题目
14. 若正四面体的棱长为a,则其内切球的半径-|||-为 dfrac (sqrt {6)}(12)a

题目解答
答案
答案见上
解析
考查要点:本题主要考查正四面体的内切球半径的计算,涉及空间几何体的性质、体积与表面积的关系,以及几何体的重心位置。
解题核心思路:
- 体积法:利用公式 $r = \dfrac{3V}{S}$,其中 $V$ 是正四面体的体积,$S$ 是表面积。
- 几何法:通过正四面体的高与内切球半径的关系,结合勾股定理求解。
破题关键点:
- 正四面体的体积公式:$V = \dfrac{\sqrt{2}}{12}a^3$。
- 表面积公式:$S = \sqrt{3}a^2$。
- 正四面体的高:$H = \dfrac{\sqrt{6}}{3}a$,内切球半径是高的 $\dfrac{1}{4}$。
方法一:体积法
-
计算体积:
正四面体的体积公式为:
$V = \dfrac{\sqrt{2}}{12}a^3$ -
计算表面积:
每个面是边长为 $a$ 的正三角形,面积为 $\dfrac{\sqrt{3}}{4}a^2$,总表面积为:
$S = 4 \times \dfrac{\sqrt{3}}{4}a^2 = \sqrt{3}a^2$ -
代入公式求半径:
$r = \dfrac{3V}{S} = \dfrac{3 \times \dfrac{\sqrt{2}}{12}a^3}{\sqrt{3}a^2} = \dfrac{\sqrt{6}}{12}a$
方法二:几何法
-
求正四面体的高:
底面正三角形的重心到顶点的距离为 $\dfrac{\sqrt{3}}{3}a$,利用勾股定理:
$H = \sqrt{a^2 - \left(\dfrac{\sqrt{3}}{3}a\right)^2} = \dfrac{\sqrt{6}}{3}a$ -
确定内切球半径:
内切球半径是高的 $\dfrac{1}{4}$,即:
$r = \dfrac{H}{4} = \dfrac{\sqrt{6}}{3}a \times \dfrac{1}{4} = \dfrac{\sqrt{6}}{12}a$