【知识点详解】
1. **球的体积和表面积公式**:球的体积公式为 \( V = \frac{4}{3}\pi r^3 \),表面积公式为 \( A = 4\pi r^2 \)。题目中提到球的体积和表面积数值相等,即 \( \frac{4}{3}\pi r^3 = 4\pi r^2 \),通过计算可得球的半径 \( r = 3 \)。
2. **直线平行的充要条件**:直线 \( ax+by+c=0 \) 与直线 \( dx+ey+f=0 \) 平行的充要条件是 \( \frac{a}{d}=\frac{b}{e} \neq \frac{c}{f} \)。题中 \( a=2 \) 时,直线 \( 2x+2y=0 \) 与 \( x+y=1 \) 是否平行取决于斜率是否相等,即 \( \frac{-2}{2} \) 是否等于 \( -1 \),显然相等,所以 \( a=2 \) 是平行的充分必要条件。
3. **棱柱的定义**:棱柱的定义是至少有两个面互相平行,其余各面都是平行四边形,并且每相邻两个四边形的公共边都互相平行。因此,第③个命题是正确的,选择 \( C \)。
4. **空间两点间距离公式**:在空间直角坐标系中,两点 \( A(x_1, y_1, z_1) \) 和 \( B(x_2, y_2, z_2) \) 之间的距离 \( d \) 由公式 \( d = \sqrt{(x_2-x_1)^2 + (y_2-y_1)^2 + (z_2-z_1)^2} \) 给出。点 \( A(1,0,1) \) 与点 \( B(2,1,-1) \) 之间的距离可以通过代入公式计算得出。
5. **圆与圆的位置关系**:两个圆的位置关系包括外离、相交、内切、外切四种情况。判断两圆位置关系主要看圆心距 \( d \) 与两圆半径之和或之差的关系。圆 \( C1: (x-a)^2+(y-b)^2=r^2 \) 与圆 \( C2: (x-c)^2+(y-d)^2=s^2 \) 的位置关系可以通过比较 \( |d| \) 与 \( r+s \) 和 \( |r-s| \) 来确定。
6. **棱锥的体积**:棱锥的体积公式为 \( V = \frac{1}{3}Bh \),其中 \( B \) 是底面面积,\( h \) 是高。根据三视图判断棱锥的底面形状和高,然后计算体积。
7. **圆的切线性质与最值问题**:切线的长度与点到圆心的距离有关,当该距离最小时,切线长也最小。利用点到直线的距离公式和勾股定理,可以找到切线最短的条件。
8. **外接圆方程**:过三点的圆的方程可以通过解三元一次方程组得到,或者利用圆的弦切角定理来求解。这里要求的是 \( A \), \( B \), \( O \) 三点构成的三角形的外接圆方程。
9. **空间中的平面与直线关系**:题目涉及了平面和平面、直线和直线之间的关系,这涉及到空间中的线面关系和面面关系,需要理解并应用相关定理来判断。
10. **切线性质与距离最值**:圆的切线性质表明切线长度与圆心到切点连线长度相等。求 \( PM \) 的最小值,实际上是在找点 \( P \) 到圆的最近距离,这是点到圆的切线的性质。
11. **三棱锥的外接球半径**:如果三棱锥的三条侧棱两两垂直,那么三棱锥的外接球就是以这三条侧棱为棱的长方体的外接球。计算外接球半径需要找到长方体对角线的长度。
12. **涂色面积计算**:涂色面积是笔筒内外表面的总和,可以通过圆柱体的侧面积和两个底面积来计算。注意单位的转换,将涂色面积换算成平方米。
13. **两平行直线的距离**:两平行直线间的距离是固定不变的,可以通过构造平行线与直线的距离公式来求解。
14. **圆的标准方程**:圆心在 \( (a,b) \),半径为 \( r \) 的圆的方程是 \( (x-a)^2+(y-b)^2=r^2 \)。题目要求经过点 \( (-1,1) \),代入求解 \( r \)。
15. **光路问题**:光路问题可以通过几何方法解决,找到光线反射的路径,计算长度。
16. **正方体的平面展开图**:正方体的平面展开图涉及到面与面之间的相对位置,通过分析面的相对位置,可以判断哪些边是平行、异面、垂直或相交。
17. **直线的倾斜角与方程**:直线的倾斜角与斜率有关,斜率为 \( \tan\theta \),方程为 \( y=kx+b \)。题目给出了倾斜角和一个点,可以求出斜率和截距。
18. **线面平行与垂直的判定**:线面平行的判定可以通过线在面内的射影与另一线平行来证明;线线垂直的判定可以通过向量的数量积为零来证明;二面角的大小可以通过法向量的夹角来计算。
19. **直线截距式方程**:当直线在两坐标轴上的截距相等时,方程可以表示为 \( x+y=a \) 或 \( y=-x+a \);对于面积最小值的问题,通常涉及二次函数的最值。
20. **多面体的性质与角的计算**:立体几何中的点线面关系,平面与平面的交线,以及角的计算,通常涉及空间向量的方法。
21. **圆的切线性质**:直线与圆相切的条件是直线到圆心的距离等于半径,利用点到直线的距离公式可以求解。
以上是题目中涉及的数学知识点详解,涵盖了立体几何、解析几何、直线与圆的性质、平面与线的关系等多个方面。这些内容是高中数学的重要组成部分,对理解和应用数学原理至关重要。