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097_07A_q10
97 指考數學甲 第 10 題
📅 97 年
📝 指考數學甲
第 10 題
題型:選填
課綱:99課綱
若空間中一球面 $S$ 與兩平面 $z = 4$ 及 $z = 8$ 相交的圓面積皆為 $36\pi$ ,則 $S$ 與平面 $z = 7$ 相交的圓面積為 ____ $\pi$ 。
球面與平面的相交
空間中的圓
空間幾何
空間向量與空間中的直線與平面
解題手法
設未知數
〔AI 推測〕
答案
$39$
詳解
設球面 $S$ 的球心為 $(x_0, y_0, z_0)$,半徑為 $R$。 當球面與水平平面 $z = c$ 相交時,交線圓的半徑 $r$ 滿足勾股定理: $$r^2 = R^2 - (c - z_0)^2$$ 相交圓面積為 $\pi r^2 = \pi [R^2 - (c - z_0)^2]$。 依題意: 1. 與平面 $z = 4$ 相交的圓面積為 $36\pi \implies R^2 - (4 - z_0)^2 = 36$。 2. 與平面 $z = 8$ 相交的圓面積為 $36\pi \implies R^2 - (8 - z_0)^2 = 36$。 由兩相交圓面積相等,可得: $$(4 - z_0)^2 = (8 - z_0)^2$$ 因為 $z_0$ 必定介於 $z=4$ 與 $z=8$ 的中點,故: $$z_0 = \dfrac{4 + 8}{2} = 6$$ 將 $z_0 = 6$ 代回其中一式,求得半徑平方 $R^2$: $$R^2 - (4 - 6)^2 = 36 \implies R^2 - 4 = 36 \implies R^2 = 40$$ 現在,我們計算球面 $S$ 與平面 $z = 7$ 相交之圓半徑平方 $r_7^2$: $$r_7^2 = R^2 - (7 - z_0)^2 = 40 - (7 - 6)^2 = 40 - 1 = 39$$ 因此,與平面 $z = 7$ 相交的圓面積為 $\pi r_7^2 = 39\pi$。 故空格填 $39$。
題目來源:
大學入學考試中心公開試題。
解析狀態:
本解析由 AI 輔助產出,未經人工審核,非官方詳解,僅供學習參考。如與官方公告不同,請以官方公告為準。