38.几何体的内切球

几何体的内切球
因为多面体和旋转体形状有差异,所以它们的内切球分开定义.若一个球与(凸)多面体的各面都相切,且此球在多面体的内部,这该球叫做多面体的内切球;若一个球与圆柱、圆锥、圆台所有底面和母线都相切,这该球叫做它们的内切球.几何体叫做球的外切几何体.
一、几何体的内切球问题教材觅踪
馒头标准1.119页课后练习
易知最大的球体零件应为正方体的内切球,这是上题的几何模型.
2.119页例4
上例涉及的模型是圆柱的内切球,此模型可是高中数学教材的常青树,近30余年,高中数学教材换了4次,始终与它难分难舍,这分明就是“爱的魔力转圈圈”,下面就请同学们欣赏它的时光流影:先看它20世纪90年代的旧照,它坐在最上面.
这个题,虽没涉及内切球,但相当于,同时圆锥也参与其中.绝大部分同学的爸妈学的就是这个版本.
下面是它跨世纪的英姿,它升级为例题了,此教材叫大纲版,山东省用了一轮就把它休了.
这个题的角度与上述例4不同,它刻画的是二者表侧面积之间的关系圆柱侧球S S =,32=圆柱球S S .好事呀,这样结论就完全了.
bd留置针这是与我们擦肩而过的一个版本,目前仍是全国非高改区的数学教材,叫课标版,从2005年开始使用.
这个题是个拼盘,面积体积都涉及了.
2009年诺贝尔生理学或医学奖
总之,我们山东省一向喜新厌旧,敢于尝鲜!
这个模型为什么备受青睐呢?那是因为有数学大佬挺它,而且至死不渝.谁呀?阿基米德,上剧情!
古希腊阿基米德被称为“数学之神”.他在《论球和圆柱》一书中公布了他的一个有趣的发现:一个内切于圆柱的球的体积和表面积,都分别是这个圆柱的.他对这个发现极为欣赏,以至于希望在他死后的墓碑上刻下这个图形.
约公元前265年,罗马人征服了意大利半岛,旋即向地中海其他地区扩张.战争的结果是,公元前146年伽太基帝国灭亡.在第二次布匿战争中,罗马人于公元前215年进攻阿基米德所在的叙拉古城.阿基米德以其天才的智慧和叙拉古人一起顽强地抵抗了三年,强大的罗马军团付出了惨重的代价.最后因为叛徒的出卖和弹尽粮绝而兵败城陷,阿基米德被杀.阿基米德死后,罗马将领马塞拉斯对这个难
以制服的对手表示了钦佩和尊敬.不但把杀害阿基米德的那个士兵作为杀人犯来处决了,而且为阿基米德举行了隆重的葬礼,并在墓碑上刻下阿基米德要求的那个图形,还刻有铭文“再
生乃故我”.
真有这个事吗?真有这样的墓碑吗?许多人认为这仅仅是一个
传说.光阴似箭,岁月如流.100多年过去.罗马政治家、雄辩家、
哲学家西塞罗在公元前75年任西西里总督,由于他仰慕阿氏,便趁
机去寻阿氏的墓地.他了很久,终于在荆棘丛生的杂草中到
了那块墓碑,见到了那个图形(如图).于是他把荒芜的墓地修葺
一新.传说被证实.
但是,年深日久,墓地随岁月的流逝和战争的硝烟再次被废
弃.随着城市的发展,这个著名的古迹似乎永远消失了.然而,奇
迹又出现了.1965年,当叙拉古一家新建的饭店挖掘地基时,挖掘
机碰到了一块墓碑.人们惊奇地发现,上面刻着一个球内切于圆柱的图形.这不是阿基米德的墓碑吗?人们欣喜若狂.叙拉古人终于为他们这位空前绝后的伟人重建了茔墓:坟前立着那著名的石碑,碑上依然是那个阿基米德引为得意的图形和铭文.
二、几何体的内切球问题
(一)多面体的内切球
结论1:并非所有的多面体都有内切球.
结论2:正多面体(多面体的各个面都是全等的正多边形,并且各个多面角都是全等的多面角.我们比较熟悉的正多面体是正四面体和正六面体即正方体)一定有内切球,也一定有外接球,且两个球心重合.
结论3:如果直棱柱的底面多边形有半径为R 的内切圆,且高等于R 2,则它有内切球;如果斜棱柱的直截面(即与棱垂直的截面)多边形有半径为R 的内切圆,且高等于R 2,则它有内切球. 结论4:所有三棱锥都有内切球. 棱台不作介绍. 1.正多面体的内切球
例1  (福建三明2017年高一期末)已知正四面体ABCD 的棱长为2,则该四面体的内切球的表面积为          .
分析:可运用上个专题给出的结论,即棱长为a 的正四面体的内切球半径为a 12
6求解. 解:因为该四面体的内切球的半径为662126=⨯,所以它的表面积为326642ππ=⎪⎪⎭
⎫  ⎝⎛. 评注:求所有多面体内切球的半径都有一个通法,那就是等体积法,求解公式为S
V r 3=(V 是多面体体积,S 是其表面积),就是把n 面体拆分成n 个高为r 的小棱锥.若用此法解答本例,需先求正四面体的高,可是它又不好求,有同学说用结论呀,那你直接用内切球半径结论不就得了,还走那个弯路做甚?
警察与外星人巩固1  (2018全国高中数学联赛江苏初赛)已知正四面体内切球的半径是1,则该四面体的体积为___        __.38
加结论:正四面体的体积为312
2a . 例2  (安徽黄山2019届高三质检)连接正方体每个面的中心构成一个正八面体,则该八面体的外接球与内切球体积的比值为______.
分析:由正方体、正八面体及它的内切外接球的对称性,可知其外
高尔夫球会接球球心是正方体的中心,所以外接球半径为正方体棱长的一半,内切
球的半径可用等积法求解.
解:不妨设正方体的棱长为2,则21122=+=AB ,
所以222==ABCD S 正方形,所以正八面体的体积为
341232=⨯⨯.    又因为2
32432=⨯=∆ABE S ,所以正八面体内切球的半径3123834
fm2009下载3=⨯⨯
=r ,又易知八面体的外接球半径1=R ,所以该八面体的外接球与内切球体积之比为

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