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求三棱锥的内切球和外接球半径

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求三棱锥的内切球和外接球半径

已知一个三棱锥的底面是边长为a的正△,侧棱长均为b,求它的内切球和外接球半径

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  • 2008-12-27 21:44:16
      已知一个三棱锥的底面是边长为a的正△,侧棱长均为b,求它的内切球和外接球半径
    已知三棱柱P-ABC的底面ABC为边长=a的正三角形,左右侧棱长均为b
    1)外接球的情形
    连接PO,并延长PO交面ABC于点O'
    因为P-ABC为正三棱椎,所以:O'为△ABC的内心
    且,PO⊥面ABC
    连接CO'并延长,交AB边于点D,则D为AB中点
    连接OC
    则,OP=OC=R(外接球半径)
    因为ABC为正三角形,所以:CO'=a*(√3/2)*(2/3)=(√3/3)a
    设OO'=x
    那么:PO'=R+x
    在Rt△OO'C中,由勾股定理有:OC^2=OO'^2+CO'^2
    即:R^2=x^2+[(√3/3)a]^2=x^2+(a^2/3)……………………(1)
    而,在Rt△PO'C中,也有:PC^2=PO'^2+CO'^2
    即:b^2=(R+x)^2+[(√3/3)a]^2=(R+x)^2+(a^2/3)…………(2)
    联立(1)(2)得到:
    R=(b^2/2)*{√[3/(3b^2-a^2)]}
    2)内切球情形
    连接PO并延长,交底面ABC于O'
    连接CO'并延长,交边AB于D,则D为AB中点
    连接PD,球O切面PAB于点E,切面ABC于O'
    连接OO'、OE,则:OO'⊥面ABC,OE⊥面PAB
    同1)有:
    CO'=(√3/3)a
    PO'^2=PC^2-CO'^2=b^2-(a^2/3)
    所以:PO=√[b^2-(a^2/3)]
    所以,PO=PO'-OO'=√[b^2-(a^2/3)]-r
    由于Rt△DOO'≌Rt△DOE,所以:DO'=DE=CO'/2=(√3/6)a
    而,PD^2=PB^2-BD^2=b^2-(a/2)^2=b^2-(a^2/4)
    所以:PD=√[b^2-(a^2/4)]
    设内切球半径为r,那么:由Rt△POE∽Rt△PDO'得到:
    PO/PD=OE/DO'
    {√[b^2-(a^2/3)]-r}/√[b^2-(a^2/4)]=r/(√3a/6)
    解得:
    r=[a*√(3b^2-a^2)]/[√3a+b*√(b^2-a^2/4)]。
      

    T***

    2008-12-27 21:44:16

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