(完整版)外接球与内切球半径

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一丶外接球半径:

1.如上图,圆柱丶直三棱柱A 1B 1C 1-ABC 丶三棱锥A 1-ABC 丶四棱锥A 1- B 1C 1CB 的外接球都是同一个球,外接球半径均为:

R =√r 2+(ℎ2)2 其中:r 为圆柱底面半径,h 为圆柱的高。同时,圆柱两底面分别为△A 1B 1C 1和△ABC 的外接圆,由此可得出如下结论:

(1)圆柱的外接球半径为:

R =√r 2+(ℎ2

)2 其中:r 为圆柱底面半径,h 为圆柱的高。

(2)直三棱柱A 1B 1C 1-ABC 的外接球半径为

R =√r 2+(ℎ2

)2 其中:r 为三棱柱底面三角形外接圆半径,h 为棱柱的高。

A 1

B 1

C 1 A B

C

(3)有一条棱与底面垂直的三棱锥A1-ABC的外接球半径为:

R=√r2+(ℎ2 )2

其中:r为棱锥底面三角形外接圆半径,h 为与底面ABC 垂直的棱A 1A的长度。

(4)有一侧面与底面垂直(侧面A1B1C1⊥底面B1C1CB)且底面为矩形的四棱锥A1- B1C1CB的外接球半径为:

R=√r2+(ℎ2 )2

其中:r为棱锥中与底面垂直的侧面△A1B1C外接圆的半径,h为与侧面A1B1C1垂直的矩形的边BB1的长度。

注:三角形外接圆半径可由正弦定理推导,即

a sin A =

b

sin B

=

c

sin C

=2r

其中,r为三角形外接圆半径。

2.正三棱锥:以棱长为a的正三棱锥外接球半径推导为例:对于棱长为a的正三棱锥,其外接球如图:

过A作A O1⊥底面BCD,则O1为△BCD的外接圆

圆心,DE为BC边中线,且三棱锥圆心O在A O1

上。

在等边△BCD中,DE=√3

2

a

故DO1=2

3DE=√3

3

a

A

B

C

D

E

O

O1

在Rt△AD O1中,A O1=√AD2−DO12=√a2−(√3

3a)

2

=√6

3

a

因O为球心,故OD=OA=R 由DO12+OO12=DO2可得:

(√3

3

a)2+(

√6

3

a−R)2=R2

解得:R=√6

4

a

3.正四棱锥:正四棱锥的外接球球心也在底面正方形对角线交点与顶点连线上,同正三棱锥外接球球心半径推导过程。

可得:棱长为a的正四棱锥,其外接球半径为

R=√2 2

a

注:棱长为a的正四棱锥的高为√2

2

a,故正四棱锥的外接球球心即为底面正方形对角线交点。

4.长方体:长方体外接球的球心为其体对角线的中点

对于长宽高分别为a.b.c的长方体,其外接球半径为:

R=√a2+b2+c2

2

特别地:对于正方体,其长宽高均为a,故其外接球半径为

R=√3 2

a

注:对于一般几何体可建立直角坐标系,根据球心到各顶点距离相等建立方程组求解。

二丶内切球半径

1.正方体:

正方体内切球球心位于其体对角线中点处,对于边长为a的正方体,其内切球半径

R=a 2

2.正三棱锥:

正三棱锥内切球球心到各面距离均为R(R为内切球半径),故以内切球球心为顶点,各面为底面将其分成4个三棱锥。(其中3个以侧面为底的三棱锥体积相同,当棱长均为a时,分成的4个三棱锥体积均相同)对于边长为a的正三棱锥,各面均为边长为a的正三角形,内切球球心到各面距离均为R,故由分成的小三棱锥体积和等于正三棱锥体积可得:

1 3×S×R×4=

1

3

×S×ℎ

其中,S为正三棱锥各面面积,h为正三棱锥的高且h=√6

3

a

故R=√6

12

a

3.正四棱锥:

推导方法同正三棱锥内切球半径推导一样,以内切球球心为顶点,各面为底面将正四棱锥分成4个体积相等的三棱锥和一个四棱锥。(其中4个以侧面为底的三棱锥体积相同)

侧面面积为S1=1

2×a2×sin60°=√3

4

a2

底面面积为S2=a2

故由体积不变得:

1 3×S1×R×4+

1

3

×S2×R=

1

3

×S2×h

其中,h为正四棱锥的高,且h=√2

2

a

故R=√6−√2

4

a

4.直三棱柱:

直三棱柱内切球在底面投影为底面三角形的内切圆,故直三棱柱内切球半径R等于底面三角形内切圆半径r,又因为内切球到上下底面距离相等且都为R,故仅有满足h=2r的直三棱柱有内切球,其中,h为直三棱柱的高。

三角形内切圆半径求法如下:

如图,设三角形三边长分别为a.b.c,其内切圆圆心为

O,以O为顶点,3边为底边将其分成3个三角形,

由于O点到三边距离均为r,故三个三角形的高均为r,由面积不变得:

1

2

×(a+b+c)×r=S

故r=2S

(a+b+c)

其中,S为三角形面积。

5.圆柱:和直三棱柱类似,其内切球半径R等于底面半径r,且仅有满足高h=2r的圆柱有内切球。

O