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2023年高考数学甲卷-理15

  2023-07-08 11:27:32  

(5分)在正方体$ABCD-A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}$中,$E$,$F$分别为$CD$,$A_{1}B_{1}$的中点,则以$EF$为直径的球面与正方体每条棱的交点总数为 ____.
答案:12.
分析:根据正方体的对称性,可知球心到各棱距离相等,由此能求出结果.
解:在正方体$ABCD-A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}$中,$E$,$F$分别为$CD$,$A_{1}B_{1}$的中点,
设正方体$ABCD-A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}$中棱长为2,$EF$中点为$O$,
取$AB$,$BB_{1}$中点$G$,$M$,侧面$BB_{1}C_{1}C$的中心为$N$,
连接$FG$,$EG$,$OM$,$ON$,$MN$,如图,

由题意得$O$为球心,在正方体$ABCD-A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}$中,$EF=\sqrt{F{G}^{2}+E{G}^{2}}=\sqrt{4+4}=2\sqrt{2}$,
$\therefore R=\sqrt{2}$,
则球心$O$到$BB_{1}$的距离为$OM=\sqrt{O{N}^{2}+M{N}^{2}}=\sqrt{1+1}=\sqrt{2}$,
$\therefore$球$O$与棱$BB_{1}$相切,球面与棱$BB_{1}$只有一个交点,
同理,根据正方体$ABCD-A_{1}B_{1}C_{1}D_{1}$的对称性可知,其余各棱和球面也只有一个交点,
$\therefore$以$EF$为直径的球面与正方体每条棱的交点总数为12.
故答案为:12.
点评:本题考查正方体的对称性、球心到各棱距离等基础知识,考查运算求解能力,是中档题.

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