本题导读
本题考查球面距离,以及球的截面性质。
📌【题干】
Question
(2004年全国卷II(理)) 已知球 的半径为 , 三点都在球面上,且每两点间的球面距离为 ,则球心 到平面 的距离为 ()
A. B. C. D.
🔍【思路分析】
破题导航
- 根据球面距离公式 ,由球面距离 和半径 求出球心角 。
- 发现三个球心角均为 ,即半径 两两相互垂直,构成一个以 为顶点的直角四面体 。
- 利用等体积法 ,或者直接利用射影定理关系式 求解球心到平面 的距离 。
✅【答案】
Success
B
✍【详细解析】
Abstract
已知球的半径 。 因为 两点间的球面距离为 ,由球面距离公式 ( 为球心角),得球心角: 同理可得, , 。
由此可知,线段 两两相互垂直。 可以把这三条线段看作是从原点出发沿着直角坐标系 轴正方向的线段,长度均为 1。 即 。
设球心 到平面 的距离为 。 方法一:倒数平方和公式(空间射影定理推广) 对于三个侧棱两两垂直的直角四面体 ,其顶点到相对底面的高 满足: 代入数据得: 所以 ,解得 。
方法二:等体积法 以 为底面, 为高,四面体体积为: 在 中,由勾股定理知 。 是边长为 的正三角形,其面积为: 又 ,即: 解得 。
对照选项,正确答案为 B。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:球面距离与球心角的关系;墙角模型(三度相互垂直)的高的求法。
- 核心方法:等体积转换法、空间倒数勾股定理。
- 避坑指南:切勿将“球面距离”与“两点间直线距离”混淆。球面距离必过大圆弧度。牢记直角四面体高的平方倒数和公式可在此类题型中实现秒杀。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 球面距离与球心到截面的距离,考查球的几何性质与截面圆。
- 结论推广: 球面上两点的球面距离等于球半径与该两点所对球心角的乘积;求球心到截面(小圆)的距离,用垂径定理结合勾股定理即可。
🔗【关联脉络】
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