本题导读
本题考查球的性质与表面积公式,以及三条棱两两垂直的三棱锥几何特征。
📌【题干】
Question
(1991年全国卷(理)) 在球面上换有四个点 、、、,如果 、、 两两互相垂直,且 .那么这个球面的面积是.
🔍【思路分析】
破题导航
- 模型识别与补形:由于 两两互相垂直,且长度相等,这四个点构成的三棱锥 可以看作是从一个边长为 的正方体中截下的一个角。
- 确定球的直径:该三棱锥的外接球与该正方体的外接球为同一个球。正方体的体对角线即为外接球的直径 。
- 计算表面积:利用勾股定理求出体对角线长度,从而得到 的代数式,最后代入球的表面积公式 求解。
✅【答案】
Success
✍【详细解析】
Abstract
由题意可知, 两两互相垂直,且 。 我们可以将以 为顶点, 为三条侧棱的三棱锥 补形为一个完整的正方体,使得该正方体的棱长为 。
根据空间几何体外接球的性质,三棱锥 的四个顶点恰好也是该正方体的四个顶点。因此,三棱锥的外接球就是该正方体的外接球。
设外接球的半径为 ,则正方体的体对角线长度等于球的直径 。 由正方体的性质,体对角线长度为:
两边平方得:
根据球的表面积公式,该球面的面积为:
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:多面体外接球半径的求法,球的表面积公式。
- 核心方法:补形法。将带有“两两垂直”特征的锥体或柱体补形为长方体或正方体,利用长方体体对角线公式 快速实现空间向平面的转化。
- 避坑指南:不宜通过画三棱锥的底面外接圆、再作弦心距等繁琐步骤计算半径,那样容易出错。牢记“墙角模型”直接用长方体对角线性质。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:本题属于立体几何中“多面体与球”板块的经典结论考题。直接源于立体几何关于球的课后综合探究题,主要训练考生的空间补形思维。
- 结论推广:
- 一般化长方体结论:若三棱锥 的三条侧棱 两两垂直,且长度分别为 ,则其外接球的表面积一般化通式为: 将 代入即得 。
🔗【关联脉络】
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