连接球面上两点的线段称为球的弦。半径为 的球的两条弦 、 的长度分别等于 和 ,、 分别为 、 的中点。两条弦的两端都在球面上运动,有下面四个命题:
弦 、 可能相交于点 ;
弦 、 可能相交于点 ;
的最大值为 ;
的最小值为 。
其中真命题为( )。
(1)(3)(4)
(1)(2)(3)
(1)(2)(4)
(2)(3)(4)
弦中点到球心的距离只由弦长决定;相交命题还要检查相交点是否真在线段内。
设球心为 。由弦中点垂径,。两中点可在各自半径的同心球面任意运动,所以 ,同向与反向共线分别达到两端,命题(3)(4)都真。命题(1)可取 , 且 ,所以长 的弦 确能经过 ;再过 取垂直 的弦 即成,命题真。命题(2)若成立, 在 上,则 ,与 矛盾。因此真命题为 ,选 A。
给定中点后,任一垂直其半径方向的直线都能反构相应定长弦。第一问的交点距中点小于半弦长,已核它在线段而非仅所在直线上。
中点径向轨迹先决定点距范围,线段相交再加半弦长度限制。
弦长确定中点到球心距离,极值需反构实际弦;相交命题还须核交点落在半弦长度范围内。
核心工具:作垂足,用勾股定理降维、圆或球上点的距离范围
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