正四面體的內切球(與正四面體的四個面都相切的球)與外接球(過正四面體四個頂點的球)的體積比為( )
A.1:3
B.1:9
C.1:27
D.與正四面體的棱長無關
【答案】
分析:作出正四面體A-BCD的高DE,延長CE,交AB于G,連接DG,過C作DG邊上的高CF.在△CDG中加以研究,可得DE、CF的交點I就是內切球和外接球公共的球心,設正四面體棱長為1,可算出CE、GE、ED的長,利用Rt△DEG∽Rt△CEI得線段成比例,從而得出EI=

,DI=

,由此不難得到R與r的比值,從而得出體積比.
解答:解:過點D作DE⊥平面ABC,垂足為E,則E是正三角形ABC的中心

則根據球的對稱性和正四面體的性質,得外接球和內切球的球心在同一點處,設為I,則I在高線DE上
延長CE,交AB于G,連接DG,過C作DG邊上的高CF,則I在CF上
I到平面ABC的距離IE等于內切球半徑r,ID=IC=R是外接球半徑
設正四面體棱長為1,則
正△ABC中,CG=

,CE=

CG═

,GE=

CG=

,
Rt△DEG中,DG=CG=

,可得DE=

=

∵Rt△DEG∽Rt△CEI,
∴

=

,即

:EI=

:

,可得EI=

,所以ID=DE-EI=

即r=

,R=

,
可得

=1:3,體積比為1:27.
故選C.
點評:本題給出正四面體的外接球與內切球,求它們的體積之比,著重考查了正四面體的性質和球的內接、外切幾何體等知識,屬于中檔題.