Cho mặt cầu (S) có bán kính R = 5 (cm). Mặt phẳng (P) cắt mặt cầu (S) theo giao tuyến là đường tròn (C) có chu vi bằng \(8\pi \) (cm). Bốn điểm A, B, C, D thay đổi sao cho A, B, C thuộc đường tròn (C), điểm D thuộc (S) (D không thuộc đường tròn (C)) và tam giác ABC là tam giác đều. Thể tích lớn nhất của khối tự diện ABCD bằng bao nhiêu?
Hãy suy nghĩ và trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo saiGọi I là tâm của mặt cầu (S) và H là hình chiếu của I trên (P)
Khi đó H là tâm của đường tròn (C).
Do tam giác ABC đều do đó H trọng tâm của tam giác ABC.
Đường tròn (C) có chu vi bằng \(8\pi \left( {cm} \right)\)
Khi đó: CV = \(2\pi r \Leftrightarrow 8\pi = 2\pi r \Leftrightarrow r = 4 = AH\)
Ta có: \(AH = \frac{{AB\sqrt 3 }}{3} \Leftrightarrow AB = 4\sqrt 3 \)
\( \Rightarrow {S_{ABC}} = \frac{{A{B^2}\sqrt 3 }}{4} = 12\sqrt 3 \)
Thể tích khối tứ diện là:
\({V_{D.ABC}} = \frac{1}{3}d\left( {D;\left( {ABC} \right)} \right).{S_{ABC}} = d\left( {D;\left( {ABC} \right)} \right) = 4\sqrt 3 \)
Do đó thể tích của tứ diện ABCD lớn nhất
⇔ khoảng cách từ D đến (ABC) là lớn nhất ⇔ H, I, D thẳng hàng
Ta có: \(IH = \sqrt {{R^2} - {r^2}} = \sqrt {{5^2} - {4^2}} = 3\).
Khi đó \(D{H_{\max }} = DI + IH = 5 + 3 = 8\)
Vậy \({V_{\max }} = \frac{1}{3}d\left( {D;\left( {ABC} \right)} \right).{S_{ABC}} = \frac{1}{3}.8.12\sqrt 3 = 32\sqrt 3 \)
Đề thi thử THPT QG môn Toán năm 2020
Trường THPT Lý Thánh Tông lần 1