同一骨架 2010 年河北预赛 第 8 题 · P010909
球域的体积可以由保球的旋转对称作等分,但要先证明有限的原几何边界没有截掉所用球域,再证明等份确实拼满相应球体。
前题要反构中点轨迹并检查原线段与三角形底面,得到角域中的球面片;后题由立方体的中心面锥给球分块,不能仅凭一张轴截面认定比例。
设 -- 是正四棱锥,其中 ,。以 为球心、以 为半径作一个球,则这个球与正四棱锥相交部分的体积是。
球面作透明轮廓示意; 为球心及棱锥顶点。
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
把原棱锥嵌入以球心为中心的立方体,用六个全等的中心面锥分割整个球。
先回想这道题的想法,再试试当前题。
原正四棱锥底边二,侧棱 ,所以高为一。它与立方体 的中心到任一个面的棱锥全等。立方体由这六个全等棱锥组成,内部互不重叠;以同一中心为球心的单位球完整包含在立方体内。立方体旋转对称把六个棱锥的球交部分互相对应,故六部分体积相同并恰分整个球。因此 。
球与各底面相切,未越过该中心面锥的底面。这里球心就是锥顶,不能误用内切球半径公式,也不能仅凭一个轴截面推六等分。
对称多面体的中心面锥可以为球分体积,但应说明它们确实分完整体且由球的旋转对称对应。
把顶点高等于一的正四棱锥嵌入中心立方体,以六个全等中心面锥与球对称性严证交体六等分。
核心工具:割补法求体积
同一骨架 2010 年河北预赛 第 8 题 · P010909
球域的体积可以由保球的旋转对称作等分,但要先证明有限的原几何边界没有截掉所用球域,再证明等份确实拼满相应球体。
前题要反构中点轨迹并检查原线段与三角形底面,得到角域中的球面片;后题由立方体的中心面锥给球分块,不能仅凭一张轴截面认定比例。
已记下,谢谢!