阿波罗尼斯球+余弦定理+射影定理(一道较难的立体几何题)
一、题目
热身练第13题,全班有19人做出来,主要是这个模型不熟悉.
★设 是半径为 3 的球体 表面上两定点,
且 ,球体 表面上动点 满足 ,
则点 的轨迹长度为 ?
二、解法
此题需要分为几步来解决.
第一步:
搞清楚两点的位置关系,即弄清楚题目中这句话的意思:
★设 是半径为 3 的球体 表面上两定点,
且 ,
这个任务很简单,
如上图,显然,可以得到,
第二步:搞清楚动点的轨迹是什么?
即弄清楚题目中这句话的意思:
★球体 表面上动点 满足 ,
一方面,动点在球的表面上,
另一方面, 满足 ,
这很熟悉,联想到阿波罗尼斯圆,
实际上,放在空间中,就是阿波罗尼斯球的表面;
如下图:
点的轨迹是以为直径的球的表面(球心为),
其中点在直线上,
分别是线段的内分点和外分点,
满足:,
平面的视图如下:
这样的话,动点就是两个球面的交线,显然是圆,
如下图,就是图中绿色的圆,
接下来是最后一步,求这个圆的半径,进而求出周长.
如下图,在中,由余弦定理可得:
,
则,
同时,也要特别注意,此题数据很凑巧,
中,小球半径,大球半径,
加之已经计算出,
显然,是直角三角形,
最后一步,动点的轨迹,也就是绿色的圆的
半径可放在直角三角形中来求;
如下图:
由算两次思想带来的等积法,容易求得:,
周长为.
三、反思
1.作图要相对精准,计算才能不混乱,这个要求较高;
2.此题求出两个球心之间的距离,至关重要;
3.由于数据比较凑巧,此题的计算量也不算很大.