填空题若正四棱柱ABCD-A1B1C1D1内接于半径为R的半球,上底面顶点A1、B1、

发布时间:2020-07-09 01:30:27

填空题若正四棱柱ABCD-A1B1C1D1内接于半径为R的半球,上底面顶点A1、B1、C1、D1在半球球面上,下底面ABCD在半球的底面上,则该正四棱柱体积的最大值为________.

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解析分析:在图形中令球心为O,连接OA1,OA,令OA1与底面的夹角为α,则可用球的半径R与α的三角函数值将棱柱的高与底面边长表示出来,由此可以将棱柱的体积表示成解α的函数,求这个三角函数的最大值即可得到该正四棱柱体积的最大值解答:如图在图形中令球心为O,底面边长为a,连接OA1,OA,令OA1与底面的夹角为α,由图OA1=R,则棱柱的高是Rsinα,底面正方形的对角线长的一半是Rcosα即a=2Rcosα,由此得底面边长是Rcosα故正四棱柱的体积是V=2R2cos2α×Rsinα=2R3cos2αsinαV'=2R3(-2cosαsin2α+cos3α)=2R3cosα(-2+3cos2α)令V'=0,可以解得cosα=0,舍,或cos2α=,即sin2α=,sinα=由此知正四棱柱体积的最大值为V=2R3××=故
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