正四面体的棱切球半径可以通过以下方式推导:
通过正四面体的面中心到顶点的距离
正四面体P-ABC的边长为a,其中D为BC的中点,E为PA的中点。
腰PD和AD的长度均为(√3/2)a,底面PA的长度为a,PE的长度为(√2/2)a。
棱切球半径等于PE的一半,即(√2/4)a。
通过正四面体的中心到顶点的距离
正四面体的中心即为外接球的球心,球心到顶点的距离即为外接球的半径。
设正四面体的棱长为a,则MN的长度为(√2a/2),球的直径为(√2a/2),半径为(√2a/4)。
通过体积法推导
正四面体的体积公式为V = (√2/12)a^3。
将正四面体沿面分割成六个小四面体,每个小四面体的体积为(√2/72)a^3。
每个小四面体都能被一个半径为r的球体完全包裹,利用球的体积公式V = (4/3)πr^3,可得(√2/72)a^3 = (4/3)πr^3,解得r = (√2/6)a/π。
通过正方体截面的性质
正四面体的棱切球半径等于正方体棱长的一半,即(√2/4)a。
通过直角三角形法
设正四面体的棱长为a,D为BC的中点,E为面ABC的中心,外接球半径为R。
AD = (√3)a/2,AE = (√3)a/3。
在RtVAE中,VE^2 = a^2 - AE^2 = (2a^2)/3,VE = (√6)a/3。
在RtAEO中,AO^2 = AE^2 + OE^2 = R^2 + (VE - R)^2,解得R = (√6)a/4。
综合以上几种方法,正四面体的棱切球半径为(√2/4)a。