MathLabs

第2题

在一个固定球的内部取一个固定点 PP。作三条两两垂直的线段 PA,PB,PCPA, PB, PC,其端点 A,B,CA, B, C 都在球面上。以 QQ 为棱作长方体,设 PP 为其中与 PA,PB,PCPA, PB, PC 相对的顶点。当 QQ 取遍所有符合条件的位置时,求点 A,B,CA, B, C 的轨迹。
第 7/7 步:结论:轨迹是以 O 为中心的球面
通俗地说

到固定中心的距离恒定,正是球面的定义性质。

OQ=3R2−2d2 (constant)OQ = \sqrt{3R^2-2d^2} \text{ (constant)}
详细分析

由于 ∣OQ∣=3R2−2d2|OQ|=\sqrt{3R^2-2d^2} 是与 A,B,CA,B,C 无关的固定常数(且因 d<Rd<R 该值为实数),当 A,B,CA,B,C 取遍所有满足条件的正交三元组时,QQ 的轨迹正是以 OO 为中心、以此为半径的球面。