本题导读
本题将长方体几何特征与球的外接模型及球面距离相结合,考查空间想象能力、几何转化思想以及球面几何的数值计算。
📌【题干】
Question
(2008年陕西卷(理)) 长方体 的各顶点都在球 的球面上,其中 . 两点的球面距离记为 , 两点的球面距离记为 ,则 的值为 .
🔍【思路分析】
破题导航
- 设出棱长,利用长方体体对角线长等于外接球直径求出球半径 。
- 分别求出弦长 和 ,在对应的以球心为顶点的三角形中求出对应的球心角。
- 由球面距离公式(弧长公式 )求出 和 ,进而求比值。
✅【答案】
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✍【详细解析】
Abstract
设 ,则长方体体对角线长为 。 故外接球直径 ,即半径 。
- 对于 :弦长 。在 中,,则 为等边三角形,球心角 ,故球面距离 。
- 对于 :在 中,,则弦长 。在 中,,由余弦定理得 ,解得球心角 ,故球面距离 。
因此,。
故答案为:。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:长方体外接球半径公式 ,球面距离即大圆弧长。
- 核心方法:空间弦长、半径与球心角的转化。
- 避坑指南:容易错把空间直线距离(弦长)直接当成球面距离;求球心角时如果忽视其余弦值为负,易错求为锐角。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 改编自立体几何中多面体与球的组合体问题,是考查空间向量或传统多面体性质的经典衍生题。
- 结论推广: 若长方体三边比为 ,任意两顶点球面距离之比,均可通过求两点间弦长并结合球半径转化为其对应大圆圆心角之比。
🔗【关联脉络】
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