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如图, 已知圆锥 PO, 用平行于底面的截面, 将圆锥 PO 分切成小圆锥 POi 和圆台 O1O, 此时圆锥 PO1 的顶点 P 和圆 O1 上所有点均在球 O2 上, 圆台 O1O 存在和上下底面及侧面均相切的球 O3. 若球 O2 和 O3 的半径均为 R, 则圆锥 PO1 和圆台 O1O 的高之比为_____.

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解

我们画出截面图如图. 设 ∠APO=θ, 则因为 CO2=O2P=R, 所以 ∠CO2O1=2θ, CO1=Rsin⁡2θ.
另一方面 ∠CO3O1=12∠DO3O1=π4−θ2, 所以 CO1=tan⁡(π4−θ2). 这样 sin⁡2θ=tan⁡(π4−θ2). 从而 tan⁡(π2−θ)=2sin⁡2θ1−sin2⁡2θ=1tan⁡θ, 整理得 2(1−cos2⁡θ)=1−4(1−cos2⁡θ)cos2⁡θ, 解得 cos2⁡θ=32. 这样 PO1O1O=R(1+cos⁡2θ)2R=cos2⁡θ=32.
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