三棱锥外接球(瞬间能找到三棱锥的高和外接球半径!)
原题:在三棱锥S-ABC中,SB⊥BC,SA⊥AC,SB=BC,SA=AC,AB=1/2SC,且三棱锥S-ABC的体积为9√3/2,则该三棱锥的外接球半径是多少?
图一
要想求出该三棱锥的外接球半径,首先要找到该半径所在的边或者作出该半径所在的线段,然后再利用边和该半径的关系求出该半径的数值。
而题中只给出了三棱锥中各边的关系和三棱锥的体积的数值,没有给出边的具体的数值,所以要想求出该外接球半径的长度,还要先根据三棱锥的体积求出各边的数值。
要想根据该三棱锥的体积求出各边的数值,还要先找到该三棱锥的高。
求出三棱锥的高
三棱锥的高不是固定的,它都有自己对应的面,所以这里要求出的高是要容易得出结果的的高,且它所对应的面也要容易得出结果来。
这里要想找到这样的高和面,要知道这一点:当三棱锥S-ABC中有两个三角形△ASC和△BSC共用一边SC,并且这两个三角形的其他两条边均相等,即SA=AC,SB=BC时,该共用边SC即为该三棱锥的高;分别向共用边SC做这两个三角形的高线AD、BD,则△ADB就是该高SC对应的面。
图二
知道这些知识后,我们根据该题中给出的信息,很快就会找到该三棱锥的高和对应的面积从而求出该三棱锥的边。
设SC=2x,因为AB=1/2SC,则AB=x。
又因为SB⊥BC,SA⊥AC,SB=BC,SA=AC,所以△ASC和△BSC都是等腰直角三角形,又共用斜边,所以有SA=AC=SB=BC=√2x,且SC是该三棱锥的高。取SC的中点D,连接AD,BD,因为AD和BD都是等腰三角形的高,所以AD和BD是与SC垂直的,则△ABD是三棱锥高所对应的面。
又因为三棱锥S-ABC的体积为V=9√3/2。
所以根据三棱锥的体积公式有V=1/3×S×h=1/3×S△ABD×SC。
取AB中点E,连接DE,因为△ASC和△BSC都是等腰直角三角形且边长相等,所以它们的高线AD和BD也相等,所以三角形ADB也是等腰三角形,所以DE垂直AB。
因为SC=2x,在直角△BSC中根据勾股定理有BC=√2x,在直角△BDC中根据勾股定理有BD=x,在直角△BDE中根据勾股定理有DE=√3x/2。
图三
S△ABD=1/2·AB·DE=1/2·x·√3x/2=√3x^2/4。
所以三棱锥体积V=1/3·√3x^2/4·2x=√3x^3/6=9√3/2,所以x=3,即SC=3。
求出该三棱锥的边长后,还要找到该三棱锥的外接球半径所在的位置,再根据三棱锥的边长求出其半径长。
找到该三棱锥的外接球半径
要想找到该三棱锥的外接球半径,需要知道这一点:在三棱锥中,有两个不重合的三角形共用一边,且这边所对应的两个三角形的角都是直角,则该共用边就是该三棱锥的外接球直径。
图四
因为三棱锥的各顶点均在外接球上,所以三棱锥中每个直角三角形所对应的斜边就是外接球上的弦,该弦也是这个直角三角形所在面的直径(球的一个截面)。
如果不同面上的两个三角形共用一个弦,也就是两个圆面上的直径重合,则这个弦必为球直径。
因为SB⊥BC,SA⊥AC,所以△ASC和△BSC都是直角三角形,且它们共用斜边,所以SC是三棱锥的外接球直径,即SC=2x=6。
所以得出该三棱锥的外接球半径为3。
图五
总结
知道上述两个知识点后,在做该题时,我们很容易就看出该三棱锥的高和它的外接球的半径所在的直线,为以后做题带来了方便。
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