解答题已知正四面体ABCD的各棱长为a,
(1)求正四面体ABCD的表面积;
(2)求正四面体ABCD外接球的半径R与内切球的体积V内.
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解:(1)∵正四面体ABCD的各棱长为a,
∴正四面体ABCD的表面积=4×=.
(2)将正四面体ABCD,补成正方体,则正四面体ABCD的棱为正方体的面上对角线,
∵正四面体ABCD的棱长为a,
∴正方体的棱长为a,
正四面体的外接球,就是以正四面体的棱为面对角线的正方体的外接球,球的直径就是正方体的对角线的长,所以正方体的对角线为2R,∵正方体的棱长为a,所以×a=2R,∴R=a.
正四面体ABCD外接球与内切球的两球球心重合,设为O.?设DO的延长线与底面ABC的交点为E,则DE为正四面体的高,DE⊥底面ABC,且DO=R,OE=r,OE=正四面体PABC内切球的半径.设正四面体ABCD底面面积为S.?将球心O与四面体的4个顶点全部连接,可以得到4个全等的正三棱锥,球心为顶点,以正四面体面为底面.每个正三棱锥体积V1=?S?r 而正四面体体积V2=?S?(R+r)从而有,4?V1=V2,所以,4??S?r=?S?(R+r),所以,=.
∴正四面体内切球的半径r=a=.
∴内切球的体积V内=πr3=a3=.解析分析:(1)正四面体ABCD的表面积等于其四个面的面积之和,且每一个面都是正三角形,利用正三角形的面积公式求解即可;(2)将正四面体ABCD,补成正方体,则正四面体ABCD的棱为正方体的面上对角线,根据正四面体ABCD外接球与内切球,画出图形,确定两个球的关系,通过正四面体的体积,求出两个球的半径的即可.点评:本题考查球的表面积公式解题的关键是将正四面体ABCD,补成正方体,使得球O是正方体的外接球.