半径分别为 $6$、$6$、$6$、$7$ 的四个球两两外切.它们都内切于一个大球,则大球的半径是
【难度】
【出处】
2018年全国高中数学联赛天津市预赛
【标注】
  • 数学竞赛
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    立体几何
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    空间几何体
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    立体几何
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    多面体
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    空间几何体的接切
【答案】
$14$
【解析】
设四个球的球心分别为 $A$、$B$、$C$、$D$,则 $AB=BC=CA=12$,$DA=DB=DC=13$,即 $A$、$B$、$C$、$D$ 两两连结可构成正三棱锥.设待求的球心为 $X$,半径为 $r$,则由对称性可知 $DX\bot$ 平面 $ABC$,也就是说,$X$ 在平面 $ABC$ 上的射影是正三角形 $ABC$ 的中心 $O$.易知 $OA=4\sqrt{3}$,$OD=\sqrt{{DA}^{2}-{OA}^{2}}=11$.设 $OX=r$,则 $AX=\sqrt{{OX}^{2}+{OA}^{2}}=\sqrt{{x}^{2}+48}$.由于球 $A$ 内切于球 $X$,所以 $AX=r-6$,即 $\sqrt{{x}^{2}+48}=r-6$.又 $DX=OD-OX=11-x$,且由球 $D$ 内切于球 $X$ 可知 $DX=r-7$,于是 $11-x=r-7$.从上述两式可解得 $x=4$,$r=14$.即大球的半径为 $14$.
题目 答案 解析 备注
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