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任意四面体的外接球的半径(克列尔(A.L.Crelle)公式)

2024-07-07 07:45| 来源: 网络整理| 查看: 265

【问题提出】克列尔(A.L.Crelle)公式

对任意四面体 ABCD A B C D ,其体积 V V 和外接球半径 R R 满足

6RV=p(p−aa1)(p−bb1)(p−cc1)−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√. 6 R V = p ( p − a a 1 ) ( p − b b 1 ) ( p − c c 1 ) .

其中 p=12(aa1+bb1+cc1) p = 1 2 ( a a 1 + b b 1 + c c 1 ) , a,a1,b,b1,c,c1 a , a 1 , b , b 1 , c , c 1 分别为四面体的三组对棱的长.

 

允许我先跑个题且在正文里介绍下近代欧氏几何学中的布洛卡点. 克列尔(1780-1855)法国数学家和数学教育家,布洛卡点早在1816年就被克列尔首次发现,1875年被法国军官布洛卡(Brocard)重新发现此特殊点并用他的名字命名,这才引起莱莫恩,图克等一大批数学家兴趣,一时形成了一股研究“三角形几何”的热潮.

 

【布洛卡点】 2013年全国卷I第17题的背景是也

点 P P 是 △ABC △ A B C 内部一点,若 ∠PAB=∠PBC=∠PCA=α ∠ P A B = ∠ P B C = ∠ P C A = α ,则称 α α 为布洛卡角,点 P P 为布洛卡点.

这里说个特殊情况,当 α=30∘ α = 30 ∘ 时,则此 △ABC △ A B C 为正三角形,这是个看似简单实难的几何题.

 

【简单引理】四面体的体积公式之一

V=23a⋅S1S2⋅sinθ V = 2 3 a ⋅ S 1 S 2 ⋅ sin ⁡ θ ,其中, S1,S2 S 1 , S 2 为以 a a 为公共棱的两个面的面积, θ θ 为这两个面所成的二面角.

此式的证明极易,只需要将 V=13Sh V = 1 3 S h 中的 h h 用这两个面的夹角表示即可.

 

【问题解决】 辅助线爽心悦目,千锤百炼,叹为观止

证明:如图所示,过 A A 作四面体外接球的切面



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