立体几何中球的内切和外接问题(完美版)
立体几何中球的内切和外接问题完美版
性质
内切球的球心位于旋转体 的轴线上，且球的半径等 于旋转体半径。
应用
在几何和工程领域中，内 切球常用于研究旋转体的 体积和表面积。
旋转体的外接球
定义
旋转体的外接球是指与旋 转体外侧相切的球。
性质
外接球的球心位于旋转体 外侧，且球的半径等于旋 转体轴线到旋转体外侧的 垂直距离。
应用
在几何ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工程领域中，外 接球常用于研究旋转体的 空间位置和关系。
立体几何中球的内 切和外接问题完美 版
目 录
• 球与多面体的内切和外接问题 • 球与旋转体的内切和外接问题 • 球与几何体的内切和外接问题实例 • 总结与展望
01
CATALOGUE
球与多面体的内切和外接问题
多面体的内切球
01
02
03
04
多面体的内切球是指与多面 体的所有顶点和面都相切的
球。
内切球半径的求法：设多面体的 每个面为$S_i$，内切球的半径
03
CATALOGUE
球与几何体的内切和外接问题实例
多面体内切球实例
总结词
多面体内切球是指一个球完全内切于一个多面体，且与多面体的每个面都相切 。
详细描述
多面体内切球的问题可以通过几何定理和公式来解决，例如欧拉公式和球内切 定理。例如，一个正方体的内切球就是其中心，半径等于正方体边长的一半。
旋转体外接球实例
外接球的性质：外接球与 多面体的每个顶点都相切 ，且外接球的直径等于多 面体的对角线长度。
外接球的应用：在几何、 物理和工程领域中，外接 球的概念被广泛应用于研 究多面体的性质和计算。
02
CATALOGUE
球与旋转体的内切和外接问题
立体几何外接球及内切球问题
立体几何外接球及内切球问题一、球与柱体规则的柱体，如正方体、长方体、正棱柱等能够和球进行充分的组合，以外接和内切两种形态进行结合，通过球的半径和棱柱的棱产生联系，然后考查几何体的体积或者表面积等相关问题.1.1球与正方体如图1所示，正方体1111D C B A ABCD -,设正方体的棱长为a ，G H F E ,,,为棱的中点，O 为球的球心。
常见组合方式有三类：一是球为正方体的内切球，截面图为正方形EFHG 和其内切圆，则2a r OJ ==； 二是与正方体各棱相切的球，截面图为正方形EFHG 和其外接圆，则a R OG 22==； 三是球为正方体的外接球，截面图为长方形11A ACC 和其外接圆，则23'1a R O A ==. 例 1： 棱长为1的正方体的8个顶点都在球的表面上，分别是棱，的中点，则直线被球截得的线段长为（ ） A ．B ．C ． D1.2 球与长方体长方体各顶点可在一个球面上，故长方体存在外切球.但是不一定存在内切球.设长方体的棱长为其体对角线为.当球为长方体的外接球时，截面图为长方体的对角面和其外接圆，和正方体的外接球的道理是一样的，故球的半径例 2 在长、宽、高分别为2，2，4的长方体内有一个半径为1的球，任意摆动此长方体，则球经过的空间1111ABCD A B C D -O E F ，1AA 1DD EF O 2112+,,,a b c l 2l R ==部分的体积为( ) A.10π3B.4πC.8π3D.7π31.3球与正棱柱：①结论：直三棱柱的外接球的球心是上下底面三角形外心的连线的中点. ②球与一般的正棱柱的组合体，常以外接形态居多.本类题目的解法：构造直角三角形法：设正三棱柱111C B A ABC -的高为h ，底面边长为a ； 如图2所示，D 和1D 分别为上下底面的中心。
根据几何体的特点，球心必落在高1DD 的中点O ，a AD R AO h OD 33,,2===，借助直角三角形AOD 的勾股定理，可求22332⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=a h R 。
八个超强模型——彻底解决立体几何的外接球和内切球问题
八个超强模型——彻底解决立体几何的外接球和内切球问题摘要本文介绍了八个超强模型，这些模型可以用来彻底解决立体几何中的外接球和内切球问题。
每个模型都具有独特的特点和优势，能够有效地求解球的外接和内切问题，为立体几何的研究提供了有力的工具和方法。
引言在立体几何中，外接球和内切球问题是非常常见的问题。
求解这些问题通常需要借助一些数学模型和方法。
本文介绍了八个超强模型，这些模型在解决外接球和内切球问题方面表现出色。
模型一：球心法线模型该模型基于球的法线方程，通过求解法线方程的交点来得到球心坐标。
利用该模型可以快速准确地求解外接球和内切球的球心坐标。
模型二：点坐标向量模型该模型利用点的坐标向量来表示球心坐标，通过计算坐标向量的运算得到球心坐标。
该模型适用于各种类型的球体，求解效果良好。
模型三：坐标平移模型该模型基于坐标平移的概念，通过平移球心坐标来求解外接球和内切球的球心坐标。
该模型简单易懂，适用于多种立体几何结构。
模型四：线段接触模型该模型利用线段的接触点来求解外接球和内切球的球心坐标。
通过求解线段接触点的几何关系，可以得到球心坐标。
该模型适用于特定的立体几何结构。
模型五：平面交线模型该模型基于平面交线的概念，通过求解平面交线的方程来得到球心坐标。
该模型对于立体几何结构较复杂的情况下求解效果较好。
模型六：圆心半径模型该模型通过求解球的圆心和半径来得到球心坐标。
该模型适用于已知球的圆心和半径的情况下求解。
模型七：曲线拟合模型该模型通过对曲线进行拟合来得到球心坐标。
该模型适用于曲线较为复杂的情况下求解。
模型八：图像处理模型该模型利用图像处理的方法来得到球心坐标。
通过处理球体的图像，可以得到球心坐标。
该模型适用于图像处理技术较为成熟的情况下求解。
结论本文介绍了八个超强模型，这些模型可以用来彻底解决立体几何中的外接球和内切球问题。
每个模型都有其独特的特点和优势，能够有效地求解球的外接和内切问题。
这些模型为立体几何的研究提供了有力的工具和方法，有助于推动该领域的发展。
球的内切、外接问题
P
球的表面积．
解1：作出截面图如图示. 由图可知，
3
AD
a,
2
2
3
AO AD
a.
3
3
a
6
2
2
∴PO PA AO
a.
3
6
∴OO PO PO
a R.
3
P
a
R
R
A
A
R O•
O•
•
O′
解得R
时，球内切于圆锥，如图所示，
O为球心，M为球O与母线PB的切点，E为底面圆心，
设球O的半径为R，底面圆E的半径为r，
因为圆锥侧面积为2π，
LOGO
（4）正棱锥、圆锥 ②外接球
例8 正四棱锥的五个顶点在同一个球面上，若该正
四棱锥的底面边长为4，侧棱长为2 6，求这个球
P
的表面积. 36π
PO′= 4，OO′=4－R，AO=R
2 6
AO2 = OO′ 2 + AO′ 2，
R=3
•
O′
R
R
A
O
O•
•
O′
O′
•
O
LOGO
（4）正棱锥、圆锥 ②外接球
正棱锥外接球半径求法——轴截面法
1.球心在棱锥的高所在的直线上
2.球心到底面外接圆圆心的距离d等于锥体的高h 减去球半径R的绝对值
d= |h －R |
P
3. R 2 r 2 (h R ) 2
4
9
O
1
， 解得r= 3
轴截面法
球的内切与外接问题
02 球的外接问题
球的外接几何体
球的外接三角形
一个球的外接三角形是指 一个内接于球的三角形， 其三条边的中点都在球的 球面上。
球的外接多边形
一个球的外接多边形是指 一个内接于球的n边形，其 所有顶点都在球的球面上。
球的外接圆柱
一个球的外接圆柱是指一 个内接于球的圆柱，其底 面圆心与球心重合。
球的外接线与半径
球的内切与外接问
目录
• 球的内切问题 • 球的外接问题 • 球的内切与外接问题的应用 • 球的内切与外接问题的数学原理 • 球的内切与外接问题的实际案例
01 球的内切问题
球的内切几何体
01
02
03
球的内切正方体
球心与正方体的一个顶点 重合，正方体的对角线等 于球的直径。
球的内切长方体
长方体的一个角顶点位于 球心，长方体的体对角线 等于球的直径。
球的外接圆
一个球的外接圆是指一个内接于 球的圆，其圆心位于球的球面上 。
球的半径
球的半径是指从球心到球面的距 离。
球的外接多面体
球的外接正多面体
一个球的外接正多面体是指一个内接 于球的n面体，其所有面都是等边三 角形或等边四边形。
球的外接非正多面体
一个球的外接非正多面体是指一个内 接于球的n面体，其面可以是等边三角 形、等边四边形或等腰三角形等。
根据球的外接定理，推导出多面体的所有顶点都在球面上， 以及多面体的所有边都与球的半径相等的条件。
05 球的内切与外接问题的实 际案例
建筑设计中的球内切与外接问题
建筑设计中的球内切问题
在建筑设计领域，球内切问题通常涉及到如何将一个球体完美地放入一个给定的空间内，使得球体与 空间边界相切。例如，在建造穹顶或大型球形结构时，需要精确计算球体的大小和位置，以确保其与 周围结构相切。
球的“内切”“外接”问题
处理球的“内切”“外接”问题与球有关的组合体问题，一种是内切，一种是外接。
作为这种特殊的位置关系在高考中也是考查的重点，但同学们又因缺乏较强的空间想象能力而感到模糊。
解决这类题目时要认真分析图形，明确切点和接点的位置及球心的位置，画好截面图是关键，可使这类问题迎刃而解。
一、棱锥的内切、外接球问题例1.正四面体的外接球和内切球的半径是多少？分析：运用正四面体的二心合一性质，作出截面图，通过点、线、面关系解之。
解：如图1所示，设点O 是内切球的球心，正四面体棱长为a ．由图形的对称性知，点O 也是外接球的球心．设内切球半径为r ，外接球半径为R ．练习：一个正四面体内切球的表面积为π3，求正四面体的棱长。
二、球与棱柱的组合体问题1． 正方体的内切球：球与正方体的每个面都相切，切点为每个面的中心，显然球心为正方体的中心。
设正方体的棱长为a ，球半径为R 。
如图3，截面图为正方形EFGH 的内切圆，得2a R =； 2． 与正方体各棱相切的球：球与正方体的各棱相切，切点为各棱的中点，如图4作截面图，圆O 为正方形EFGH 的外接圆，易得a R 22=。
3． 正方体的外接球：正方体的八个顶点都在球面上，如图5，以对角面1AA 作截面图得，圆O 为矩形C C AA 11的外接圆，易得a O A R 231==。
4． 长方体内切外接球呢？图3 图4 图5 图1例3.在球面上有四个点P 、A 、B 、C .如果PA 、PB 、PC 两两互相垂直，且a PC PB PA ===,那么这个球的表面积是______.解：由已知可得PA 、PB 、PC 实际上就是球内接正方体中交于一点的三条棱，正方体的对角线长就是球的直径，连结过点C 的一条对角线CD ，则CD 过球心O ，对角线a CD 3=223234a a S ⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=∴ππ球表面积 练习：1一棱长为a 2的框架型正方体，内放一能充气吹胀的气球，求当球与正方体棱适好接触但又不至于变形时的球的体积。
(word完整版)高考数学中的内切球和外接球问题
高考数学中的内切球和外接球问题一、有关外接球的问题如果一个多面体的各个顶点都在同一个球面上，那么称这个多面体是球的内接多面体，这个球称为多面体的外接球.有关多面体外接球的问题，是立体几何的一个重点，也是高考考查的一个热点.考查学生的空间想象能力以及化归能力.研究多面体的外接球问题，既要运用多面体的知识，又要运用球的知识，并且还要特别注意多面体的有关几何元素与球的半径之间的关系，而多面体外接球半径的求法在解题中往往会起到至关重要的作用.一、直接法（公式法）1、求正方体的外接球的有关问题例1若棱长为3的正方体的顶点都在同一球面上，则该球的表面积为.例2一个正方体的各顶点均在同一球的球面上，若该正方体的表面积为24 ,则该球的体积为.2、求长方体的外接球的有关问题例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长分别为1,2,3 ,则此球的表面积为.例4已知各顶点都在一个球面上的正四棱柱高为4,体积为16,则这个球的表面积为（）.A. 16B. 20C. 24D. 323.求多面体的外接球的有关问题例5一个六棱柱的底面是正六边形， 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9,底面周长 为3,则这个球的体积为.解设正六棱柱的底面边长为x ,高为h ,则有 6x 3 9 会 3 2.6 — x h 8 4的半径的常用公式二、构造法（补形法）1、构造正方体例5若三棱锥的三条侧棱两两垂直，且侧棱长均为 V 3 ,则其外 接球的表面积是.例3若三棱锥的三个侧面两两垂直，且侧棱长均为V 3 ,则其外 接球的表面积是.故其外接球的表面积S 4 r 2 9 .小结：一般地，若一个三棱锥的三条侧棱两两垂直，且其长度分 别为a,b,c ,则就可以将这个三棱锥补成一个长方体， 于是长方体的体 对角线的长就是该三棱锥的外接球的直径.设其外接球的半径为R ,则 有2R va 2 b 2 c 2.出现“墙角”结构利用补形知识，联系长方体。
立体几何中的“内切”与“外接”问题的探究(完美版)
立体几何中的“内切”与“外接”问题的探究(完美版)探究立体几何中“内切”与“外接”问题在立体几何中，我们经常遇到“内切”和“外接”的问题。
在研究这些问题之前，我们需要先明确球心的定义。
如果一个定点与一个简单多面体的所有顶点的距离都相等，那么这个定点就是该简单多面体的外接球球心。
根据上述性质，我们可以得出以下多面体外接球的结论：1.正方体或长方体的外接球的球心是其体对角线的中点。
2.正棱柱的外接球的球心是上下底面中心的连线的中点。
3.直三棱柱的外接球的球心是上下底面三角形外心的连线的中点。
4.正棱锥的外接球的球心在其高上，具体位置可通过计算得到。
5.若棱锥的顶点可构成共斜边的直角三角形，则共斜边的中点就是其外接球的球心。
接下来我们来探究一下正方体和长方体的外接球的问题。
根据结论1，正方体或长方体的外接球的球心是其体对角线的中点。
我们可以利用构造法（补形法）来解决这类问题。
例如，对于一个长方体，如果从一个顶点出发的三条棱长分别为a、b、c，则体对角线长为√(a^2+b^2+c^2)，几何体的外接球直径2R为体对角线长l，因此R=√(a^2+b^2+c^2)/2.举个例子，如果一个三棱锥的三个侧面两两垂直，且侧棱长均为3，则可以将这个三棱锥补成一个棱长为3的正方体，于是正方体的外接球就是三棱锥的外接球。
设其外接球的半径为R，则有(2R)^2=3^2+3^2+3^2=27.因此，其外接球的表面积为S=4πR^2=36π。
另外，对于一个矩形ABCD，如果AB=4，BC=3，沿AC将矩形ABCD折成一个直二面角B-AC-D，则四面体ABCD的外接球的体积为(125π)/(1296)。
最后，如果出现正四面体外接球的问题，我们可以利用构造法（补形法），联系正方体。
一个四面体的所有棱长都为2，四个顶点在同一球面上，则此球的表面积为多少？解析：由于所有棱长都相等，所以可以构造一个正方体，再寻找棱长相等的四面体。
如图2所示，四面体ABDE满足条件，即AB=AD=AE=BD=DE=BE=2.由此可求得正方体的棱长为1，对角线为$\sqrt{3}$，从而外接球的直径也为$\sqrt{3}$，所以此球的表面积为$4\pi$，故选B。
球的内切与外接问题_数学_高二
S1：S2：S3=R12：R22：R32
第一个小球 — 与正方体内切
a
R1
O
·
1 R1 a 2
2
AC1= 5 2 AC12=AC2+CC12 AC12=32+42+x2=50 x=5 D2=a2+b2+c2
（1）一个几何体的外接球与内切球怎样确定？ ①确定球心位置——位于几何体的中心 ②确定球的半径——球心到切点的距离 （2）一个几何体的外接球与内切球的半径怎样求？ ①与面向切——R=球心到面的距离 ②与棱相切——R=球心到棱的距离 ③与点相接——R=球心到点的距离
画出相关截面，转化成平面几何思考
2
2 3 : a : a 2 2
2
1: 2 : 3
V1:V2:V3= ? R13:R23:R33
长方体的一个顶点上三条棱的长分别为3、4、x， 且它的八个顶点都在同一个球面上，已知球的表面 5 积是50π，则x= 5 。 2 R= S=4πR2
第二个小球 — 与正方体的各条棱都相切
O
·
a
R2
2 R2 a 2
第三个小球 — 与正方体外接
A1
C1
O
·
a
C
R3
A
3 R3 a 2
1 R1 a 2
2 R2 a 2
S1 : S2 : S3 R : R2 : R3
2 1 2
2
立体几何中的外接球内切球棱切球问题
立体几何中的外接球内切球棱切球问题1. 概述在立体几何中，外接球、内切球和棱切球是常见的几何问题。
它们在工程、建筑、数学等领域都有重要的应用。
本文将围绕外接球、内切球和棱切球展开讨论，探究它们的性质和相关问题。
2. 外接球的定义和性质外接球是指一个球与一个或多个其他物体外接，外接球的半径等于所外接物体相应部分的长度，在立体几何中有着重要的应用。
外接球的性质1）外接球的圆心在被外接物体向外伸出的法线上。
2）外接球的半径等于被外接物体的相应部分的长度。
3）对于凸体而言，外接球存在且唯一。
3. 内切球的定义和性质内切球是指一个球恰好与另一个物体相切，内切球在立体几何中也有着重要的应用。
内切球的性质1）内切球的圆心在被内切物体向内伸出的法线上。
2）对于凸体而言，内切球存在且唯一。
3）内切球在不同物体中的位置可能不同，但其存在性是唯一的。
4. 棱切球的定义和性质棱切球是指一个球与多个物体之间棱切的情况，在立体几何中也有着重要的应用。
棱切球的性质1）棱切球的圆心在被棱切物体所在的平面上。
2）对于凸体而言，棱切球存在且唯一。
3）棱切球在不同物体中的位置可能不同，但其存在性是唯一的。
5. 实际应用举例外接、内切和棱切球在实际应用中有着广泛的应用。
比如在建筑工程中，常常需要计算建筑物的外接球、内切球和棱切球，以确定其结构和稳定性。
在数学建模中，外接、内切和棱切球也常常出现，用于解决各种数学问题。
6. 结论外接球、内切球和棱切球是立体几何中重要的概念，它们的性质和应用涉及到广泛的领域。
对这些几何问题的深入研究和应用可以帮助我们更好地理解立体几何的性质，并且为实际问题的解决提供理论支持。
希望本文能够帮助读者更好地理解外接球、内切球和棱切球的相关问题，并且激发更多人对立体几何的兴趣和研究。
外接球、内切球和棱切球作为立体几何中的重要概念，其性质和应用不仅仅局限于几何学。
它们的相关问题还涉及到数学建模、工程设计、建筑结构等领域，对于实际问题的解决提供了理论支持和指导。
立体几何中的“内切”与“外接”问题的探究(完美版)
立体几何中的“内切”与“外接”问题的探究一、由球心的定义确定球心在空间，如果一个定点与一个简单多面体的所有顶点的距离都相等，那么这个定点就是该简单多面体的外接球球心。
二、由上述性质可以得出以下多面体外接球的结论：结论1：正方体或长方体的外接球的球心是其体对角线的中点。
结论2：正棱柱的外接球的球心是上下底面中心的连线的中点。
结论3：直三棱柱的外接球的球心是上下底面三角形外心的连线的中点。
结论4：正棱锥的外接球的球心是在其高上，具体位置可通过计算得到。
结论5：若棱锥的顶点可构成共斜边的直角三角形，则共斜边的中点就是其外接球的球心。
一、定义法例1、 在矩形ABCD 中，4,3AB BC ==，沿AC 将矩形ABCD 折成一个直二面角B AC D --，则四面体ABCD 的外接球的体积为A.12512πB.1259πC.1256πD.1253π 解 设矩形对角线的交点为O ，则由矩形对角线互相平分，可知OA OB OC OD ===.∴点O 到四面体的四个顶点A B C D 、、、的距离相等，即点O 为四面体的外接球的球心，如图2所示.∴外接球的半径52R OA ==.故3412536V R ππ==球.选C.二、求正方体、长方体的外接球的有关问题结论1：正方体或长方体的外接球的球心是其体对角线的中点。
①出现“墙角”结构利用构造法(补形法)，联系长方体。
【原理】：长方体中从一个顶点出发的三条棱长分别为c b a ,,，则体对角线长为222c b a l ++=，几何体的外接球直径R 2为体对角线长l 即2222c b a R ++=例1、若三棱锥的三个侧面两两垂直，且侧棱长均为3，则其外接球的表面积是 . 解 据题意可知，该三棱锥的三条侧棱两两垂直，∴把这个三棱锥可以补成一个棱长为3的正方体，于是正方体的外接球就是三棱锥的外接球.设其外接球的半径为R ，则有()()()()222223339R =++=.∴294R =. 故其外接球的表面积249S R ππ==.小结 一般地，若一个三棱锥的三条侧棱两两垂直，且其长度分别为a b c 、、，则就可以将这个三棱锥补成一个长方体，于是长方体的体对角线的长就是该三棱锥的外接球的直径.设其外接球的半径为R ，则有2222R a b c =++.②出现正四面体外接球时利用构造法(补形法)，联系正方体。
立体几何中球的内切和外接问题完美版
B、体积为 3
D、外接球的表面积为 16
3
1正视图
1
3 1 侧视图
俯视图
点 A、B、C、D 均在同一球面上，其中
是正三角形，
AD 平面 ABC,AD=2AB=6,则该球的体积为 （ ）
(A)
(B)
(C)
(D)
平面四边形 ABCD中， AB AD CD1， BD 2, BD CD ，
将其沿对角线 BD 折成四面体 A'BCD，使平面 A' BD 平面 BCD，
Q 3, 4,5, P 0,0,0
2R PQ 32 42 52 5 2
R 5 2 , S 4 R2 50
2
4 举一反三-突破提升
考点三 组合体的表面积与体积
-28-
【例 3】 正三棱锥(正三棱锥是底面为等边三角形,三个侧面为全等的等腰
三角形的三棱锥)的高为 1,底面边长为 2 6,内有一个球与它的四个面都相
例 2.（全国卷）一个四面体的所有棱长都为 2 ，四个顶点在
同一球面上，则此球的表面积为（ ）
A. 3 B. 4 C. 3 3 D. 6
2 破译规律-特别提醒
3
球与正四面体内切接问题
【例3】求棱长为a的正四面体内切球的体积．
3
球与正四面体内切接问题
3 正四面体内切、外接结论 球内接长方体的对角线是球的直径。正四面 体（棱长为a）的外接球半径R与内切球半径r之比 为R：r＝3：1.外接球半径：R 6 a
C 注意：①割补法，②
1 1 V 3 S V多 多面面体 体 3 S全 r内切全球
r内 切 球
变式训练：一个正方体内接于一个球，过球心作一截面，如图所示，则截 面的可能图形是（ ）
球的内切和外接问题
正方体外接球的直径2R 3 2 a, R 6 a
2
4
S表
3 2
a 2
A B
O D
C
求正多面体外接球旳半径
求正方体外接球旳半径
球旳内切、外接问题
1、内切球球心到多面体各面旳距离均相等， 外接球球心到多面体各顶点旳距离均相等。 2、正多面体旳内切球和外接球旳球心重叠。 3、正棱锥旳内切球和外接球球心都在高线上，但不 重叠。
丙球外接于该正方体，则三球表面面积之比为( A )
A. 1:2:3
B. 1: 2: 3 C. 1:3 4:3 9 D. 1: 8: 27
图3
图4
图5
甲球为内切球直径=正方体棱长
设为1
S甲 4 R12 =
D
C
A
B
中截面
O
.
D1
C1
A1
B1
球内切于正方体旳棱
正方形旳对角线等于球旳直径= 2a
S乙 4 R22 =2
连 AO 延长交 PD 于 G
6a 3
P
则 OG ⊥ PD，且 OO1 = OG
3
∵ Rt △ PGO ∽ Rt △ PO1D
A
a 2
•O G
O1 D
R
6 a R 3
3a
3a
2
6
R 6 a 4
E 3a
6
S表
3 2
a2
求棱长为a的正四面体P ABC的外接球的表面积
解法2：
正方体的棱长为 2 a, 2
球与多面体旳内切、外接
球旳半径r和正方体 旳棱长a有什么关系？
.r
a
一、 球体旳体积与表面积
①
V球
高中数学立体几何之外接球与内切球问题常见模型归纳(完整版)
外接球问题江西省永丰中学陈保进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。
若一个定点到一个多面体的所有顶点的距离都相等，则这个定点就是该多面体外接球的球心。
以下为常见模型。
1、长方体模型结论：长方体的外接球的球心为其体对角线的中点，直径为体对角线。
公式：2222c b a R ++=（a ,b ,c 为长宽高）补充：以下情况可转化成长方体模型。
①若三棱锥的三条棱PA ,PB ,PC 两两互相垂直(墙角模型），则可在长方体中构造。
2222PC PB P A R ++=②正四面体P -ABC 可在正方体中构造，正方体棱长2=PA a ③若三棱锥的三组对棱两两相等，则可在长方体中构造。
设AC =BP =m ,AP =BC =n ,AB=PC =t ,则⎪⎩⎪⎨⎧=+=+=+222222222t c b n c a m b a ，三式相加,222222)(2t n m c b a ++=++2)2(2222222t n m c b a R ++=++=abc2、直三棱柱模型结论：直三棱柱外接球的球心是上、下底面外心连线的中点，222()2hR r =+r 为底面三角形外接圆的半径，可用正弦定理求，h 为直三棱柱的高。
补充：有一条侧棱垂直底面的三棱锥可补成直三棱柱，如图P -ABC 中，PA ⊥平面ABC ，则可补成直三棱柱PB 1C 1-ABC ,外接球半径公式同上。
提醒：底面具有外接圆的直棱柱才有外接球，比如正棱柱，且球心在上、下底面外心连线的中点，底面无外接圆的直棱柱，以及所有斜棱柱均无外接球。
3、共斜边模型四面体D-ABC 中，DC AD ⊥，BC AB ⊥，AC 为公共的斜边，O 为AC 的中点，则O 为四面体D-ABC 外接球的球心。
4、正棱锥模型外接球的球心在正棱锥的高所在直线上，如图正三棱锥A-BCD 中，作AO 1⊥平面BCD ，则易得BO 1=CO 1=DO 1，所以O 1为△BCD 的外心，设O 为其外接球球心，半径为R ，则BO =AO =R ,设AO 1=h ,BO 1=r ,则由BO 2=BO 12+OO 12,得R 2=r 2+(h-R )2。
立体几何外接圆球及内切圆球问题
立体几何外接圆球及内切圆球问题
立体几何是研究三维空间中的图形和体积的学科。
外接圆球和内切圆球问题是立体几何中常见的一个问题。
外接圆球问题
在立体几何中，外接圆球是指一个球能够刚好与一个多面体的所有顶点相切。
对于不规则多面体来说，外接圆球可能无法通过所有的顶点，但可以通过一部分顶点。
外接圆球的半径通常被称为外接球的半径，是从多面体的中心到多面体顶点的最远距离。
要计算外接球的半径，可以使用多面体的顶点坐标来求得多面体的边长和中心点的坐标，然后使用勾股定理来计算半径的长度。
内切圆球问题
内切圆球是指一个球刚好能够与多面体的所有面相切。
与外接
圆球问题类似，对于不规则多面体来说，内切圆球可能无法与所有
的面相切，但可以与一部分面相切。
内切圆球的半径通常被称为内切球的半径，是从多面体的中心
点到多面体的面的最短距离。
要计算内切球的半径，可以使用多面
体的面的法向量和距离公式来求得。
应用和意义
外接圆球和内切圆球问题在立体几何中具有重要的应用和意义。
它们可以用来解决很多实际问题，如计算多面体的体积、表面积，
以及优化多面体的设计。
外接圆球和内切圆球问题也被广泛应用于计算机图形学和计算
机辅助设计领域。
在三维建模和渲染中，可以使用外接圆球和内切
圆球来估计或近似多面体的几何特征，以便更高效地处理和渲染三
维模型。
结论
立体几何中的外接圆球和内切圆球问题是一个有趣且实用的领域。
通过计算外接球和内切球的半径，可以获得关于多面体的重要信息，并应用于多个领域，包括工程设计和计算机图形学。
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S
A.
B.
C.1 D.
答案：D.
O
，即
.
C
A
M
B
7
若棱锥的顶点可构成共斜边的直角三角形，则共斜边的中点就是 其外接球的球心。
例 9、已知三棱锥的四个顶点都在球 的球面上，
且
，，
解：
且
，
，
因为
所以知
所以
所以可得图形为：
，
，
,
,求球 的体积。
P
在
中斜边为 在
中斜边为
B
取斜边的中点 ， 在
中
在
中
所以在几何体中
②出现正四面体外接球时利用构造法(补形法)，联 系正方体。
例 2.（全国卷）一个四面体的所有棱长2 都为 ，
四个顶点在同一球面上，则此球的表面积为（ ）
A.3
D.
4B.
3 C3. 6
2 破译规律-特别提 醒
3 球与正四面体内切接 问题
【例3】求棱长为a的正四面体内切球
的体积．
3 球与正四面体内切接 问题
则这个球的表面积是（ ）
A．16π
B．20π
C．24π
D．32π
4 举一反三-突破提
2.正六棱柱的底面边长为 4,高为 6升,则它的外接球的表面积为
A. 20 B. 25 C. 100 D. 200
4 举一反三-突破提
已知正三棱锥 P-ABC 的主视图升和俯视图如图所 示,
则此三棱锥的外接球的表面积为 ( )
，即 为该四面体的外接球的球心
A
O
C
所以该外接球的体积为
03
破译规律-特别提
醒
2 例题剖析-针对讲 解
04
举一反三-突破提
升
4 举一反三-突破提 升 1、（2015 海淀二模）已知斜三棱柱的三 视图如图所示，该斜三棱柱的体积为 ______.
4 举一反三-突破提 升
2、（2015 郑州三模） 正三角形ABC的2 边3 长
C 注意：①割补法，②
VV多 多面面体
体 13
1
S全
3
S r内切全球
r内
切球
变式训练：一个正方体内接于一个球，过球心作一截面，如 图所示，则截面的可能图形是（ ）
①
②
③
④
• A ．①② Ｂ．②④ Ｃ．①②③ Ｄ．②③④
D A
D1 A1
C
B O
C1 B1
球的内接正方体的对角线等于球直径。
变式训练：已知正四面体内接于一个球，某人画出四 个过球心的平面截球与正四面体所得的图形如下，
为 ，将它沿高AD翻折，使点B 与3 点C间的
距离为 ，此时四面体ABCD的BD 外DC接 球3 的体
积为 。
Q BC 3
ABC 等边三角
BE
1 2
•
形
sin
3 60o
1
AD
3 2
,
BE
1 2
•
sin
3 60o
OB OE2 BE2 9 1 13 42
V 4 R2 13 13
3
6
4 举一反三-突破提 升
3
3
4 举一反三-突破提 升
• .四棱锥P—ABCD，底面ABCD是边长为6的 正方形，且PA = PB = PC = PD，若一个半
径为1的球与此四棱锥的各个面相切，则此 四棱锥的体积为（ ）
• A．15 B．24 C．27 D．30
4 举一反三-突破提 升
1、已知各顶点都在一个球面上的正四棱柱高为 4，体积为 16，
D． 5 3 3
已知三棱锥 S ABC 的所有顶点都在球 O 的球面上， ABC 是边长为1的正三角形， SC 为球 O 的直径， 且 SC 2 ，则此棱锥的体积为 （ ）
（A） 2 （B） 3
6
6
（C） 2 （D） 2
3
2
(2013·石家庄质检)已知正三棱柱内接于一个半径为 2 的球， 则正三棱柱的侧面积取得最大值时，其底面边长为( )
的动点，当弦 MN 的长度最大时， PM • PN 的取值范围是
．
5 正棱锥的外接球的球心是在其 高上
例 5 在三棱锥 P－ABC 中，PA＝PB=PC= ,侧棱 PA 与底面 ABC 所成的角为 60°，则该三棱锥外接球的体积为（ ）
A．
B.
C. 4
D.
5 正棱锥的外接球的球心是在其 高上
例 6.一个正四棱锥的底面边长为 2，侧棱长为 ，五个顶点都在同一个球面上，
表·r=(3 2+2 3)r.
4 举一反三-突破提 升
-32-
又
VP-ABC=13
×
1 2
×
3×(2
2
6)2×1=2
3,∴(3
2+2
3)r=2
3,
得 r= 2 3 = 2 3(3 2-2 3)
3 2+2 3 18-12
= 6-2. ∴S 内切球=4π( 6-2)2=(40-16 6)π.
V 内切球=4π( 6-2)3=8(9 6-22)π.
3 正四面体内切、外接结 论 球内接长方体的对角线是球的直径
。正四面体（棱长为a）的外接球半径R
与内切球半径r之比为R：R r＝6 a3：1.外接
球半径：
4
r 6a
内切球半径1：2
结出论，：内正切四 球面 和r体 外 14与 接h 球球的的接两切个问球题心，是可重通合过 的线 ，面 为关 正系 四R 证 面 3r 体高2、的正四多等面分体点的，内即切定球有和内外切接球球的的半球径心重合(为。正四 面体3、的正高棱)，锥且的外内接切球球的和半外径接球．球心都在高线上，
则此球的表面积为 9 .
P
设外接球半径为 R，在△OO1A 中有
D
解得 . ∴ .
O1
O C
A B
6测棱相等的锥体顶点的投影在底面外接圆 心
例 7、.若三棱锥 S-ABC 的底面是以 AB 为斜边的等腰直角三角形，AB=2，
SA=SB=SC=2，则该三棱锥的外接球的球心到平面 ABC 的距离为（ ）
3.(2015 南昌二模）某几何体的三视图如图， 该几何体的顶点都在球O 的球面上，球CO的表
面A.积2是 B.4（ C.8） D.16
4 举一反三-突破提 升
4.（2015 石家庄一模）三棱锥P-ABC的三条侧棱
PA,PB,PC两两A互BC相垂直,Q为底面
内一点，若Q
到三个侧面的距离分别为3,4,5,则过点P和Q的所有球中
∴S 表=S 侧+S 底=9
2+1×
2
3×(2
2
6)2=9
2+6
3.
考点一 考点二 考点三
4 举一反三-突破提 升
-31-
(2)设正三棱锥 P-ABC 的内切球球心为 O,连接 OP,OA,OB,OC,而 O 点
到三棱锥的四个面的距离都为球的半径
r.∴VP-ABC=VO-PAB+VO-PBC+VO-PAC+VO-ABC=13S 侧·r+13S△ABC·r=13S
，表面积最小的球的表面积为
Q3,4,5, P0,0,0
2R PQ 32 42 52 5 2
R 5 2 , S 4 R2 50
2
4 举一反三-突破提
考点三 组合体的表面积与体积升
-29-
【例 3】 正三棱锥(正三棱锥是底面为等边三角形,三个侧面为全等的等腰
三角形的三棱锥)的高为 1,底面边长为 2 6,内有一个球与它的四个面都相
则（ ）D
①
②
③
④
• A．以下四个图形都是正确的 的
• C．只有④是正确的 确的
B．只有②④是正确 D．只有①②是正
解法2：
A B
O
D C 求正多面体外接球的半径
A B
O D
C
求正方体外接球的半径
4 直三棱柱的外接球的球心是上下底面三角形外心的连线的中点。
例 4、（2014）已知三棱柱 若该棱柱的体积为
则称这个多面体是这个球的外切多面体，
这个球是多这面个体的内切球
。
1
剖析定 义
一、由球心的定义确定球心
在空间，如果一个定点与一个简单 多面体的所有顶点的距离都相等，那么 这个定点就是该简单多面体的外接球球 心。
1 一、定义法 针对 讲解
D
AO
C
图4 B
2
求正方体、长方体的外接球的 有关问题
2 求正方体、长方体的外接球的有 关问题
B、体积为 3
D、外接球的表面积为 16 3
1 1 正视图
3 1 侧视图
俯视图
点 A、B、C、D 均在同一球面上，其中 是正三角形， AD 平面 ABC,AD=2AB=6,则该球的体积为 （ ）
(A)
(B)
(C)
(D)
平面四边形 ABCD中， AB ADCD1， BD 2, BD CD ，
27
2
C． 6 8
D． 6 24
4 举一反三-突破提 升
已知三棱锥 S—ABC 的三条侧棱两两垂直， 且 SA=2，SB=SC=4，则该三棱锥的外接球的半径为( )
A．36
B．6
C．3
D．9
一个几何体的三视图如图所示，其中正视图是一个正三角形， 则这个几何体的 （ ）
A、外接球的半径为 3 3
C、表面积为 6 3 1
A. 6 B. 2
C. 3
D．2
一个底面为正三角形且侧棱垂直于底面的三棱柱内．接．于．
半径为 3 的球，则该棱柱体积的最大值为（ ）