间几何体外接球问题精品课件(共27张ppt)全
合作探究一：
（3）已知正四面体A-BCD，所有棱长都相等，点 A，B，C ，D都在球O 的表面上，如何求这个球的半径？
合作探究一：
（4）已知三棱锥 A-BCD，AB=CD=a，AD=BC=b，AC=BD=c，则三棱锥 A-BCD 外接球的半径?
合作探究二：
（5）已知正三棱锥 P-ABC，点 P，A，B，C 都在球 O 的表面上，顶点 P 到面 ABC 的距离为 h，底面△ABC 外接圆的半径为x，如何求这个球的半径？
O
O'
合作探究二：
（6）已知直三棱柱 ABC-A1B1C1，所有顶点都在球 O 的表面上，直三棱柱的高为 h，底面△ABC 外接圆的半径为x，如何求这个球的半径？
O
O'
O''
针对训练二： 1.正四棱锥的顶点都在同一球面上，若该棱锥的高为 4，底面边长为 2，则该球的表面积为（ ） A. B.16π C.9π D. 2. 正三棱柱 ABC-A1B1C1中，AA1=AB=2，则该三棱柱的外接球半径为__________.
空间几何体外接球问题
几何体与球的组合问题，一种是内切球，一种是外接球。纵观高考题，这种位置关系在高考中既是考查的热点，也是考查的难点，这是因为与球有关的几何体能很好地考察学生的空间想象能力以及化归能力。下面就常见几何体的外接球问题进行分析，找出规律，以便同学们更好地迎接高考。
已知正方体ABCD-A1B1C1D1的长、宽、高分别为a、b、c且它的8个顶点都在球面上，求这个球的半径？
长方体外接球的直径等于长方体的体对角线。
复习回顾：
几何体的外接球
几何体的外接球一、球的性质回顾如右图所示：O 为球心，O’为球O 的一个小圆的圆心，则此时OO’垂直于圆O’所在平面。
二、常见平面几何图形的外接圆外接圆半径（r ）的求法1、三角形：（1）等边三角形：等边三角形也即正三角形，其满足正多边形的基本特征：五心合一，即内心、外心、重心、垂心、中心重合于一点。
内心：内切圆圆心，各角角平分线的交点；外心：外接圆圆心，各边中垂线的交点；重心：各边中线的交点；垂心：各边垂线的交点；中心：正多边形特有。
从而等边三角形的外接圆半径通常结合重心的性质进行求解：a a r 332332=⋅=（其中a 为等边三角形的边长） （2）直角三角形：结合直角三角形的性质：直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半；可知：直角三角形的外接圆圆心位于斜边的中点处，求解过程比较简单，该处不做重点说明。
（3）等腰三角形：结合等腰三角形中三线合一的性质可知：等腰三角形的外接圆圆心位于底边的高线即中线上。
由图可得：22)2()(a r h r +-=思考：钝角三角形和锐角三角形外接圆圆心位置的区别。
（4）非特殊三角形：考察较少，若出现除以上三种情况以外的三角形在求解外接圆半径时可以参考使用正弦定理。
2、四边形常见具有外接圆的四边形有：正方形、矩形、等腰梯形，其中正方形与长方形半径求解方法类似，等腰梯形的外接圆圆心不在中学考察范围内，不用掌握。
外接圆圆心是在几何图形所在平面的一个到各个顶点距离相同的点；外接球球心则是空间中到几何体各个顶点距离相同的点。
结合上述所讲内容，外接圆圆心与外接球球心有许多相似之处以三角形为例，过三角形的外接圆圆心作三角形所在平面的一条垂线，不难得到：该垂线上的任意一点到该三角形三个顶点的距离恒定相等。
转化到几何体中，如正方体，其外接球球心位于体心位置，其与正方体任一表面正方形的中心连线均垂直于该正方形。
从而我们得出如下结论：几何体的外接球球心与底面外心的连线垂直于底面，也即球心落在过底面外心的垂线上，简单称之为：球心落在底面外心的正上方。
几何体外接球精美讲义
第二讲几何体的外接球和内切球问题※基础知识:1.常见平面图形：正方形，长方形，正三角形的外接圆和内切圆长方形（正方形）的外接圆半径为对角线长的一半，正方形的内切圆半径为边长的一半；正三角形的内切圆半径：］外接圆半径：-33a三角形面积：、芦正三角形三心合一，三线合一，心把高分为2:1两部分。
■■ I ■ I —2.球的概念：概念1：与定点距离等于或小于定长的点的集合，叫做球体，简称球•，定长叫球的半径；与定点距离等于定长的点的集合叫做球面• 一个球或球面用表示它的球心的字母表示，例如球o或L O .概念2:半圆以它的直径为旋转轴，旋转所成的曲面叫做球面，球面所围成的几何体.■ . X ' I -°叫做球体，简称球。
3.球的截面:用一平面:去截一个球0，设00,是平面〉的垂线段，O 为垂足，且00 =d，所得的截面是以球心在截面内的射影为圆心，以r二R2-d2为半径的一个圆，截面是一个圆面.球面被经过球心的平面截得的圆叫做大圆，被不经过球心的平面截得的圆叫做小圆4 .空间几何体外接球、内切球的概念:定义1：若一个多面体的各顶点都在一个球的球面上，则称这个多面体是这个球的内接多面体，这个球是这个多面体的外接球。
定义2 :若一个多面体的各面都与一个球的球面相切，则称这个多面体是这个球的外切多面体，这个球是这个多面体的内切球。
长方体的外接球正方体的内切球5.外接球和内切球性质：(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)基本方法：构造三角形利用相似比和勾股定理。
(5)体积分割是求内切球半径的通用做法。
____________________________________________________________________________________________________ / ! f、L 3" h J ” _；____________________________________________________________________________2 4 36.公式：球的表面积公式：S=4「：R ;球的体积公式： 7 =H R312,2 2长方体的外接球半径公式：R「a b C，其中a,b,c分别为长方体共顶点的3条棱2长2正棱锥的外接球半径公式：R = a，侧棱2=2R外h正棱锥，其中a为侧棱长，h为正棱锥的2h高正棱柱的外接球球心在两底面中心连线的中点处。
几何体的外接球精彩讲义
例 已知三棱锥 A − BCD 中，AB=AD=CD=1，BC⊥CD， BD = 2 , ,则该三棱锥的外接球的半径
为
．
A
解：如图所示，△ABC，△BCD 均为直角三角形，O 为 BC 的中点，
易知，O 为外接球球心， R = 1 BC = 2 。
2
2
B
C
O
D
结论 6：一般棱锥外接球球心的找法
寻找底面多边形的外接圆的圆心 M 过 M 作底面的垂线 l 任选一侧棱，取其中点，过中点作侧棱的垂面，垂面与 l 的交点即为外接圆的圆心
中， AB ⊥ BC, BC ⊥ CD ，平面BCD ⊥ 平面ABC ，BC=BD=AB=2,则该三
棱锥的外接球的半径为
．
解：如图，可知 R = 3
注：含有三个直角三形的三棱锥一般均可以补成长方体： 例：已知在三棱锥 P-ABC 中，已知 AB=1，PA=2，AC=3，其外接球的半径为 R (1)若 PA⊥AB，PA⊥AC，AB⊥BC，则 R= (2)若 PA⊥AB，PA⊥PC，AB⊥BC,则 R= (3)若 PA⊥AB，PA⊥AC，AB⊥AC，则 R=
注：实际使用中，通常在垂线 上任设一点 O ，然后利用 O 到各点的距离相等，从而确定外接球球心的
半径 （二）补形法 构造正方体或长方体确定球心
方法一：补成棱柱
有两个面是共直角边的三棱锥，可补成棱柱
例：已知在三棱锥 A-BCD 中，底面△BCD 是边长为 3 的等边三角形，且 AC = AD = 13 ，若 AB=2，
例：已知一个平放的各棱长为 4 的三棱锥内有一个小球 O（重量忽略不计），现从该三棱锥顶端向内注
水，小球慢慢上浮，若注入的水的体积是该三棱锥体积的 7 时，小球与该三棱锥各侧面均相切（与水 8
球专题几何体的外接球与内切球问题(教学课件)——高中数学人教A版(2019)必修第二册
请同学回顾球的表面积与体积公式
(1)设球的半径为 R,则球的表面积 S=4πR 2 .
(2)设球的半径为 R,则球的体积 V= πR 3 .
例题解析
1
球的截面问题
用一个平面去截球，截面一定是圆面.
截面过球心，圆为球的大圆(如地球仪上
的赤道圈)；截面不过球心，圆为球的小
圆
例题解析
所以球的表面积
为2，求球的表面积.
解：如图所示，作出轴截面，因为ΔABC为正三角形，
练习巩固
练习巩固
练习3:已知OA为球O的半径,过OA的中点M且垂直于OA的平面截球面
得到圆M.若圆M的面积为3π,则球O的表面积等于
解析:由题意得圆 M 的半径 r=
由勾股定理得 R2=r2+
答案:16π
,解得
,又球心到圆
1
球的截面问题
练习巩固
1
球的截面问题
练习： 过球面上A，B，C三点的截面和球心的距离是球
半径的一半，且AB=BC=CA=2，则球的表面积是多少？
课堂探究
2
球与几何体外接、内切问题
解决与球有关的外接、内切问题的关键
1、确定球心位置
重
要！
2、构造直角三角形，确定球的半径
球与多面体
1、多面体外接球：多面体顶点均在球面上；球心到各顶点距离为R
2、多面体内切球：多面体各面均与球面相切；球心到各面距离为R
球与旋转体
旋转体的外接球与内切球：球心都在旋转轴上
球与旋转体
①长方体或正方体的外接球的球心是其体对角线的中点；
②正三棱柱的外接球的球心是上下底面中心连线的中点.
例题解析
2
高考二轮复习《专题三：简单几何体的外接球》课件
AC BD 7,则此四面体的外接球的表面积为 55 .
6
A
7
5
7
B 6
a
D
c
5
b
C
a2 b2 36
a2
c2
49
b2 c2 25
R 1 a2 b2 c2
2
1 55 2
课程小结
关键
几何体的外接球
确定球心
棱锥的外接球
交点
棱柱的外接球
过外心的 面的垂线
棱的中垂 面
.
A
B
C
自主探究
6.在三棱锥 A BCD中，BC CD 2, BC CD, AB 平
面 BCD, AB 4 ，则此三棱锥的外接球的表面积为 24 .
A
D
B
C
B
C
自主探究
6.在三棱锥 A BCD中，BC CD 2, BC CD, AB 平
面 BCD, AB 4 ，则此三棱锥的外接球的表面积为 24 .
体的外接球的表面积为 28 .
AMC 120o,OMC 60o
A
MM1
1 CM 3
1，
O
D
OM1
3，Q
M1C
2 CM 3
2
M
M1
B
R OC 7
C
巩固训练
2.已知正三棱锥 A BCD ，底面边长为2 ，侧棱长为 2 则该正
三棱锥的外接球的表面积为 6 . A
O RD
B
M
C
巩固训练
3.已知四面体 A BCD中，AB CD 5 , AD BC 6,
自主探究
1.棱长为 a的正方体的外接球的半径为
3a 2
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
数学精讲精练讲义-空间几何体外接球13讲学生版
第1讲长方体模型一、解题技巧归纳总结1．正方体的外接球的球心为其体对角线的中点，半径为体对角线长的一半．2．长方体的外接球的球心为其体对角线的中点，半径为体对角线长的一半．3．补成长方体（1）若三棱锥的三条侧棱两两互相垂直，则可将其放入某个长方体内，如图1所示．（2）若三棱锥的四个面均是直角三角形，则此时可构造长方体，如图2所示．（3）正四面体-P A B C 可以补形为正方体且正方体的棱长=a ，如图3所示．（4）若三棱锥的对棱两两相等．．．．．．，则可将其放入某个长方体内，如图4所示图1图2图3图4二、典型例题例1.）A ．π83B ．π2C ．π4D ．π43例2.一个正四棱柱的各个顶点在一个直径为2cm 的球面上．如果正四棱柱的底面边长为1cm ，那么该棱柱的表面积为2cm ．例3.一个长方体的各顶点均在同一球面上，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．例4.已知三棱锥P A B C -的顶点都在同一个球面上（球)O ，且2P A =，P B P C ==当三棱锥P A B C -的三个侧面的面积之和最大时，该三棱锥的体积与球O 的体积的比值是．三、玩转练习1．张衡(78年~139年）是中国东汉时期伟大的天文学家、文学家、数学家．他的数学著作有《算罔论》，他曾经得出结论：圆周率的平方除以十六等于八分之五．已知正方体的外接球与内切球上各有一个动点A ，B ，若线段AB 的最小值为31-，利用张衡的结论可得该正方体的外接球的表面积为()A ．30B ．1010C ．1210D ．362．棱长为2的正方体的外接球的体积为()A ．8B ．8πC ．43πD ．823π3．已知正方体的外接球的体积为323π，则该正方体的表面积为()A ．433B ．163C ．643D ．324．已知正方体的外接球的体积是323π，则这个正方体的体积是()A ．6427B 6439C ．649D 643275．已知长方体1111ABCD A B C D -的表面积为208，118AB BC AA ++=，则该长方体的外接球的表面积为()A ．116πB ．106πC ．56πD ．53π6．在长方体1111ABCD A B C D -中，2AB BC ==，1AC 与平面11BB C C 所成的角为30︒，则该长方体的外接球的表面积为()A ．8πB ．82πC ．16πD ．2π7．在长方体1111ABCD A B C D -中，2AB AD ==，12AA =，则该长方体的外接球的表面积为()A ．4πB ．8πC ．16πD ．32π8．已知长方体1111ABCD A B C D -的体积12V =，2AB =，若四面体11A B CD -的外接球的表面积为S ，则S 的最小值为()A ．8πB ．9πC ．16πD ．32π9．若正方体的外接球的体积为43π，则此正方体的棱长为．10．若某正方体的表面积为6，则该正方体的外接球的体积为．11．已知正方体的外接球的体积为43π，则该正方体的体积为．12．正方体1111ABCD A B C D -的棱长为，则此正方体的外接球的体积为．13．将一个长宽分别a ，(0)b a b <<的长方形的四个角切去四个相同的正方形，然后折成一个无盖的长方体形的盒子，若这个长方体的外接球的体积存在最小值，则ba的取值范围为．14．如图，长方体1111ABCD A B C D -中，其中AB a =，AD b =，1AA c =外接球球心为点O ，外接球体积为323π，若2214a b+的最小值为94，则A ，C 两点的球面距离为．15．已知矩形ABCD 的周长为18，把它沿图中的虚线折成正四棱柱，则这个正四棱柱的外接球表面积的最小值为．第2讲正四面体模型一、解题技巧归纳总结1．正四面体如图，设正四面体A B C D 的的棱长为a ，将其放入正方体中，则正方体的棱长为，显然正四面体和正方体有相同的外接球.正方体外接球半径为R =⋅=，即正四面体外接球半径为R =.二、典型例题例1．棱长为2的正四面体的四个顶点都在同一个球面上，若过该球球心的一个截面如图，则图中三角形（正四面体的截面）的面积是（）．A．22B．32C．2D．3例2．正四面体的棱长为1，则其外接球的表面积为.三、玩转练习1．棱长为1的正四面体的外接球的半径为()A．64B．34C．1D．332．棱长为a的正四面体的外接球和内切球的体积比是()A．9:1B．4:1C．27:1D．8:13．如图所示，在正四面体A BCD-中，E是棱AD的中点，P是棱AC上一动点，BP PE+的最小值为7，则该正四面体的外接球的体积是()A6πB．6πC．3632D．3 2π4．表面积为83()A．43πB．12πC．8πD．46π5．一个正四面体的棱长为2，则这个正四面体的外接球的表面积为()A．6πB．8πC．6πD．11π6．2的正四面体的外接球中，相互垂直的两个平面分别截球面得两个圆．若两圆的圆心距为22，则两圆的公共弦长是()A．34B．34C．1D．127．如图所示，正四面体ABCD中，E是棱AD的中点，P是棱AC上一动点，BP PE+14，则该正四面体的外接球表面积是()A．12πB．32πC．8πD．24π8．已知正四面体的棱长为4，则此四面体的外接球的表面积是()A．24πB．18πC．12πD．6π9．一个棱长为6的正四面体内部有一个任意旋转的正方体，当正方体的棱长取得最大值时，正方体的外接球的表面积是()A．4πB．6πC．12πD．24π10．如图，在棱长为1的正四面体ABCD中，G为BCD∆的重心，M是线段AG的中点，则三棱锥M BCD-的外接球的表面积为()A．πB．32πC．64D6811．正四面体（四个面均为正三角形的四面体）的外接球和内切球上各有一个动点P、Q，若线段PQ长度463，则这个四面体的棱长为．12．已知正四面体ABCD的棱长为1，M为棱CD的中点，则二面角M AB D--的余弦值为；平面MAB 截此正四面体的外接球所得截面的面积为．13．已知某正四面体的内切球体积是1，则该正四面体的外接球的体积是．14．一个正四面体的展开图是边长为22的正三角形，则该四面体的外接球的表面积为．15．如图所示，正四面体ABCD中，E是棱AD的中点，P是棱AC上一动点，BP PE+14，则该正四面体的外接球的体积是．第3讲对棱相等模型一、解题技巧归纳总结1．对棱相等模型四面体A B C D 中，A B C D m ==，A C B D n ==，A D B C t ==，这种四面体叫做对棱相等四面体，可以通过构造长方体来解决这类问题.如图，设长方体的长、宽、高分别为,,a b c ，则222222222b c m a c n a b t ⎧+=⎪⎪+=⎨⎪+=⎪⎩，三式相加可得222a b c ++=222,2m n t ++而显然四面体和长方体有相同的外接球，设外接球半径为R ，则22224a b c R +=+，所以2228m n t R ++=.二、典型例题例1．三棱锥A B C D -中，已知5A B C D ==，6A D B C ==7A C B D ==，那么该三棱锥外接球的表面积为()A ．6πB ．7πC ．9πD ．12π例2．如图所示三棱锥A B C D -，其中5A B C D ==，6A C B D ==，7A D B C ==，则该三棱锥外接球的表面积为．三、玩转练习1．四面体P ABC -的一组对棱分别相等，且长度依次为25，13，5，则该四面体的外接球的表面积为()A ．294πB ．28πC ．29296πD ．29π2．在四面体ABCD 中，三组对棱棱长分别相等且依次为34，41，5则此四面体ABCD 的外接球的半径R 为()A ．52B ．5C ．522D ．43．如图，在三棱锥P ABC -中，3PA BC ==，2PB AC ==，5PC AB ==，则三棱锥P ABC -外接球的体积为()A 2πB 3πC ．6πD ．6π4．在三棱锥PABC 中，4PA BC ==，5PB AC ==，11PC AB ==，则三棱锥PABC 的外接球的表面积为()A ．26πB ．12πC ．8πD ．24π5．在四面体ABCD 34,41,5，则此四面体ABCD 的外接球的半径R 为．6．已知三棱锥A BCD -，三组对棱两两相等，且1AB CD ==，3AD BC ==，若三棱锥A BCD -的外接球表面积为92π．则AC =．7．已知四面体A BCD -中三组对棱分别相等，且长分别为257A BCD -的外接球的半径为．8．已知三棱锥A BCD -，三组对棱两两相等，即1AB CD ==，AD BC AC BD ====，则三棱锥A BCD -的外接球表面积是．9．在四面体ABCD 中，三组对棱两两相等，分别为，则该四面体外接球的表面积为．10．在四面体P ABC -中，3PA BC ==，2PB AC ==，PC AB ==，则该四面体外接球的体积为．11．三棱锥P ABC -，4PA PB BC AC ====，3PC AB ==，则它的外接球的表面积为．12．在三棱锥P ABC -中，若5PA PB BC AC ====，PC AB ==，则其的外接球的表面积为．13．在三棱锥P ABC -中，4PA BC ==，5PB AC ==，PC AB ==，则三棱锥P ABC -的外接球的表面积为．第4讲直棱柱模型一、解题技巧归纳总结1．直棱柱模型：如图1，图2，图3，直三棱柱内接于球（同时直棱柱也内接于圆柱，棱柱的上下底面可以是任意三角形）图1图2图3第一步：确定球心O 的位置，1O 是A B C ∆的外心，则1O O ⊥平面A B C ；第二步：算出小圆1O 的半径1A O r =，111122O O A A h ==（1A A h =也是圆柱的高）；第三步：勾股定理：22211O A O A O O =+⇒222()2h R r =+⇒R =，解出R 二、典型例题例1.正三棱柱-111A B C A B C 内接于半径为2的球，若A ，B 两点的球面距离为π，则正三棱柱的体积为．例2.直三棱柱-111A B C A B C 的各顶点都在同一球面上，若===12A B A C A A ，∠=︒120B A C ，则此球的表面积等于．例3.一个正六棱柱的底面上正六边形，其侧棱垂直于底面，已知该六棱柱的顶点都在同一个球面上，且该六棱柱的体积为98，底面周长为3，则这个球的体积为.三、玩转练习1．一个直三棱柱的三视图如图所示，其中俯视图是一个顶角为120︒的等腰三角形，则该直三棱柱外接球的表面积为()A ．20πB 2053C ．25πD ．255π2．在直三棱柱111ABC A B C -中，AB BC ⊥，6AB =，8BC =，若此三棱柱外接球的半径为13，则该三棱柱的表面积为()A ．624B ．576C ．672D ．7203．在直三棱柱111ABC A B C -中．侧棱长为23，3AB BC CA ===()A ．1B 3C ．2D ．44．已知直三棱柱111ABC A B C -的底面为直角三角形，且两直角边长分别为13，此三棱柱的高为23，则该三棱柱的外接球的体积为()A ．83πB ．163πC ．323πD ．643π5．已知在直三棱柱111ABC A B C -中，3AB =120ACB ∠=︒，14AA =，则该三棱柱外接球的表面积为()A ．1623πB ．642πC ．32πD ．8π6．在直三棱柱111ABC A B C -中，2CA CB ==，90ACB ∠=︒，11CC =，则该三棱柱外接球的体积()A ．12πB ．4πC ．92πD ．8π7．直三棱柱111ABC A B C -中，AB BC ⊥，12AB BC AA ===，则该三棱柱的外接球的表面积为()A ．4πB ．8πC ．12πD ．323π8．某直三棱柱的侧棱长等于2，底面为等腰直角三角形且腰长为1，则该直三棱柱的外接球的表面积是()A ．πB ．2πC ．4πD ．6π9．正四棱柱1111ABCD A B C D -中，2AB =，二面角11A BD C --的大小为3π，则该正四棱柱外接球的表面积为()A ．12πB ．14πC ．16πD ．18π10．正六棱柱111111ABCDEF A B C D E F -的侧面是正方形，若底面的边长为a ，则该正六棱柱的外接球的表面积是()A ．24a πB ．25a πC ．28a πD ．210a π11．正六棱柱111111ABCDEF A B C D E F -的侧面是正方形，若底面的边长为1，则该正六棱柱的外接球的表面积是()A ．4πB ．5πC ．8πD ．10π12．正六棱柱的底面边长为4，高为6，则它的外接球的表面积为()A ．20πB ．25πC ．100πD ．200π13．已知矩形ABCD 的周长为18，把它沿图中的虚线折成正六棱柱，当这个正六棱柱的体积最大时，它的外接球的表面积为()A ．13πB ．12πC ．11πD ．10π14．一个直六棱柱的底面是边长为4的正六边形，侧棱长为6，则它的外接球的体积为()A ．5003πB ．500πC ．40003πD ．4000π15．棱长均为6的直三棱柱的外接球的表面积是．16．已知直三棱柱111ABC A B C -的底面为直角三角形，且两直角边长分别为13此三棱柱的高为23，则该三棱柱的外接球的体积为．17．在直三棱柱111ABC A B C -中，3BC =，120BAC ∠=︒，12AA =，则此三棱柱外接球的表面积为．18．已知在直三棱柱111ABC A B C -中，90BAC ∠=︒，11AC CC ==，则AB =19．在直三棱柱111ABC A B C -中，侧棱长为，在底面ABC ∆中，60,C AB =︒=，则此直三棱柱的外接球的表面积为．20．在直三棱柱111ABC A B C -中，AB AC ⊥，1AB =，AC =，12BB =，则该三棱柱的外接球表面积为．21．在直三棱柱111ABC A B C -中，120BAC ∠=︒且3AB AC ==，14BB =，则此三棱柱外接球的表面积为．22．在直三棱柱111ABC A B C -中，4BC =，90BAC ∠=︒，12AA =，则此三棱柱外接球的表面积为．23．已知直三棱柱111ABC A B C -的高为，BC =，120BAC ∠=︒，则该三棱柱外接球的表面积为；24．已知直三棱柱111ABC A B C -中，90BAC ∠=︒，侧面11BCC B 的面积为16，则直三棱柱111ABC A B C -外接球的半径的最小值为．25．在正四棱柱1111ABCD A B C D -中，2AB AD ==，14AA =，则正四棱柱的外接球的表面积为．26．已知矩形ABCD 的周长为18，把它沿图中的虚线折成正四棱柱，则这个正四棱柱的外接球表面积的最小值为．27．正四棱柱1111ABCD A B C D -中，AB =12AA =，设四棱柱的外接球的球心为O ，动点P 在正方形ABCD 的边长，射线OP 交球O 的表面点M ，现点P 从点A 出发，沿着A B C D A →→→→运动一次，则点M 经过的路径长为．28．在直四棱柱1111ABCD A B C D -中，AD CD =，24AB BC ==，四边形ABCD 的外接圆的圆心在线段AC 上．若四棱柱1111ABCD A B C D -的体积为36，则该四棱柱的外接球的体积为．29．已知六棱柱A BCD 1EF A -111B C D 11E F 的底面是正六边形，侧棱与底面垂直，若该六棱柱的侧面积为48，底面积为，则该六棱柱外接球的表面积等于．30．一个直六棱柱的底面是边长为2的正六边形，侧棱长为3，则它的外接球的表面积为．31．正六棱柱的底面边长为a ，高为h ，则它的外接球的表面积为．32．已知矩形A BCD 的周长为18，把它沿图中的虚线折成正六棱柱，当这个正六棱柱的体积最大时，它的外接球的表面积为．33．正六棱柱的底面边长为4，高为6，则它的外接球的表面积为．34．已知正六棱柱的高为8，侧面积为144，则它的外接球的表面积为．第5讲直棱锥模型一、解题技巧归纳总结1．直棱锥模型（一条直线垂直于一个平面）如图，P A ⊥平面A B C ，求外接球半径.解题步骤：第一步：将A B C ∆画在小圆面上，A 为小圆直径的一个端点，作小圆的直径A D ，连接P D ，则P D 必过球心O ；第二步：1O 为A B C ∆的外心，所以1O O ⊥平面A B C ，算出小圆1O 的半径1O D r =(三角形的外接圆直径算法：利用正弦定理，得2si n si n si n a b c r A B C ===)，112O O P A =；第三步：利用勾股定理求三棱锥的外接球半径：①222(2)(2)R P A r =+⇔2R =；②2221R r O O =+⇔221R r O O =+.二、典型例题例1.在《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.若四棱锥M A B C D -为阳马，侧棱M A ⊥底面A B C D ，且2M A B C A B ===，则该阳马的外接球与内切球表面积之和为．例2.已知点P ，A ，B ，C ，D 是球O 表面上的点，⊥P A 平面A B C D ，四边形A B C D 是边长为23正方形．若=26P A ，则∆O A B 的面积为．例3.已知球O 面上的四点,,,,A B C D D A ⊥平面,,3A B C A B B C D A A B B C ⊥===，则球O 的体积等于.三、玩转练习1．已知三棱锥P ABC -中，PA ⊥平面ABC ，BC ⊥平面PAB ，若1AB BC ==，2PA =，则此三棱锥的外接球的表面积为()A ．24πB ．8πC ．6πD ．83π2．《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．若四棱锥P ABCD -为阳马，底面ABCD 为矩形，PA ⊥平面ABCD ，2AB =，4AD =，二面角P BC A --为60︒，则四棱锥P ABCD -的外接球的表面积为()A ．16πB ．20πC ．643πD ．32π3．在三棱锥S ABC -中，SA ⊥平面ABC ，4SA =，底面ABC ∆是边长为3的正三角形，则三棱锥S ABC -的外接球的表面积为()A ．19πB ．28πC ．43πD ．76π4．三棱锥P ABC -中，PA ⊥平面ABC 且2PA =，ABC ∆3表面积为()A ．43πB ．4πC ．8πD ．20π5．三棱锥P ABC -中，AB BC ==6AC =，PC ⊥平面ABC ，2PC =，则该三棱锥的外接球表面积为()A ．253πB ．252πC ．833πD ．832π6．在三棱锥S ABC -中，侧棱SC ⊥平面ABC ，SA BC ⊥，1SC =，2AC =，3BC =，则此三棱锥的外接球的表面积为()A ．14πB ．12πC ．10πD ．8π7．在三棱锥P ABC -中，PA ⊥平面ABC ，60,2BAC AB AC PA ∠=︒===，则三棱锥P ABC -的外接球的表面积为()A ．20πB ．24πC ．28πD ．32π8．三棱锥P ABC -中，PA ⊥平面ABC ，BC CA ⊥，1AC =，2BC =，2PA =，则该三棱锥外接球的表面积为()A ．9πB ．36πC ．92πD ．94π9．在三棱锥P ABC -中，PA ⊥平面ABC ，120BAC ∠=︒，2AC =，1AB =，设D 为BC 中点，且直线PD与平面ABC ，则该三棱锥外接球的表面积为．10．如图，在三棱锥P ABC -中，PA ⊥平面ABC ，120ABC ∠=︒，4PA =．若三棱锥P ABC -外接球的半径为PC 与平面ABC 所成角的正切值为．11．在四棱锥P ABCD -中，PA ⊥平面ABCD ，2AP =，点M 是矩形ABCD 内（含边界）的动点，且1AB =，3AD =，直线PM 与平面ABCD 所成的角为4π．记点M 的轨迹长度为α，则tan α=；当三棱锥P ABM-的体积最小时，三棱锥P ABM -的外接球的表面积为．12．已知三棱锥S ABC -中，SA ⊥平面ABC ，4SA AB ==，6BC =，AC =，则三棱锥S ABC -外接球的表面积为．13．已知四面体P ABC -中，4PA PB ==，2PC =，AC =PB ⊥平面PAC ，则四面体P ABC -外接球的表面积为．14．如图，在三棱锥P ABC -中，PA ⊥平面ABC ，4PA =，1cos 3ACB ∠=，若三棱锥P ABC -外接球的表面积为52π，则三棱锥P ABC -体积的最大值为．15．已知在三棱锥P ABC -中，PA ⊥平面ABC ，2AB AC PA ===，且在ABC ∆中，120BAC ∠=︒，则三棱锥P ABC -的外接球的体积为．16．矩形ABCD 中，4AB =，2BC =，PA ⊥平面ABCD ，2PA =，E ，F 分别是AB ，DC 的中点，则四棱锥P EBCF -的外接球表面积为17．在三棱锥P ABC -中，PA ⊥平面ABC ，2PA =，3AB AC ==，又3cos 5BAC ∠=-，则该三棱锥外接球的表面积为．18．中国古代数学经典<<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，将四个面都为直角三角形的三棱锥称之为鳖臑(bi ēnào )．若三棱锥P ABC -为鳖臑，且PA ⊥平面ABC ，2PA AB ==，又该鳖臑的外接球的表面积为24π，则该鳖臑的体积为．19．三棱锥P ABC -中，PA ⊥平面ABC ，2PA AC ==1AB =，60ABC ∠=︒，则三棱锥P ABC -的外接球的表面积为．20．我国古代数学名著《九章算术》中将底面为矩形且有一侧棱垂直于底面的四棱锥称为“阳马”，现有一“阳马”如图所示，PA ⊥平面ABCD ，4PA =，AB =，1AD =，则该“阳马”外接球的表面积为．。
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第二讲 几何体的外接球和内切球问题
※
基础知识： 1．常见平面图形：正方形，长方形，正三角形的外接圆和内切圆
长方形（正方形）的外接圆半径为对角线长的一半，正方形的内切圆半径为边长的一半；
正三角形的内切圆半径：6a
外接圆半径：3a 三角形面积：24a 正三角形三心合一，三线合一，心把高分为2:1两部分。
2．球的概念：
概念1：与定点距离等于或小于定长的点的集合，叫做球体，简称球.，定长叫球的半径； 与定点距离等于定长的点的集合叫做球面.一个球或球面用表示它的球心的字母表示，例如球O 或O ．
概念2：半圆以它的直径为旋转轴，旋转所成的曲面叫做球面，球面所围成的几何体叫做球体，简称球。
3．球的截面：
用一平面α去截一个球O ，设OO '是平面
α的垂线段，O '为垂足，且OO d '=，所得的截面是以球心在截面内的射影为圆心，以r 径的一个圆，截面是一个圆面.
球面被经过球心的平面截得的圆叫做大圆，被不经过球心的平面截得的圆叫做小圆.
4．空间几何体外接球、内切球的概念：
定义1：若一个多面体的各顶点都在一个球的球面上，则称这个多面体是这个球的内接多面体，这个球是这个多面体的外接球。
定义2：若一个多面体的各面都与一个球的球面相切， 则称这个多面体是这个球的外切多面体，这个球是这个多面体的内切球。
长方体的外接球
正方体的内切球
5．外接球和内切球性质：
（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）基本方法：构造三角形利用相似比和勾股定理。
（5）体积分割是求内切球半径的通用做法。
长方体的外接球半径公式：22
22
c b a R ++=，其中,,a b c 分别为长方体共顶点的3条棱长
正棱锥的外接球半径公式：2
,2a R h = 2侧棱=2R h ⋅外正棱锥，其中a 为侧棱长，h 为正棱锥
的高
正棱柱的外接球球心在两底面中心连线的中点处。
※典型例题：
题型一：球的概念
例1. （1）已知球的直径为8cm ，那么它的表面积为__________，体积为___________
（2）已知球的表面积为144π2cm ，那么它的体积为___________
（3）已知球的体积为36π，那么它的表面积为__________
（4）如果两个球的体积之比为8:27，那么两个球的表面积之比为__________ 例2.（1）（2012年新课标文科）平面α截球O 的球面所得圆的半径为1，球心O 到平面α
）
A B ． C ． D ．
（2）已知过球面上,,A B C 三点的截面和球心的距离为球半径的一半，且2AB BC CA ===，求球的表面积.
（3）（2013年高考课标Ⅰ卷（文））已知H 是球O 的直径AB 上一点，:1:2AH HB =，AB ⊥平面α，H 为垂足，α截球O 所得截面的面积为π，则球O 的表面积为_______．
（4）（2013年高考新课标1（理））如图，有一个水平放置的透明无盖的正方体容器，容器高8cm ，将一个球放在容器口，再向容器内注水，当球面恰好接触水面时测得水深为6cm ，如果不计容器的厚度，则球的体积为 （ ）
A ．35003cm π
B ．38663cm π
C ．313723cm π
D ．320483
cm π 题型二：与长方体、正方体（柱体）有关的外接球问题
例3.（1），则它的外接球的表面积为（ ） A ．π38 B ．2π C ．4π
D ．π34 （2）已知正方体外接球的体积是π3
32，那么正方体的棱长等于（ ）
A ．
B ．332
C ．324
D ．3
34 例4.（1）（2010年新课标文科）设长方体的长、宽、高分别为2a 、a 、a ，其顶点都在一个球面上，则该球的表面积为（ ）
A ．23a π
B ．26a π
C ．212a π
D ．224a π
（2）一个正四棱柱的各个顶点在一个直径为2 cm 的球面上．如果正四棱柱的底面边长为1 cm ，那么该棱柱的表面积为 cm 2．
（3）（2013年辽宁数学（理））已知直三棱柱111ABC A B C -的6个顶点都在球O 的球面上，若34AB AC ==，，AB AC ⊥，112AA =，则球O 的半径为（ ）
A B ． C ．132 D ．题型三：与正锥体有关的外接球问题
例5．（1）一个正三棱锥的四个顶点都在半径为1的球面上，其中底面的三个顶点在该球的一个大圆上，则该正三棱锥的体积是（ ）
A ．4
B ．3
C ．4
D ．12
（2）（2012年高考辽宁理）已知正三棱锥P -ABC ，点P ，A ，B ，C 面上，若P A ，PB ，PC 两两互相垂直，则球心到截面ABC 的距离为________．
例6．（1）（2013年高考课标Ⅱ卷（文））已知正四棱锥O —ABCD 的体积为2
，底面边
O 为球心，OA 为半径的球的表面积为________．
（2）如图，半径为2的半球内有一内接正六棱锥P ABCDEF -，
则此正六棱锥的侧面积是________．
题型四：其他柱体、锥体的外接球问题
例7．（1）直三棱柱111ABC A B C -的各顶点都在同一球面上，若12AB AC AA ===，120BAC ∠=︒，则此球的表面积等于 ．
（2）四棱锥S ABCD -的五个顶点都在一个球面上，底面是边长为2的正方形，SD ⊥平面ABCD ，且SD AB =，则其外接球的体积为 ．
（3）（2015年新课标2文科）已知B A ,是球O 的球面上两点，︒=∠90AOB ，C 为该球面上的动点．若三棱锥ABC O -体积的最大值为36，则球O 的表面积为（ ）
A ．π36
B ．π64
C ．π144
D ．π256
题型五：柱体、锥体的内切球问题
例8.（1）正方体的内切球与其外接球的体积之比为（ ）
A ．1:
B ．1:3
C ．
D ．1:9
（2）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．
※拓展练习：
2．四个顶点在同一个球面上，则此球的表面积为（ ）
A ．3π
B ．4π
C ．
D ．6π
3．一个四棱柱的底面是正方形，侧棱与底面垂直，其长度为4，棱柱的体积为16，棱柱的各顶点在一个球面上，则这个球的表面积是（ ）
A ．16π
B ．20π
C ．24π
D ．32π
7．（2012辽宁文）已知点,,,,P A B C D 是球O 表面上的点，PA ⊥平面ABCD ，四边形
ABCD 是边长为PA =OAB ∆的面积为__________．
8．球面上有三点A 、B 、C 组成这个球的一个截面的内接三角形三个顶点，其中18=AB ，24=BC 、30=AC ，球心到这个截面的距离为球半径的一半，求球的表面积．。