问题 填空题

一个正三棱柱有一个内切球(球与三棱柱的两个底面和三个侧面都相切)和一个外接球(球经过三棱柱的六个顶点),则此内切球、外接球与正三棱柱三个几何体的表面积之比为1:______:______.

答案

设正三棱柱底面正三角形的边长为a,其内切球的半径为R

当球外切于正三棱柱时,球的半径R等于正三棱柱的底面正三角形的重心到对边的距离即R=

3
3
a,到相对棱的距离是
2
3
3
a

又正三棱柱的高是其内切球半径的2倍,故正三棱柱的高为

2
3
3
a,

 球外接正三棱柱时,球的球心是正三棱柱高的中点,且球的球心与正三棱柱两个底面正三角形构成两个正三棱锥,顶点在底面上的投影恰好是底面三角形的重心到顶点的距离

2
3
3
a,棱锥的高为
3
3
a

故正三棱锥外接球的半径满足 R22=(

2
3
3
a)2+(
3
3
a)
2
=
5
3
a2

三棱柱的表面积为:

3
4
a2+3a× 
2
3
3
a=
5
3
2
a2

∴内切球、外接球与正三棱柱三个几何体的表面积之比4(π

1
3
a2):(4π
5
3
a2
):
5
3
2
a2
=R2:R22=1:5:
9
3

故答案为:5;

9
3

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