同一骨架 2018 年河北预赛(高二卷) 第 6 题 · P009892
把表面等长关系还原为四面体的对棱成对相等,再利用等距结构确定外接球;展开图上的对称外观需要先转译为真实棱长,不能直接当成立体中心。
前题先从折叠网格辨认对棱,后题给一般全等面并证明球半径关系;重复边长和非退化条件也要保留。
等面四面体的外接球半径
已知一个四面体的四个面全等,每个面的三条边长均为 。
则其外接球的半径为 。
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
四个面全等的四面体是等面四面体,其三组对棱分别相等。
先回想这道题的想法,再试试当前题。
以一个顶点为原点写出三条 棱向量,利用三组对棱相等求点积,再验证重心到四个顶点等距。
先说明三组对棱分别相等。若 两两不同,则每种长度在四个面中共出现四次; 每条棱属于两个面,故每种长度恰有两条棱。这两条棱不能同在一个面中,只能互为对棱。 若 中恰有两个相等,则那个只出现一次的面边长同理对应一组相等对棱, 其余四条棱长度相等;三者全等时结论显然。于是可把四面体记为 ,使
以 为原点,记
由三组对棱相等,分别平方可得
四面体重心 的位置向量为
例如,由 (1) 有
同理 ,故 是外接球球心。于是
因此
重心到其余三个顶点的等距验证与上式只差循环换元,没有额外假设。 正四面体情形 时,公式化为 ,与标准结果一致。
四面全等提示“对棱相等”。以一个顶点为原点后,对棱长度给出三对向量点积; 重心向量是三条棱向量之和的四分之一,适合直接验证它同时也是外心。
先从四面全等推出对棱相等,再发现重心到四顶点等距,选重心向量平方可直接把半径写成三边平方和。
同一骨架 2018 年河北预赛(高二卷) 第 6 题 · P009892
把表面等长关系还原为四面体的对棱成对相等,再利用等距结构确定外接球;展开图上的对称外观需要先转译为真实棱长,不能直接当成立体中心。
前题先从折叠网格辨认对棱,后题给一般全等面并证明球半径关系;重复边长和非退化条件也要保留。
已记下,谢谢!