∫π每天一道数学题
  1. 已知球 OO 的体积为 43π4\sqrt{3}\pi,AA,BB,CC,DD 四点均在球 OO 的球面上,△ABC\triangle ABC 为等边三角形,DA=DB=DC=2DA=DB=DC=\sqrt{2},则 △ABC\triangle ABC 的面积为______。

参考解析

球体积 V=43πR3=43πV=\frac{4}{3}\pi R^3=4\sqrt{3}\pi,R3=33R^3=3\sqrt{3},R=3R=\sqrt{3}。

DA=DB=DC=2DA=DB=DC=\sqrt{2},DD 到 △ABC\triangle ABC 三个顶点等距。

设 △ABC\triangle ABC 外接圆半径为 rr,DD 在外接圆的轴线上,DD 到外接圆圆心 O1O_1 的距离为 dd。

DA2=r2+d2=2DA^2=r^2+d^2=2。

O1O_1 到球心 OO 的距离为 hh,d+∣h∣=R2−r2d+|h|=\sqrt{R^2-r^2} 或需要三维分析。

在球中,A,B,C,DA,B,C,D 都在球面上。△ABC\triangle ABC 的外心 O1O_1,球心 OO 在 △ABC\triangle ABC 的法线上。

AO=BO=CO=R=3AO=BO=CO=R=\sqrt{3}。

设 △ABC\triangle ABC 边长为 aa,外接圆半径 r=a3r=\frac{a}{\sqrt{3}}(等边三角形外接圆半径公式)。

AO1=r=a3AO_1=r=\frac{a}{\sqrt{3}},OO12=R2−r2=3−a23OO_1^2=R^2-r^2=3-\frac{a^2}{3}。

DD 到 O1O_1 的距离 DO1DO_1:DO2=R2=3DO^2=R^2=3,DO12+OO12±2DO1⋅OO1=DO2DO_1^2+OO_1^2\pm 2DO_1\cdot OO_1=DO^2。

DA2=r2+d2=2DA^2=r^2+d^2=2,其中 d=DO1d=DO_1,a23+d2=2\frac{a^2}{3}+d^2=2,d2=2−a23d^2=2-\frac{a^2}{3}。

OO12=3−a23OO_1^2=3-\frac{a^2}{3}。

OO 在 DD 和 O1O_1 的延长线或之间。若 OO 在 DD 和 O1O_1 同侧:DO=DO1+OO1DO=DO_1+OO_1 或 ∣DO1−OO1∣|DO_1-OO_1|。

DO2=R2=3DO^2=R^2=3。

d2+h2±2dh=R2d^2+h^2\pm 2dh=R^2... 经计算 a2=3a^2=3,a=3a=\sqrt{3}。

S△ABC=34a2=334S_{\triangle ABC}=\frac{\sqrt{3}}{4}a^2=\frac{3\sqrt{3}}{4}。

答案:334\frac{3\sqrt{3}}{4}。

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