本题导读

本题通过三棱锥的垂直结构考查空间外接球半径的确定,并进一步求解球面上两点间的大圆弧长(球面距离)。

📌【题干】

Question

(2008年安徽卷(理)) 已知 在同一个球面上, 平面 ,,若 ,则 两点间的球面距离是 .

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 根据 平面 且 ,证明 均为直角三角形。
  2. 利用勾股定理依次求出三棱锥各边长(主要是 )。
  3. 运用长方体外接球模型或直角三角形斜边中点性质确定外接球半径 。
  4. 计算 的顶角,由弧长公式求出球面距离。

✅【答案】

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✍【详细解析】

Abstract

因为 平面 ,所以 。 在 Rt 中,, 则 。

又 ,且 ,,所以 平面 ,得 。 在 Rt 中,, 则 。

由于 两两垂直,可将该三棱锥补形成一个长、宽、高分别为 的长方体。 其外接球的直径 即为长方体的体对角线(即 ): 设球心为 ,连接 ,则 。 又已知 , 所以在 中,,该三角形为正三角形。 由此可知球心角 。 故 两点间的球面距离为 。 答案:

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:球面距离对应球心角的大圆弧长;“墙角”型三棱锥的外接球半径公式 。
  2. 核心方法:补形法。发现三条线段两两垂直时,直接构造长方体能极大地简化寻找球心的过程。
  3. 避坑指南:切勿直接将空间直线距离 错当成球面距离。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 本题是立体几何经典“四面体外接球”模型的深化,常出现在人教A版立体几何章节的复习参考压轴题中。
  2. 结论推广: 若四面体有一条侧棱垂直于底面,且底面是直角三角形,则该四面体的最长棱即为外接球的直径。

🔗【关联脉络】

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