利用多面体解多球相切问题

多球相切问题在各类竞赛中经常出现 ,但由于作图复杂 ,给分析解决问题带来困难 .如果能透过现象 ,抓住问题的本质 ,将其转化为多面体问题 ,常能顺利解决 ,请看以下几例 .例 1　 (2 0 0 2年“希望杯”试题 )将 3个半径为 1的球和一个半径为 2 -1的球叠为两层放在桌面上 ,上层只放一个较小的球 ,四个球两两相切 ,那么上层小球的最高点到桌面的距离是 (　　 ) .(Ａ) 3 2 + 63 　　 (Ｂ) 3 + 2 63(Ｃ) 2 + 2 63 　　 (Ｄ) 2 2 + 63分析　两球相外切时 ,球心连线通过切点 ,球心距等于两球半径之和 .不妨设下层三个大球球心分别为Ｏ1 、Ｏ2 、Ｏ3,…     

与球有关的组合体的计算问题

常见的与球有关组合体主要是多面体、旋转体的内接型、外接型与内切型.其处理的方法是:(1)找出组合体中的图形关系和数量关系;(2)通过“截面”把立体几何问题转化为平面问题. 问题1 球的内接正方体的边长为α,求球的表面积. 分析作正方体对角面的轴截面如图2,可知正方体的体对角线的长等于球的直径即     

巧构几何体速解多球相切题

多球相切问题在高考和各类数学竞赛中经常出现,但由于学生对这类问题的感性认识比较少,因此在脑子中难以想象出题目的立体模型画出直观图,这样给分析问题解决问题带来困难,如果能透过现象,抓住问题的本质,巧构几何体画出直观图,常常能使问题得到快速解决,如何来构造几何体画出直观图呢?下面举例说明,供参考.1用“剥皮”法构造几何体画出直观图对半径相同的多球两两相切并与外面一个几何体相切的组合问题,根据多个相同半径的小球与外面几何体相切的特点,只要把外面的几何体向内收缩一个小球半径长,画出直观图,从而能使问题得到巧解.此法好像…     

圆锥面截口线是圆锥曲线的又一初等证法

文 [1 ]对高中数学教材中把椭圆、双曲线、抛物线统称为圆锥曲线 ,是因为这三种曲线可以看作是不同平面截圆锥面所得到的 ,给出了一种初等证法 .我们为肖铿老师那种精巧的构思和高超的设参 ( a、b、焦点、准线 )技巧深感由衷的敬意 .但觉得美中不足的是设参技巧性太强和运算量太大 .我们经过探索 ,得出一种较为简捷的证法如下 ,供读者参考 .图 1如图 1 ,设圆锥面的半顶角为β,AO为轴 ,截口平面为δ(不过圆锥顶点 ) ,记平面δ与直线 AO所成的角为α( 0≤α <π2 ) ,与圆锥面的交线为曲线 EDG,圆锥面的一内切球 O1与平面δ相切于点 F,球 O…     

竞赛中关于立体几何的存在性问题

存在性问题是竞赛中的常见题型 ,本文介绍立体几何中存在性问题的解法 ,以供参考 .1　肯定型　即证明符合条件的对象一定存在 ,其中常见的一类是只要求证明符合条件的几何对象存在即可 ,对存在对象的数量并不作要求 .常见的证明方法有综合法、构造法、反证法等 .例 1　 (第三届美国数学奥林匹克试题 )半径为 1的一球体的两边界点 ,可以用长度小于 2的一条内弧 (即含于球内的曲线 )连结 .证明这条弧一定属于这个球的某一半球 .图 1　例 1图证　如图 1,设Ａ ,Ｂ为弧的端点 ,考察与∠ＡＯＢ的平分线垂直的平面α .我们证明弧ＡＢ属于由平面α所…     

一个画错的分析图

题目一半径为R的球放在墙角,与两面墙和地面相切,那么,球心到墙角顶点的距离为多少? 很多同学将平面分析图错画成图1,解得(?)R．     

与球有关的若干习题

球的问题,画起图来就很麻烦,分析思考就更加困难了．但球的问题却是一个重点学习的内容,高考中年年推陈出新．下面例谈如何突破难关,解决球的问题．一、多球相切例1 (2005年高考数学全国卷Ⅱ)将半径都为1的四个球完全装入形状为正四面体的容器里,这个正四面体的高的最小值为( )     

用优选法计算内燃机通气道的曲面参数

一、问题的提出 某通气道曲面是由一个圆柱沿着固定的一个圆环与另一个圆柱在空间相切滚动形成,其要求如图1.已知三个旋转体的具体尺寸和其中二个固定旋转体的相对位置;而运动的圆柱R_3与它们在空间相切时要满足两个条件:一是R_3圆柱必须平行于中心平面G,二是R_3圆柱必须同时相切于固定的圆柱及圆环.     

圆锥曲线是椭圆双曲线和抛物线的解析证明

在一次讨论《高中数学课程标准》的会议上有人问如何证明一圆锥被一平面所截 ,得出截线是椭圆、双曲线或抛物线 .在《标准》选修 1系列课程的参考案例 4中画了一张立体图 ,意示可以用立体几何的办法加以证明 .其实这种证法大约最早是由G .Daudeliu在 1 82 2年给出的 .(可参阅[1 ]P .2 47)他给出了一个定理 :“如果两个球面内切于一个圆锥并且都与一个已知平面相切 ,该平面与圆锥交于一条圆锥曲线 ,那么球面与平面的接触点是圆锥曲线的焦点 ,球面与圆锥相切的圆所在的平面同已知平面的交线是圆锥曲线的准线 .”再根据平面与圆锥轴线的夹角…     

例析平面图形的折叠与展开

平面图形的折叠与展开问题是立体几何的两个重要问题,这两种方式的转变正是空间几何与平面几何问题转化的集中体现.把一个平面图形按某种要求折起,转化为空间图形,进而研究图形在位置关系和数量关系上的变化,这就是折叠问题.将空间图形沿某一条母线或棱展开成平面图形,研究其侧面积及距离的最小值,这便是展开问题.将平面图形折叠与展开,既是实际应用问题的需要,又具有考察空间想象能力、逻辑推理、综合分析问题、解决问题能力的功能,是对学生实践能力与创新能力进行考查的好素材,因此,这类命题在高考试卷中较为常见.     

一个Erdis问题在二次曲线下的推广

著名数学家Paul Erd■s曾提出过这样一个有趣的问题:"设U为平面上一些单位圆所成之集,如果平面上任一条直线总和U中至少一个圆相交或相切,那么是否可以肯定:对任给的自然数m,总能找到一条直线,它至少和U中的m个圆相交或相切?"张景中,杨路等人解决了这个问题.本文探讨了该问题在二次曲线下的推广,得到了和原Erd■s问题相似的结论.     

解等腰四面体的简易方法

等腰四面体就是三对棱分别相等的四面体.竞赛中常会出现关于等腰四面体的问题,通过把等腰四面体补全为立(长)方体,我们就会有“山重水复疑图1无路,柳暗花明又一村”的感觉.例1(2000年全国高中数学联赛题)一个球与正四面体的六条棱都相切,若正四面体的棱长为a,则这个球的体积是.     

对教材中球的有关问题的若干注记

在《立体几何》教材中,有这样一段文字:用一个平面去截一个球,截面是圆面。并且球的截面具有下述性质: (1)球心和截面圆心的连线垂直于截面; (2)球心到截面的距离d与球的半径R     

课外练习

1.在△ABC中,已知a~10,。一b一8.求COt粤·tan誓的值· (山东东营市第一中学(2 57091)任荣民)2.在锐角△ABC中,设tanA,tanB,tanC成 等差数列,且函数f(c。sZc)一。。S(B c一 A),求f(x)的解析式. (浙江永康市第一中学(321300)陈成楼)3.试用向量的坐标表示及其运算,推导正弦定 理、余弦定理. (北京含笑)1.试用向量内积证明直线与平面垂直的判定 定理. (北京含笑)2.过半径为R的球面上一点尸作两个平面, 一平面与球相切,另一平面与球相截,又设两平面所成的二面角为30“,求截面面积,(山东滨州市第六中学(25 6 65乃一象新良)3.设兀,凡是椭圆…     

解析几何的几个基本问题

数形结合是一个极富数学特点的信息转换 ,解析几何完美地体现了这一思想 .借助于直角坐标系 ,我们可以将有序数对 (ｘ ,ｙ)与平面上的点构成对应 ,可以将有序数对所满足的等量关系ｆ(ｘ ,ｙ) =0与平面上的曲线构成对应 .因而 ,我们既能用代数方法去研究图形的形状、大小及位置关系 ,又能用图形的性质来说明代数事实 ,这种数式信息与图形信息的相互转换与有机结合 ,使我们在解题时能左右逢源 .因此 ,在数学竞赛中 ,用解析几何的方法来处理几何、代数问题备受人们的青睐 .在本讲中 ,我们将介绍解析几何中有关坐标概念的几个基本问题及应用 .1…     

怎样找等量关系列方程

一、根据常见的数量关系确定等量关系 数学中常见的数量关系有: 速度×时间=路程; 单价×数量=总价; 工作效率×工作时间=工作总量; …… 我们在列方程寻找等量关系时,可以根据以上数量关系确定等量关系,来列方程解答应用题.     

径向相切圆族的计算

相切圆面积的计算问题是与组合数学中最佳装球问题(sphere packing)相关的问题.人们在剪裁下料的时候经常要面对一个基本问题:从一个正方形裁下一个内切圆后,怎样利用边角余料?人们自然的考虑是,或者沿径向继续裁下一系列内切圆——即“径向相切圆族”问题(见图1) ,或者沿弧向继续裁下一系列内切圆——即“弧向相切圆族”问题(见图2 ) .裁剪总量归结于对这些圆的面积总和的计算.这类问题的讨论和其它一些相切圆问题一样有趣.由于对称性,图1和图2只展示了正方形的四分之一部分.事实上我们只需要弄清这四分之一部分.图1　径向相切圆族　　　图…     

正射影下角与其射影角的大小关系探微

有这样一道立体几何题 :已知∠ＢＡＣ的两边与平面Ｍ相交于Ｂ、Ｃ两点 ,点Ａ在平面Ｍ内的射影为Ａ′ ,且Ａ′、Ｂ、Ｃ不共线 ,试比较∠ＢＡＣ与∠ＢＡ′Ｃ的大小 .可以说此题是立体几何中一个常见而又比较复杂的问题 ,虽然我们可以用模型演示或构造特例的方法得出这两个角的大小关系不确定的正确结论 ,但更值得我们思考的是如何判定这两个角的大小关系 .为此 ,我们给出以下两个命题 .图 1命题 1　已知∠ＢＡＣ的两边与平面Ｍ相交于Ｂ、Ｃ两点 ,点Ａ在平面Ｍ内的射影为Ａ′,且Ａ′、Ｂ、Ｃ不共线 .设∠ＡＢＣ =α ,∠ＡＣＢ =β ,平面ＡＢＣ…     

平面图形的翻折

平面图形的翻折问题是立体几何中的常见题型,这类问题主要考查我们的逻辑推理能力和空间想象能力.解答这类问题时,关键要搞清翻折前后图形中的数量关系和位置关系哪些发生了变化,哪些没有发生变化,然后再利用有关知识进行解答. 例1 将边长为a的正方形ABCD沿对角线AC折起,使得BD=a,则三棱锥D-ABC的体积为( ).     

异样的图 一样的球——“三图”解决球的问题

立体几何是高中数学的重要组成部分,立体几何是培养空间想象力的很好素材.球作为立体几何中最常见的几何体之一,很多立体几何题都是以球和多面体的组合为载体.在解决球与多面体的“内切”或“外接”过程中,可以培养学生数学抽象、逻辑推理、数学建模、数学运算和直观想象等数学核心素养.解决与球有关的问题,关键是画图找球心算半径,根据已知条件和待求解的问题不同,有的要画立体图,也有的要画截面图,还有的要画示意图.