新高考数学二轮复习解答题培优练习专题01 空间几何体的外接球与内切球问题(典型题型归类训练)原卷版

专题01空间几何体的外接球与内切球问题(典型题型归类训练)目录TOC\o"1-2"\h\u一、必备秘籍 1二、典型题型 3题型一：内切球等体积法 3题型二：内切球独立截面法 3题型三：外接球公式法 4题型四：外接球补型法 4题型五：外接球单面定球心法 5题型六：外接球双面定球心法 6三、专项训练 7一、必备秘籍1．球与多面体的接、切定义1；若一个多面体的各顶点都在一个球面上，则称这个多面体是这个球的内接多面体，这个球是多面体的外接球。定义2；若一个多面体的各面都与一个球的球面相切，则称这个多面体是这个球的外切多面体，这个球是多面体的内切球。类型一球的内切问题（等体积法）例如：在四棱锥SKIPIF1<0中，内切球为球SKIPIF1<0，求球半径SKIPIF1<0.方法如下：SKIPIF1<0即：SKIPIF1<0，可求出SKIPIF1<0.类型二球的外接问题1、公式法正方体或长方体的外接球的球心为其体对角线的中点2、补形法（补长方体或正方体）①墙角模型（三条线两个垂直）题设：三条棱两两垂直（重点考察三视图）②对棱相等模型（补形为长方体）题设：三棱锥（即四面体）中，已知三组对棱分别相等，求外接球半径（SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0）3、单面定球心法（定+算）步骤：①定一个面外接圆圆心：选中一个面如图：在三棱锥SKIPIF1<0中，选中底面SKIPIF1<0，确定其外接圆圆心SKIPIF1<0（正三角形外心就是中心，直角三角形外心在斜边中点上，普通三角形用正弦定理定外心SKIPIF1<0）；②过外心SKIPIF1<0做（找）底面SKIPIF1<0的垂线，如图中SKIPIF1<0面SKIPIF1<0,则球心一定在直线（注意不一定在线段SKIPIF1<0上）SKIPIF1<0上；③计算求半径SKIPIF1<0:在直线SKIPIF1<0上任取一点SKIPIF1<0如图：则SKIPIF1<0，利用公式SKIPIF1<0可计算出球半径SKIPIF1<0.4、双面定球心法（两次单面定球心）如图：在三棱锥SKIPIF1<0中：①选定底面SKIPIF1<0，定SKIPIF1<0外接圆圆心SKIPIF1<0②选定面SKIPIF1<0，定SKIPIF1<0外接圆圆心SKIPIF1<0③分别过SKIPIF1<0做面SKIPIF1<0的垂线，和SKIPIF1<0做面SKIPIF1<0的垂线，两垂线交点即为外接球球心SKIPIF1<0.二、典型题型题型一：内切球等体积法1．（22·23·全国·专题练习）正三棱锥P﹣ABC的三条棱两两互相垂直，则该正三棱锥的内切球与外接球的半径之比为（）A．1：3 B．1：SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<02．（22·23下·朔州·阶段练习）正四面体的内切球、棱切球(与各条棱均相切的球)及外接球的半径之比为．3．（23·24上·萍乡·期末）已知球O是棱长为1的正四面体的内切球，AB为球O的一条直径，点P为正四面体表面上的一个动点，则SKIPIF1<0的取值范围为.4．（22·23上·张家口·期中）球O为正四面体SKIPIF1<0的内切球，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0是球O的直径，点M在正四面体SKIPIF1<0的表面运动，则SKIPIF1<0的最大值为．5．（22·23上·河南·阶段练习）已知正四面体SKIPIF1<0的棱长为12，球SKIPIF1<0内切于正四面体SKIPIF1<0是球SKIPIF1<0上关于球心SKIPIF1<0对称的两个点，则SKIPIF1<0的最大值为.6．（22·23上·扬州·期中）中国古代数学名著《九章算术》中将底面为矩形且有一条侧棱垂直于底面的四棱锥称为“阳马”．现有一“阳马”的底面是边长为3的正方形，垂直于底面的侧棱长为4，则该“阳马”的内切球表面积为，内切球的球心和外接球的球心之间的距离为．题型二：内切球独立截面法1．（23·24上·淮安·开学考试）球SKIPIF1<0是圆锥SKIPIF1<0的内切球，若球SKIPIF1<0的半径为SKIPIF1<0，则圆锥SKIPIF1<0体积的最小值为（

）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<02．（22·23下·咸宁·期末）已知球SKIPIF1<0内切于圆台（即球与该圆台的上、下底面以及侧面均相切），且圆台的上、下底面半径SKIPIF1<0，则圆台的体积与球的体积之比为（

）

A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．2 D．SKIPIF1<03．（22·23·全国·专题练习）若圆锥的内切球（球面与圆锥的侧面以及底面都相切）的半径为SKIPIF1<0，当该圆锥体积取最小值时，该圆锥体积与其内切球体积比为.4．（23·24上·佛山·开学考试）若圆锥的内切球（球面与圆锥的侧面以及底面都相切）的体积为SKIPIF1<0，当该圆锥体积取最小值时，该圆锥的表面积为．5．（22·23下·成都·阶段练习）已知圆锥的底面半径为2，高为SKIPIF1<0，则该圆锥的内切球表面积为.题型三：外接球公式法1．（16·17·全国·单元测试）若长方体从一个顶点出发的三条棱长分别为3,4,5,则该长方体的外接球表面积为()A．50π B．100π C．150π D．200π2．（22·23·全国·专题练习）设球SKIPIF1<0是棱长为4的正方体的外接球，过该正方体的棱的中点作球SKIPIF1<0的截面，则最小截面的面积为（

）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<03．（14·15上·佛山·阶段练习）正方体的外接球（正方体的八个顶点都在球面上）与其内切球（正方体的六个面都与球相切）的体积之比是．题型四：外接球补型法1．（23·24上·成都·开学考试）在三棱锥SKIPIF1<0中，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0则该三棱锥的外接球的表面积为（

）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<02．（22·23下·揭阳·期中）在三棱锥SKIPIF1<0中，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，则该三棱锥的外接球表面积是（

）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<03．（23·24上·成都·开学考试）已知四面体SKIPIF1<0满足SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，且该四面体SKIPIF1<0的外接球的表面积是（

）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<04．（22·23下·黔西·阶段练习）正三棱锥SKIPIF1<0的三条棱两两互相垂直，则该正三棱锥的内切球与外接球的半径之比为.5．（22·23下·黔西·期中）如图，已知在三棱锥SKIPIF1<0中，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0SKIPIF1<0，且SKIPIF1<0，求该三棱锥外接球的表面积是．

题型五：外接球单面定球心法1．（23·24上·汉中·模拟预测）如图，在三棱锥SKIPIF1<0中，SKIPIF1<0平面SKIPIF1<0为SKIPIF1<0外接圆的圆心，SKIPIF1<0为三棱锥SKIPIF1<0外接球的球心，SKIPIF1<0，则三棱锥SKIPIF1<0的外接球SKIPIF1<0的表面积为．

2．（23·24上·秦皇岛·开学考试）三棱锥SKIPIF1<0中，SKIPIF1<0在底面的射影SKIPIF1<0为SKIPIF1<0的内心，若SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，则四面体SKIPIF1<0的外接球表面积为.3．（22·23下·石家庄·阶段练习）已知球SKIPIF1<0是正四面体SKIPIF1<0的外接球，SKIPIF1<0为棱SKIPIF1<0的中点，SKIPIF1<0是棱SKIPIF1<0上的一点，且SKIPIF1<0，则球SKIPIF1<0与四面体SKIPIF1<0的体积比为.4．（22·23下·淄博·期末）已知四棱锥SKIPIF1<0的底面SKIPIF1<0是矩形，侧面SKIPIF1<0为等边三角形，平面SKIPIF1<0平面SKIPIF1<0，其中SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，则四棱锥SKIPIF1<0的外接球表面积为.题型六：外接球双面定球心法1．（22·23上·抚州·期中）已知菱形SKIPIF1<0的各边长为SKIPIF1<0.如图所示，将SKIPIF1<0沿SKIPIF1<0折起，使得点SKIPIF1<0到达点SKIPIF1<0的位置，连接SKIPIF1<0，得到三棱锥SKIPIF1<0，此时SKIPIF1<0.若SKIPIF1<0是线段SKIPIF1<0的中点，点SKIPIF1<0在三棱锥SKIPIF1<0的外接球上运动，且始终保持SKIPIF1<0则点SKIPIF1<0的轨迹的面积为.

2．（22·23·赣州·模拟预测）如图，正三角形ABC中，D，E分别为边AB，AC的中点，其中SKIPIF1<0，把SKIPIF1<0沿着DE翻折至SKIPIF1<0的位置，得到四棱锥SKIPIF1<0，则当四棱锥SKIPIF1<0的体积最大时，四棱锥SKIPIF1<0外接球的球心到平面SKIPIF1<0的距离为.

3．（22·23下·湖南·期末）为加强学生对平面图形翻折到空间图形的认识，某数学老师充分利用习题素材开展活动，现有一个求外接球表面积的问题，活动分为三个步骤，第一步认识平面图形：如图（一）所示的四边形SKIPIF1<0中，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0.第二步：以SKIPIF1<0为折痕将SKIPIF1<0折起，得到三棱锥SKIPIF1<0，如图（二）.第三步：折成的二面角SKIPIF1<0的大小为SKIPIF1<0，则活动结束后计算得到三棱锥SKIPIF1<0外接球的表面积为.

三、专项训练一、单选题1．（22·23下·河南·模拟预测）已知直六棱柱的所有棱长均为2，且其各顶点都在同一球面上，则该球的表面积为（

）.A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<02．（22·23下·宁德·期中）正四面体ABCD的外接球的半径为2，过棱AB作该球的截面，则截面面积的最小值为（

）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<03．（23·24上·河北·开学考试）长方体的一个顶点上三条棱长是3，4，5，且它的八个顶点都在同一球面上，这个球的体积是（

）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<04．（22·23下·临夏·期末）已知四棱锥SKIPIF1<0的体积为SKIPIF1<0，侧棱SKIPIF1<0底面SKIPIF1<0，且四边形SKIPIF1<0是边长为2的正方形，则该四棱锥的外接球的表面积为（

）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<05．（23·24上·广东·阶段练习）如图，在边长为2的正方形SKIPIF1<0中，SKIPIF1<0分别是SKIPIF1<0的中点，将SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0分别沿SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0折起，使得SKIPIF1<0三点重合于点SKIPIF1<0，若三棱锥SKIPIF1<0的所有顶点均在球SKIPIF1<0的球面上，则球SKIPIF1<0的表面积为（

）

A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<06．（23·24上·安徽·开学考试）在封闭的等边圆锥（轴截面为等边三角形）内放入一个球，若球的最大半径为1，则该圆锥的体积为（

）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<07．（23·24上·莆田·阶段练习）三棱锥SKIPIF1<0中，SKIPIF1<0是边长为SKIPIF1<0的正三角形，SKIPIF1<0为SKIPIF1<0中点且SKIPIF1<0，则该三棱锥外接球的表面积为（

）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<08．（22·23·九江·一模）三棱锥SKIPIF1<0中，SKIPIF1<0与SKIPIF1<0均为边长为SKIPIF1<0的等边三角形，若平面SKIPIF1<0平面SKIPIF1<0，则该三棱锥外接球的表面积为（

）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0二、填空题9．（23·24·柳州·模拟预测）已知圆锥的底