本题导读

本题考查空间球的几何截面与球面距离求解,通过计算 两点对球心 的张角 ,利用 计算球面距离。

📌【题干】

Question

(2010年四川卷(理)) 半径为 的球 的直径 垂直于平面 ,垂足为 , 是平面 内边长为 的正三角形,线段 、 分别与球面交于点 、,那么 、 两点间的球面距离是()

A.     B.     C.     D.

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 求球心角 :球面距离公式为 (其中 )。只需在 中用余弦定理求出 。
  2. 计算线段长度 与 :
  • 直径 , 平面 。
  • 在 中,。同理 。
  • 连接 ,因为 是球的直径,所以 (直径所对圆周角为直角)。
  • 由射影定理/直角三角形相似:。同理 。
  1. 在 中求 :
  • 先求 :在 中,,利用余弦定理求出 。
  • 在 中利用余弦定理求 :。
  1. 在 中利用余弦定理求 :利用 和 ,求出 ,得出球面距离。

✅【答案】

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A

✍【详细解析】

Abstract

第一步:计算 及 的长度 已知球半径为 ,直径 。 平面 。 在正三角形 中,。

在 中: 同理 。

因为 为球的直径,点 在球面上,连接 ,则 (即 )。 在 中,由射影定理: 同理:

第二步:求线段 在 中,,。 由余弦定理:

在 中,已知 :

第三步:求球心角 与球面距离 在 中,,由余弦定理:

故球心角为:

根据球面距离公式:

故选 A

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:球的结构与射影定理,余弦定理求球心角及球面距离公式 。
  2. 核心方法:直径直角三角形求 求 求 求 。
  3. 避坑指南:注意 不能误认为是 的一半,需利用射影定理 精确计算比例 。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:立体几何球面距离考查的经典压轴选择题。
  2. 结论推广:从球直径端点引割线 ,截得球面上点 满足 。

🔗【关联脉络】

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