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2025 年吉林预赛
垂直面三棱锥的外接球表面积
F2选择题立体几何综合
已知三棱锥 A−BCD 中,平面 ABD⊥ 平面 BCD,若
AD=DB=BC=CD=1,∠ADB=120∘,
则该三棱锥的外接球的表面积为( )
- A.
- B.
- C.
- D.
解析
提示
两平面沿 BD 垂直,且两个相关三角形的边长和夹角都已给出。
思路
建立以 BD 为公共 坐标轴的空间直角坐标系,外接球心由到四个顶点等距直接确定。
解答
取
D=(0,0,0),B=(1,0,0),C=(21,23,0).
由于平面 ABD⊥ 平面 BCD 且二者交于 BD,可令
A=(−21,0,23),
这时 AD=DB=1 且 ∠ADB=120∘。
设外接球心为 O。由 OD=OB=OC,点 O 必在正三角形 BCD 的过心垂线上, 故可写成
O=(21,63,z).
再由 OD=OA,即 2O⋅A=∣A∣2=1,得到
−21+3z=1,z=23.
于是外接球半径满足
R2=OD2=41+121+43=1213.
外接球表面积为
4πR2=313π.
因此选择 C。
复核
所取四点逐一满足原题的全部边长和垂直条件。球心坐标代回后到 A,B,C,D 的距离 平方都等于 13/12。
方法总结
两个面沿公共边垂直时,令公共边为一条坐标轴,可把两个面分别放进两个互相垂直的 坐标平面。外接球心再由线性化的等距条件求出。
为什么评为 F2(会透露解法方向)
垂直平面条件直接支持标准直角坐标,底面正三角形确定球心所在垂线,再用对第四点等距解一元参数,属于常规外接球模型。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:建直角坐标系解几何题、用距离平方差求位置
专题卡:建系、分点与正交点积、等距球心、球面与截圆