高考数学微专题---外接球(含答案)

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微专题 几何体的外接球一 选择题1.棱长分别为2、3、5的长方体的外接球的表面积为( )A .4πB .12πC .24πD .48π2.设三棱柱的侧棱垂直于底面,所有棱的长都为23,顶点都在一个球面上,则该球的表面积为( ) A .12πB .28πC .44πD .60π3.把边长为3的正方形ABCD 沿对角线AC 对折,使得平面ABC ⊥平面ADC ,则三棱锥D ABC -的外接球的表面积为( )A .32πB .27πC .18πD .9π4.某几何体是由两个同底面的三棱锥组成,其三视图如下图所示,则该几何体外接球的面积为( )A .2πaB .22πaC .23πaD .24πa5.三棱锥A BCD -的所有顶点都在球O 的表面上,AB ⊥平面BCD ,2BC BD ==,243AB CD ==O 的表面积为( )A .16πB .32πC .60πD .64π6.如图1111ABCD A B C D -是边长为1的正方体,S ABCD -是高为1的正四棱锥,若点S ,1A ,1B ,1C ,1D 在同一个球面上,则该球的表面积为( )A .9π16B .25π16C .49π16D .81π167.已知球O 的半径为R ,A ,B ,C 三点在球O 的球面上,球心O 到平面ABC 的距离为12R ,2AB AC ==,120BAC ∠=︒,则球O 的表面积为( )A .16π9B .16π3 C .64π9D .64π38.已知正四棱锥P ABCD -(底面四边形ABCD 是正方形,顶点在底面的射影是底面的中心)的各顶点都在同一球面上,底面正方形的边长为10,若该正四棱锥的体积为503,则此球的体积为( ) A .18πB .86C .36πD .323π9.如图,在ABC △中,6AB BC ==,90ABC ∠=︒,点D 为AC 的中点,将ABD △沿BD 折起到PBD △的位置,使PC PD =,连接PC ,得到三棱锥P BCD -.若该三棱锥的所有顶点都在同一球面上, 则该球的表面积是( )A .7πB .5πC .3πD .π10.四面体A BCD -中,60ABC ABD CBD ∠=∠=∠=︒,3AB =,2CB DB ==,则此四面体外接球的表面积为( ) A .19π2B 1938πC .17πD 1717π11.将边长为2的正ABC △沿着高AD 折起,使120BDC ∠=︒,若折起后A B C D 、、、四点都在球O 的表面上,则球O 的表面积为( )A .7π2B .7πC .13π2D .13π312.在三棱锥A BCD -中,6AB CD ==,5AC BD AD BC ====,则该三棱锥的外接球的表面积为( ) A .4343π24B .4343π6C .43π2D .43π二、填空题13.棱长均为6的直三棱柱的外接球的表面积是_________.14.已知棱长都相等正四棱锥的侧面积为163,则该正四棱锥内切球的表面积为________. 15.已知三棱柱111ABC A B C -的侧棱垂直于底面,各顶点都在同一球面上,若该棱柱的体积为3,2AB =,1AC =,60BAC ∠=︒,则此球的表面积等于______.16. 已知三棱锥P ABC -的四个顶点均在同一个球面上,底面ABC △满足6BA BC ==,π2ABC ∠=,若该三棱锥体积的最大值为3,则其外接球的体积为________ 17. 已知各顶点都在同一球面上的正四棱柱的高为4,体积为16,则这个球的表面积____ 18.在三棱锥A BCD -中,AB AC =,DB DC =,4AB DB +=,AB BD ⊥,则三棱锥A BCD -外接球的体积的最小值为______________. 三 解答题已知三棱锥A-BCD 中,AB=AC=BC =2,2==CD BD ,点E 是BC 的中点,点A 在平面BCD 的射影恰好为DE 的中点,求该三棱锥外接球的表面积.培优点十四 外接球1.正棱柱,长方体的外接球球心是其中心例1:已知各顶点都在同一球面上的正四棱柱的高为4,体积为16,则这个球的表面积是( ) A .16π B .20πC .24πD .32π【答案】C【解析】162==h a V ,2=a ,24164442222=++=++=h a a R ,24πS =,故选C .2.补形法(补成长方体)图2图3例2:若三棱锥的三个侧面两两垂直,且侧棱长均为3,则其外接球的表面积是 .【答案】9π【解析】933342=++=R ,24π9πS R ==.3.依据垂直关系找球心例3:已知三棱锥P ABC -的四个顶点均在同一个球面上,底面ABC △满足BA BC ==π2ABC ∠=,若该三棱锥体积的最大值为3,则其外接球的体积为( ) A .8π B .16π C .16π3 D .32π3【答案】D【解析】因为ABC △是等腰直角三角形,所以外接球的半径是12r ==的半径是R ,球心O 到该底面的距离d ,如图,则1632ABC S =⨯=△,BD =116336ABC V S h h ==⨯=△,最大体积对应的高为3SD h ==,故223R d =+,即()2233R R =-+,解之得2R =,所以外接球的体积是3432ππ33R =,故答案为D .一、单选题1.棱长分别为235的长方体的外接球的表面积为( ) A .4π B .12π C .24π D .48π【答案】B【解析】设长方体的外接球半径为R ,由题意可知:()(22222235R =++,则:23R =,该长方体的外接球的表面积为24π4π312πS R ==⨯=.本题选择B 选项.2.设三棱柱的侧棱垂直于底面,所有棱的长都为23面积为( ) A .12π B .28π C .44π D .60π【答案】B【解析】设底面三角形的外接圆半径为r ,由正弦定理可得:232r =2r =, 设外接球半径为R ,结合三棱柱的特征可知外接球半径222327R =+=,外接球的表面积24π28πS R ==.本题选择B 选项.3.把边长为3的正方形ABCD 沿对角线AC 对折,使得平面ABC ⊥平面ADC ,则三棱锥D ABC -的外接对点增分集训球的表面积为( ) A .32π B .27πC .18πD .9π【答案】C【解析】把边长为3的正方形ABCD 沿对角线AC 对折,使得平面ABC ⊥平面ADC , 则三棱锥D ABC -的外接球直径为32AC =,外接球的表面积为24π18πR =,故选C . 4.某几何体是由两个同底面的三棱锥组成,其三视图如下图所示,则该几何体外接球的面积为( )A .2πaB .22πaC .23πaD .24πa【答案】C【解析】由题可知,该几何体是由同底面不同棱的两个三棱锥构成,其中底面是棱长为2a 的正三角形,一个是三条侧棱两两垂直,且侧棱长为a 的正三棱锥,另一个是棱长为2a 的正四面体,如图所示:该几何体的外接球与棱长为的正方体的外接球相同,因此外接球的直径即为正方体的体对角线,所以222323R a a a a R =++⇒=,所以该几何体外接球面积22234π4π3πS R a ⎫==⨯=⎪⎪⎝⎭,故选C . 5.三棱锥A BCD -的所有顶点都在球O 的表面上,AB ⊥平面BCD ,2BC BD ==,243AB CD ==,则球O 的表面积为( )A .16πB .32πC .60πD .64π【答案】D【解析】因为2BC BD ==,23CD =,所以()22222231cos 2222CBD +-∠==-⨯⨯,2π3CBD ∴∠=, 因此三角形BCD 外接圆半径为122sin CDCBD=∠,设外接球半径为R ,则222=2+412162AB R ⎛⎫=+= ⎪⎝⎭,2=4π64πS R ∴=,故选D .6.如图1111ABCD A B C D -是边长为1的正方体,S ABCD -是高为1的正四棱锥,若点S ,1A ,1B ,1C ,1D 在同一个球面上,则该球的表面积为( )A .9π16B .25π16C .49π16D .81π16【答案】D【解析】如图所示,连结11A C ,11B D ,交点为M ,连结SM ,易知球心O 在直线SM 上,设球的半径R OS x ==,在1Rt OMB △中,由勾股定理有:22211OM B M B O +=,即:()222222x x ⎛⎫-+= ⎪ ⎪⎝⎭,解得:98x =,则该球的表面积229814π4ππ816S R ⎛⎫==⨯= ⎪⎝⎭.本题选择D 选项.7.已知球O 的半径为R ,A ,B ,C 三点在球O 的球面上,球心O 到平面ABC 的距离为12R ,2AB AC ==,120BAC ∠=︒,则球O 的表面积为( ) A .16π9B .16π3C .64π9D .64π3【答案】D【解析】由余弦定理得:44222cos12023BC =+-⨯⨯︒=,设三角ABC 外接圆半径为r ,由正弦定理可得:232sin120r =︒,则2r =,又22144R R =+,解得:2163R =,则球的表面积2644ππ3S R ==.本题选择D 选项.8.已知正四棱锥P ABCD -(底面四边形ABCD 是正方形,顶点在底面的射影是底面的中心)的各顶点都在同一球面上,底面正方形的边长为10,若该正四棱锥的体积为503,则此球的体积为( ) A .18π B .86C .36πD .323π【答案】C 【解析】如图,设正方形ABCD 的中点为E ,正四棱锥P ABCD -的外接球心为O , 105EA ∴=正四棱锥的体积为503,()21501033P ABCD V PE -∴=⨯⨯=, 则5PE =,5OE R ∴=-,在AOE △中由勾股定理可得:()2255R R -+=,解得3R =,34π36π3V R ∴==球,故选C .9.如图,在ABC △中,6AB BC ==,90ABC ∠=︒,点D 为AC 的中点,将ABD △沿BD 折起到PBD △的位置,使PC PD =,连接PC ,得到三棱锥P BCD -.若该三棱锥的所有顶点都在同一球面上,则该球的表面积是( )A .7πB .5πC .3πD .π【答案】A【解析】由题意得该三棱锥的面PCD 3BD ⊥平面PCD , 设三棱锥P BDC -外接球的球心为O ,PCD △外接圆的圆心为1O ,则1OO ⊥面PCD ,∴四边形1OO DB 为直角梯形,由3BD 11O D =,及OB OD =,得7OB =7R =∴该球的表面积274π4π7π4S R ==⨯=.故选A . 10.四面体A BCD -中,60ABC ABD CBD ∠=∠=∠=︒,3AB =,2CB DB ==,则此四面体外接球的表面积为( ) A .19π2B 1938πC .17πD 1717π【答案】A 【解析】由题意,BCD △中,2CB DB ==,60CBD ∠=︒,可知BCD △是等边三角形,3BF =, ∴BCD △的外接圆半径23r BE ==,3FE ∵60ABC ABD ∠=∠=︒,可得7AD AC ==可得6AF =∴AF FB ⊥,∴AF BCD ⊥, ∴四面体A BCD -高为6AF =设外接球R ,O 为球心,OE m =,可得:222r m R +=……①,)2226πEF R +=……②由①②解得:19R =2194ππ2S R ==.故选A . 11.将边长为2的正ABC △沿着高AD 折起,使120BDC ∠=︒,若折起后A B C D 、、、四点都在球O 的表面上,则球O 的表面积为( )A .7π2B .7πC .13π2D .13π3【答案】B【解析】BCD △中,1BD =,1CD =,120BDC ∠=︒,底面三角形的底面外接圆圆心为M ,半径为r ,由余弦定理得到3BC =321r r =⇒=,见图示:AD 是球的弦,3DA =,将底面的圆心M 平行于AD 竖直向上提起,提起到AD 的高度的一半,即为球心的位置O ,∴32OM =,在直角三角形OMD 中,应用勾股定理得到OD ,OD 即为球的半径.∴球的半径37142OD =+=.该球的表面积为24π7πOD ⨯=;故选B . 12.在三棱锥A BCD -中,6AB CD ==,5AC BD AD BC ====,则该三棱锥的外接球的表面积为( )A .4343π24B .4343π6C .43π2D .43π【答案】D【解析】分别取AB ,CD 的中点E ,F ,连接相应的线段CE ,ED ,EF , 由条件,4AB CD ==,5BC AC AD BD ====,可知,ABC △与ADB △,都是等腰三角形,AB ⊥平面ECD ,∴AB EF ⊥,同理CD EF ⊥,∴EF 是AB 与CD 的公垂线, 球心G 在EF 上,推导出AGB CGD △≌△,可以证明G 为EF 中点, 2594DE =-=,3DF =,1697EF =-=,∴72GF =,球半径743942DG =+=,∴外接球的表面积为24π43πS DG =⨯=. 故选D .二、填空题13.棱长均为6的直三棱柱的外接球的表面积是_________.【答案】84π【解析】由正弦定理可知底面三角形的外接圆半径为1616232sin60232r =⨯=⨯=︒, 则外接球的半径()2232391221R =+=+=,则外接球的表面积为24π4π2184πS R ==⨯=.14.已知棱长都相等正四棱锥的侧面积为163,则该正四棱锥内切球的表面积为________. 【答案】()32163π-【解析】设正四棱锥的棱长为a ,则2341634a ⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭,解得4a =.于是该正四棱锥内切球的大圆是如图PMN △的内切圆,其中4MN =,23PM PN ==22PE =.设内切圆的半径为r ,由PFO PEN ≅△△,得FO PO EN PN =,即22223r r -=, 解得226231r ==+∴内切球的表面积为(224π4π6232163πS r ===-. 15.已知三棱柱111ABC A B C -的侧棱垂直于底面,各顶点都在同一球面上,若该棱柱的体积32AB =,1AC =,60BAC ∠=︒,则此球的表面积等于______.【答案】8π【解析】∵三棱柱111ABC A B C -32AB =,1AC =,60BAC ∠=︒,1121sin 6032AA ∴⨯⨯⨯︒⨯=,12AA ∴=, 2222cos60412BC AB AC AB AC =+-⋅︒=+-,3BC ∴=,设ABC △外接圆的半径为R ,则2sin 60BC R ︒=,1R ∴=, ∴外接球的半径为112+=,∴球的表面积等于()24π28π⨯=.故答案为8π.16.在三棱锥A BCD -中,AB AC =,DB DC =,4AB DB +=,AB BD ⊥,则三棱锥A BCD -外接球的体积的最小值为_____.【答案】82π3【解析】如图所示,三棱锥A BCD -的外接圆即为长方体的外接圆,外接圆的直径为长方体的体对角线AD ,设AB AC x ==,那么4DB DC x ==-,AB BD ⊥,所以22AD AB DB =+积的最小值即为AD 最小,()224AD x x =+-2x =时,AD 的最小值为222 故体积的最小值为82π3.。