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二零二二山东高考真题全真还原,严格按照高考试题的排版格式、字体、字号等还原答案放在了视频最后。 祝愿大家金榜题名!


这节课我们来看二零二二年全国 e 卷理科第九题,已知求 o 的半径为一,四棱锥的顶点为 o, 也就是说四棱锥的顶点位于求 o 的球心处,底面的四个顶点均位于求 o 的球面上, 则当该四轮追的体积最大时高为多少。 这是一个非常经典的立体几何中的最值问题。对于立体几何中的 最值问题,我们求解的思路是函数思想,就是说把四棱锥的体积表示成一个函,一个变量的函数。比如说 我们把这个四棱锥的体积写成关于变量 t 的一个函数,再去求这个函数的最值。 这里边主要需要完成两步,第一步, 将四龙锥的体积表示成一个函数,一个变量的函数。第二步,去 求这个函数的最值。好,我们来看,我们知道四龙锥的体积,他就等于三分之一底面积乘以高, 因为在这个四棱锥中,只有顶点 o 是一个定点, 其他的底面上的四个顶点位置是不确定的,是动的。因此这个四棱锥的高 h 和它的底面面积 s, 它是两个变量。而我们知道, 在利用函数思想求解最值问题的时候,我们需要通过换元或者消元,把多个自变量化为一个自变量。 我们可以通过换元或者是消元把这个函数转化为一元函数,也就是说他只有一个自变量, 再去求他的最值。这里边我们就需要我们去分析 底面面积 s 与高 h 之间的关系。 好,我们来看,我们知道用一个平面去截球面,截到的截面是一个圆, 那么我们用 a、 b、 c、 d 这个底面,四龙锥的底面所在的平面去截这个球面,我们截到的一个截面圆,我们将它记作圆 o e 撇儿。 我们由球体的性质我们可以知道,球心 o 和圆心 o e 撇的连线 和这个洁面是垂直的,也就是说 o o e 片和原 o e 片是垂直的,我们再连接 b o e 片, 那么 b o o e 撇儿和 b o e 撇儿肯定是垂直的,而这个 b o e 撇儿就是这个洁面圆的半径,我们将其记作 r。 那么在直角三角形 o o e 撇 b 中, 我们由勾股定理可以得到 h 的平方 加 r 的平方等于 o b 的平方, o b 是球的半径,那么 o b 的平方就是一。这样我们就给出来了 四棱锥的高 h 和四棱锥的底面四边形的外接源的半径 r 之间的一个关系是, 我们可以看出来 h 越大, r 越小,反之 h 越小 r 越大。 这里边我们主要来分析底面四边形的面积 s 的 大小。 我们可以看出来底面四边形 s 的大小受到两个因素的影响, 第一个是底面四边形外接源半径 r 的影响,第二个是这个四边形的形状的影响。 显然,当四边形的形状确定的时候, 它的外接源 r 越大,那么它的面积就越大。 相应的,如果说外接源的半径 r 一定的时候, 它不同的形状对应着不同的面积的大小。这个时候我们就需要分析当底面四边形的外接源的半径 r 一定时, 那么它的面积的最大值是多少。这里边我们给大家两种分析思路。第一种我们连接 a o e 片, b o 一撇儿、 c o 一撇儿和 d o 一撇儿,我们可以把这个四边 形分成四个小的三角形, 这四个小的三角形都是等腰三角形,并且腰都是这个圆的半径 r。 我们可以根据三角形的面积公式, s 等于二分之一, a b 乘以 say in c, 我们可以得出来 四边形的面积就是二分之一 r 平方乘以这四个顶角的三引直的和。我们把这四个顶角 分别记住 set 一、 set 二、 set 三和 set 四,则这里边就是 set in set 一加 set in set 二加 set in set 三 加 saying cta 四。因为此时我们约定外接源的半径 r 是一定的, 那么它的面积的大小就受到这四个顶角的影响。 我们根据三角函数的有界性知道 saying 值的最大值是一。显然,当且仅当这四个顶角 都取到九十度的时候,四个三引值都取到一的时候,面积最大最大是二 r 平方。好,我们来画一下 面积最大的时候这个四边形的形状,因为四个顶角都要是九十度, 画出来应该是这样的,过圆心 o e 片做两条垂直的直径, 这个时候四边形的面积最大最大值为 r r 平方,显然这个时候四边形是一个内接正方形。 这里边我们还可以给出大家第二种分析方法。 我们说对角线 a、 c 和 b、 d 的交点是 f, 那么两个对角线就把整个四边形分成了四部分。 我们为了便于计算,我们把 a f 记作 a, b f 记作 b, c f 记作 c, d, f 记作 d, 把这一组角记做 set, 那么另外一组角就是派件 set。 而我们又知道 say in 派减 set 就等于 say in set, 那么这个四边形的面积可以写成二分之一, a, b set in set 加 b, c set in set 加 c, d set in set, 再加 a, d set in set, 整理一下就是二分之一 a 加 c 乘以 b 加 d 倍的 saying set, 而 a 加 c 其实就是 a c, b 加 d 就是 b, d 再乘以 say sit。 大家注意看, a, c 和 b d 作为圆的弦,它的最大值就是直径, 而 saying c 塔的最大值是一,当 c 塔等于九十度的时候,所以说他最后的最大值也是二。阿尔方 画出来的图形跟刚才画的一样,也就是对角线为两个垂直的直径。 好,我们通过分析得出来了,当四边形的外接源的半径一定的时候,四边形面积的最大值 指是 r r 方,那么我们就可以得出来, v 小于等于三分之一 r r 方 h。 这个式子里面仍旧有两个变量 r 和 h, 而我们刚才已经得到了 h 与 r 的关系式。 我们可以把阿尔方换成一减 h 方,那就是三分之二倍的一减 h 方倍的 h, 整理一下就是负的三分之二倍的 h。 立方加三分之二倍的 h, 我们把它记成 f h, 其中 h 的范围是零到一。好,这样我们就得到了一个关于变量 h 的一个函数, 下面我们只需要求出这个函数的最大值就可以了。 对于三次函数的最值问题,我们可以通过求导判断导函数的正负,判断原函数的单调性,再求他的最值。大家看 它的导是负二 h 平方加三分之二,我们通分一下就是三分之 负二倍的三 h 方减一。显然这是一个开口朝下的一个二次函数, 因为 h 的范围是零到一,我们只需要关注右边的这个零点。当导函数等于零的时候, h 的值是三分之跟三。 所以说当 h 在零到三分之跟三之间的时候, 导函数值是正的,圆函数递增。 h 在三分之根三到一这一个区间的时候, 导函数值是负的,元函数值是元函数,是递减的。所以说当 h 等于三分之根三时, 这个时候它的体积取到最大值就是负的三分之二倍的 三分之跟三的立方加三分之二,乘以三分之跟三。我们来简单算一下, 三分之跟三的立方是二十七分之三倍的跟三,这三预约就是负的二十七分之 二倍的跟三,而这边是九分之二倍的跟三,也就是二十七分之六倍的跟三。整理一下就是二十七分之四倍的跟三。 这样我们就求出来了起四棱锥体积的最大值。当然了,人家问的是四棱锥体积取最大值时的高的值应该是三分之跟三。 好,我们对这道题目做一个简单的小结。第一点, 无论是例题几何,还是解析几何中的最值问题,我们求解的方法 都用的是函数思想,把要求最值的这个几何量表示为一个变量的函数,再求这个函数的最值。 第二点,我们在写函数解析式的时候,往往会出现多个字,变量,这个时候我们需要根据其中的已知条件, 通过换元或者消元,把自变量转化为一个, 也就是说把多元函数转化为一元函数,再去求最值。第三个,我们转化完了 之后,是一个三次函数,三次函数的最值问题,我们可以通过求导,研究导函数的正负圆函数的单调性, 再去求这个函数的最值。好,这道题目我们就讲到这里。
