正四面体的内切球(与正四面体的四个面都相切的球)与外接球(过正四面体四个顶点的球)的体积比为( )
A.1:3
B.1:9
C.1:27
D.与正四面体的棱长无关
【答案】
分析:作出正四面体A-BCD的高DE,延长CE,交AB于G,连接DG,过C作DG边上的高CF.在△CDG中加以研究,可得DE、CF的交点I就是内切球和外接球公共的球心,设正四面体棱长为1,可算出CE、GE、ED的长,利用Rt△DEG∽Rt△CEI得线段成比例,从而得出EI=

,DI=

,由此不难得到R与r的比值,从而得出体积比.
解答:解:过点D作DE⊥平面ABC,垂足为E,则E是正三角形ABC的中心

则根据球的对称性和正四面体的性质,得外接球和内切球的球心在同一点处,设为I,则I在高线DE上
延长CE,交AB于G,连接DG,过C作DG边上的高CF,则I在CF上
I到平面ABC的距离IE等于内切球半径r,ID=IC=R是外接球半径
设正四面体棱长为1,则
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,体积比为1:27.
故选C.
点评:本题给出正四面体的外接球与内切球,求它们的体积之比,着重考查了正四面体的性质和球的内接、外切几何体等知识,属于中档题.