已知正四面体的边长为 $\sqrt 2$,则其外接球与其内切球半径的比值为 .
【难度】
【出处】
2013年全国高中数学联赛新疆维吾尔自治区预赛
【标注】
【答案】
$3$
【解析】
将边长为 $\sqrt 2$ 的正四面体嵌入单位正方体 $ABCD-A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}$ 中,则边长为 $1$ 的正方体 $ABCD-A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}$ 的外接球半径即为边长为 $\sqrt 2$ 的正四面体的内切球半径,单位正方体的外接球即为其体对角线长 $\sqrt 3$ 的一半即 $\dfrac{\sqrt 3}{2}$.
设边长为 $\sqrt 2$ 的正四面体的内切球半径为 $r$,则该四面体的体积 $V$ 为 $\dfrac{1}{3}r$ 与 $4$ 个边长为 $\sqrt 2$ 的正三角形的面积之和的乘积即 $V=\dfrac{2\sqrt 3}{3}r$,由边长为 $\sqrt 2$ 的正四面体的体积 $V=1-4\cdot \dfrac{1}{3}\cdot \dfrac{1}{2}=\dfrac{1}{3}$,得 $r=\dfrac{1}{2\sqrt 3}=\dfrac{\sqrt 3}{6}$,于是边长为 $\sqrt 2$ 的正四面体的外接球与其内切球半径的比值为 $3$.
设边长为 $\sqrt 2$ 的正四面体的内切球半径为 $r$,则该四面体的体积 $V$ 为 $\dfrac{1}{3}r$ 与 $4$ 个边长为 $\sqrt 2$ 的正三角形的面积之和的乘积即 $V=\dfrac{2\sqrt 3}{3}r$,由边长为 $\sqrt 2$ 的正四面体的体积 $V=1-4\cdot \dfrac{1}{3}\cdot \dfrac{1}{2}=\dfrac{1}{3}$,得 $r=\dfrac{1}{2\sqrt 3}=\dfrac{\sqrt 3}{6}$,于是边长为 $\sqrt 2$ 的正四面体的外接球与其内切球半径的比值为 $3$.
题目
答案
解析
备注