几何体的外接球问题,一是补形,即补成长方体或立方体,二是找球心,找球心的方法是找几何体某两个面外接圆的圆心,从圆心作垂线,两垂线的交点即为球心,通过构造直角三角形来解决。
内切问题更多的是通过切割法来解决,通过体积自等来求内切球半径。
球的切、接问题也可以通过构造以下模型来完成。
模型1.“心在线”模型
“心在线”模型适用圆锥、侧棱相等的棱锥等几何体,可得球心必在圆锥或棱锥一个底面的高所在直线上,由此可把相关信息转移到直角三角形内,利用勾股定理求解.
模型2.“汉堡”模型
对于直棱柱,应用数学建模的素养,结合球与直棱柱的有关性质,建立“汉堡”模型,上下底面外接圆的圆心连线的中点即为球心,球心到各个顶点的距离都等于球的半径。
模型3.“墙角”模型
具有三条棱两两垂直或三个平面两两垂直的特征,应用数学建模素养,构建“两两垂直垂直”模型,亦即“墙角”模型,如图所示,将三棱锥补形为长方体,将棱锥的外接球转化为长方体的外接球,球心即为体对角线的中点。
模型4.“面面垂直”模型
有两个表面具有面面垂直的特征,属于“面面垂直”模型,此类问题的解决关键在于仔细观察、分析,弄清相关元素的几何关系和数量关系,选准最佳角度作出截面,使这个截面尽可能多地包含球、几何体的各种元素以及体现这些元素之间的关系,达到空间问题平面化的目的。
模型5.巧用坐标法
用坐标法求解,要善于借助于长方体.也是把几何问题代数化的转化思想。将几何体纳入长方体后,各个顶点的坐标容易求出,设出球心坐标,利用球心到球面上各顶点的距离都等于半径,求解球心坐标,进而求解问题.
模型6.化“球”为“圆”法
由于“球”是“圆”在空间概念上的延伸,所以研究球的性质时,应注意与圆的性质类比.球的轴截面是大圆,它几乎含有球的全部元素,所以有关球的计算,往可以作出球的一个大圆,化“球”为“圆”来解决问题,把空间问题转化为平面问题。