专题地图 › 空间角与距离
2021 年贵州预赛
F2填空题空间角与距离
在正方体 ABCD−A1B1C1D1 中,AA1=1,E,F 分别为棱 CC1,DD1 的中点。则平面 AEF 截该正方体的外接球所得截面的面积为 。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
标准答案:107π
解析
思路
建立正方体坐标,求截平面到球心的距离,再用球截面半径公式。
解答
取
A=(0,0,0), C=(1,1,0), D=(0,1,0),E=(1,1,1/2), F=(0,1,1/2).
由 AE×AF 可得平面 AEF 的方程为 y−2z=0。外接球球心为 O=(1/2,1/2,1/2),半径 R=3/2, 且 O 到该平面的距离为
d=5∣1/2−1∣=251.
截面圆的半径平方为 R2−d2=3/4−1/20=7/10,所以面积为
107π.
复核
三个点 A,E,F 均满足 y−2z=0;d<R,所以截面确为非退化圆。
方法总结
球被平面所截时,核心是“球心到平面距离”,截面半径满足 r2=R2−d2。
为什么评为 F2(会透露解法方向)
以三点求截面平面,再求球心到平面距离,用半径平方差得到截圆面积。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:用法向量处理方向、夹角与点面距离、作垂足,用勾股定理降维
专题卡:点面距离、异面线距离与球截面