Giáo án lớp 12 môn Hình học - Phần 1: Thể tích khối đa diện (tiếp)

Phần 1. Thể tích khối đa diện A. Lý thuyết 1. Khái niệm thể tích của 1 khối đa diện (Sgk hh 12) 2. Các công thức tính thể tích của khối đa diện a) Thể tích khối hộp chữ nhật V = abc với a, b, c là 3 kích thước của khối hộp chữ nhật b) Thể tích của khối chóp V= Sđáy . h ; h: Chiều cao của khối chóp c) Thể tích của khối lăng trụ V= Sđáy . h ; h: Chiều cao của khối lăng trụ B. Các dạng bài tập Dạng 1. Tính thể tích của khối đa diện *Phương pháp: Để tính thể tích của khối đa diện ta có thể: +áp dụng trực tiếp các công thức tính thể tích +Chia khối đa diện thành các khối nhỏ hơn mà thể tích của các khối đó tính được +Bổ sung thêm bên ngoài các khối đa diện để được 1 khối đa diện có thể tính thể tích bằng công thức và phần bù vào cũng tính được thể tích. *Các bài tập 1)Về thể tích của khối chóp +Nếu khối chóp đã có chiều cao và đáy thì ta tính toán chiều cao, diện tích đáy và áp dụng công thức :V= Sđáy . h Bài 1: Tính thể tích hình chóp tam giác đều SABC trong các trường hợp sau: Cạnh đáy bằng a, góc ABC = 60o AB = a, SA = l SA = l, góc giữa mặt bên và mặt đáy bằng α giải: a) Gọi O là tâm ∆ABC đều ⇒ SO ⊥(ABC) SABC =a= ∆ABC có SA = SB; ABC = 60o ⇒ SA = AB = SB = a SO ⊥ OA ( vì SO ⊥ (ABC) ) Tam giác vuông SOA có: SO2 = SA2 - OA2 = a2 - (a)2 = ⇒ SO = a Vậy VSABC = S∆ABC . SO = .. a. b) Tương tự câu a đáp số: VSABC = . . c) Gọi O là tâm ∆ABC Gọi A’ là trung điểm BC Dễ thấy ((SBC), (ABC)) = góc SA’O = α Tam giác vuông SOA có: SO2 = l2 - OA2 = l2 - AA’2 Tam giác vuông SOA’ có: (2) Từ (1) (2) ta có: AA’2(sin2 α + 4) = 9l2 S∆ABC = ⇒VSABC = S∆ABC . SO = Bài 2. Cho lăng trụ ABCA’B’C’ có độ dài cạnh bên = 2a, ∆ABC vuông tại A, AB = a, AC = a. Hình chiếu vuông góc của A’ trên (ABC) là trung điểm BC. Tính VA’ABC theo a? Giải. -Gọi H là trung điểm BC ⇒A’H ⊥ (ABC) (gt) -Ta có S∆ABC = -Vì A’H ⊥ (ABC) ⇒ A’H ⊥ AH Tam giác vuông A’HA có: A’H2 = A’A2 - AH2 = (2a)2 - .(a2 + 3a2) hay A’H2 = 4a2 - a2 = 3a2 ⇒ A’H = a ⇒VA’ABC = S∆ABC .A’H = Bài 3. Hình chóp SABCD có SA ⊥ (ABC), SA = a. ∆ABC vuông cân có AB = BC =a. B’ là trung điểm SB. C’ là chân đường cao hạ từ A của ∆SAC a) tính VSABC b) Chứng minh rằng AB ⊥ (AB’C’). Tính VSAB’C’ Giải a) S∆ABC = ; SA =a ⇒ VSABC = S∆ABC .SA = a3 b) ∆SAB có AB = SA = a ⇒∆SAB cân tại A ⇒ AB’ ⊥ SB B’S = B’B BC⊥ AB ⇒ BC ⊥ (SAB) ⇒ BC ⊥ AB’ BC⊥ SA ⇒ AB’ ⊥ (SAC) ⇒ AB’ ⊥ SA ⇒SC ⊥ (AB’C’) AC’ ⊥ SC Cách 1 Vì AB’ ⊥ (SBC) ⇒AB’ ⊥ B’C’. SC = B’C’2 = SB’2 - SC’2 = ⇒S∆AB’C’ = ⇒V∆AB’C’ = Cách 2 Bài 4 Hình chóp SABC có SA⊥ (ABC), ∆ABC cân tại A, D là trung điểm BC, AD = a, (SB, (ABC)) = α; (SB, (SAD)) = β. Tính VSABC. Giải Dễ thấy (SB, (ABC)) = α = SBA (SB, (SAD)) = β = BSD ∆ABC cân ⇒ AD ⊥ BC DB = DC ∆SAB có cos α = (1) BC ⊥ AD BC ⊥ SA (vì SA⊥ (ABC) ⇒ BC ⊥ (SAD) ⇒ BC ⊥ SD Tam giác vuông SB có sinβ = (2) Từ (1) (2) ⇒ ⇒ ⇒ AB2(sin2 β – cos2 α) = -a2cos2 α ⇒ AB = S∆SAB =BD.AD = SA = AB. tan α = ⇒ VSABC = SA.S∆ABC == Bài 5 Cho hình vuông ABCD cạnh a. các nửa đường thẳng Ax, Cy ⊥ (ABCD) và ở cùng một phía với mặt phẳng đó. Điểm M không trùng với với A trên Ax, điểm N không trùng với C trên Cy. Đặt AM = m, CN = n. Tính thể tích của hình chóp BAMNC. Giải Gọi I là giao điểm của AC và BD Ta có BD ⊥ AC (vì ABCD là hình vuông) (Ax, Cy) ⊥ (ABCD) ⇒ BD ⊥ (AMNC) ⇒ BI ⊥ (AMNC) BI = Diện tích hình thang AMNC là S = VAMNC = *Nếu khối chóp cần tính thể tích chưa bíết chiều cao thì ta phải xác định đựơc vị trí chân đường cao trên đáy. Ta có một số nhận xét sau: -Nếu hình chóp có cạnh bên nghiêng đều trên đáy hoặc các cạnh bên bằng nhau thì chân đường cao là tâm đường tròn ngoại tiếp đáy. -Nếu hình chóp có các mặt bên nghiêng đều trên đáy hoặc có các đường cao của các mặt bên xuất phát từ một đỉnh bằng nhau thì chân đường cao là tâm đường tròn nội tiếp đáy -Hình chóp có mặt bên hoặc mặt mặt chéo vuông góc với đáy thì đường cao của hình chóp là đường cao của mặt bên hoặc mặt chéo đó. -Nếu có một đường thẳng vuông góc với mặt đáy của khối chóp thì đường cao của khối chóp sẽ song song hoặc nằm trờn với đường thẳng đó. -Nếu một đường thẳng nằm trong đáy của khối chóp vuông góc vuông góc với một mặt phẳng chứa đỉnh của khối chóp thì đường cao của khối chóp là đường thẳng kẻ từ đỉnh vuông góc với giao tuyến của mặt đáy và mặt phẳng chứa đỉnh đã nói ở trên. *Nếu khối chóp là khối tứ diện thì ta cần khéo chọn mặt đáy thích hợp. Bài 6: SABCD có đáy là tâm giác cân tại A, BC =a, ABC = α, các cạnh bên nghiêng trên đáy một góc α. Tính VSABC Giải - Gọi H là hình chiếu của S lên (ABC) - Vì các cạnh bên nghiêng đều trên đáy ⇒ H là tâm đường tròn ngoại tiếp ∆ABC. - Ta có: ∆ABC = mà BC2 = 2AB2 - 2AB2cos α = 2AB2(1-cos α) = a2 ⇒ AB = ⇒ S∆ABC = HA = R = Tan giác vuông có tan α =⇒ SH = ⇒VSABC = Bài 7: SABC có đáy ABCD là hình bình hành và SABCD = và góc giữa 2 đường chéo = 60o. các cạnh bên nghiêng đều trên đáy 1 góc 45o. Tính VSABCD Giải -Hạ SO ⊥ (ABCD) - Vì khối chóp có các bên nghiêng đều trên đáy. ⇒ O là tâm đường tròn đi qua 4 đỉnh A, B, C, D ⇒ tứ giác ABCD là hình chữ nhật và {O} = AC ∩ BD - Đặt AC = BD =x. Ta có ShcnABCD = AC.BD.sin60o =⇒ x=3 - (SA, (ABCD)) = (SA, AO) = SAO = 45o = SCO = (SC, (ABCD)) ⇒ ∆ASC vuông cân tại S ⇒ SO = ⇒ VSABCD = Bài 8: SABC có SA = SB = SC = a. ASB = 60o, BSC = 90o, CSA = 120o. Chứng minh rằng ∆ABC vuông Tính VSABC Giải a) ⇒ AB = a -Tam giác vuông SBC có BC2 = SB2 + SC2 = 2a2 -∆SAC có AC2 = a2 + a2 -2a2cos120o = 2a2 - 2a2(-) =3a2 -∆ABC có AC2 = AB2 + BC2 ⇒∆ABC vuông tại B b) Hạ SH ⊥ (ABC) Vì SA = SB = SL HA = HB = HC ⇒ H là trung điểm AC ∆ABC vuông tại B Tam giác vuông SHB có SB = a ⇒ SH2 = SB2 - BH2 = BH = (Hoặc ∆SAC là nửa đều tam giác đều ⇒ SH = ) ⇒VSABC = Bài 9: SABCD có đáy ABCD là hình thang với đáy lớn AB = 2, ACB = 90o. ∆SAC và ∆SBD là các tam giác đều có cạnh = . Tính thể tích khối chóp SABCD. Đáp số: VSABCD = Bài 10: SABCD có đáy là hình thang vuông tại A và D, ∆SAD đều cạnh = 2a, BC = 3a. Các mặt bên lập với đáy các góc bằng nhau. Tính VSABCD Giải - Hạ SH ⊥ (ABCD), H ∈ (ABCD) - Vì các mặt bên lập với đáy các góc bằng nhau nên dễ dàng chứng minh được H là tâm đường tròn nội tiếp đáy - Gọi K là hình chiếu của H lên AD - Ta có HK = - Tam giác vuông SHK có HK = a SK = (vì ∆SAD đều) ⇒SH = Vì ⋄ABCD ngoại tiếp nên: AB + CD = AD + BC = 5a ⇒SABCD = ⇒VSABCD = Bài 11: Cho hình chóp SABCD có ABCD là hình vuông cạnh 2a, SA = a, SB = a, (SAB) (ABCD). M, N lần lượt là trung điểm AB, BC. Tính VSBMDN Giải ∆SAB hạ SH b AB (SAB) b (ABCD) ⇒SH b (ABCD) ⇒ SH b (BMDN) S∆CDN = S∆MDA = S⋄ABCD ⇒ S⋄BMDN = S⋄ABCD = 2a.2a = 2a2 ∆SAB có AB2 = SA2 + SB2 = 4a2 ⇒ SAB vuông tại S ⇒ ⇒ SH = ⇒VSBMDN = S⋄BMDN.SH = Bài 12: SABCD có ⋄ABCD là hình thang với AB = BC = CD = AD. ∆SBD vuông tại S và nằm trong mặt phẳng vuông góc với đáy. SB = 8a, SD = 15a. Tính VSABCD Giải -Trong ∆SBD kẻ SH b BD Vì (SBD) b (ABCD) ⇒SH b (ABCD) -Tam giác vuông SBD có hay hay -Vì hình thang có AB = BC = CD =AD ⇒ = 60o, B = C = 120o -∆SBD có BD2 = SB2 +SD2 =289a2 ⇒ BD = 17a ∆CBD có BD2 =2BC2(1+) = 3BC2 = 289a2 ⇒ BC = S∆BCD = S⋄ABCD = 3S∆BCD = ⇒VSABCD =S⋄ABCD.SH = = 170a3 Bài 13: hình chóp SACD có đáy ABCD là hình chữ nhật, ∆SCD cân tại S và nằm trong mặt phẳng (ABCD). ∆SAB có SA = a, ASB = 2 α và nằm trong mặt phẳng lập với (SCD) một góc α. Tính thể tích khối chóp SABCD Giải Trong ∆SCD hạ SH CD Vì ∆SCD cân tại S ⇒ H là trung điểm CD. SH CD (SCD) (ABCD ⇒ SH (ABCD) Gọi K là trung điểm AB Ta có HK AB AB SH (vì SH (ABD)) ⇒AB (SKH) ⇒ AB SK ⇒ ∆SAB cân tại S Dễ thấy ((SAB), (SCD)) = KSH = α ∆SAB có SK = acos α , AB = 2AK = 2asin α ∆SHK vuông tại H có SH =SK.cosα = acos2 α KH = SKsinα = asinαcosα. SABCD =AB.BC = 2asinα.asinαcosα = 2a2sin2αcosα ⇒VSABCD = α Bài 14: Hình chóp SABCD có ∆ABC vuông tại B, SA b (ABC). ACB =60o, BC = a, SA = a, M là trung điểm SB. Tính thể tích MABC Giải Cách 1. SA b (ABC) Từ M kẻ MH // AS cắt AB tại H ⇒ MH b (ABC) Vì M trung điểm SB H- trung điểm MH= S∆ABC = VMABC = Cách 2. VMABC = mà VSABC = SA.S∆ABC = ⇒Vmabc = Bài 15: Hình chóp SABCD có ABCD là hình vuông tâm O, SA (ABCD), AB = a, SA = a. H, K lần lượt là hình chiếu vuông góc của A trên SB, SD. Chứng minh rằng: SC (AHK) và tính thể tích hình chóp OAHK. Giải AH SB (gt) (1) BC AB (vì ABCD là hình vuông) BC SA (vì SA (ABCD)) ⇒BC (SAB) BC AH (2) Từ (1) (2) ⇒AH (SBC ⇒AH SC (3) Chứng minh tương tự ta có: SC AK (4) Từ (3) (4) ⇒ SC (AKH) Gọi {F} = KH ∩ SO ⇒ (SAC) ∩ (AHK) = AF Kéo dài AF cắt SC tại N Trong (SAC) kẻ đường thẳng qua O//SC cắt AN tại E ⇒ OE (AHK) Vì OA = OC; OE//CN OE = CN Tam giác vuông SAD có ⇒ AK = Dễ thấy AH = ∆AKH cân tại A Dễ thấy ∆SBD có mà SK = SD = a ⇒ HK = BD = OF = SO ⇒ ∆SAC có : OA = OC ⇒ ⇒OE =SN = a S∆AHK =KH. = ⇒ V = * Có thể dùng PP toạ độ để tính thể tích OAHK như sau: Chọn hệ toạ độ như hình vẽ.Ta có: A(0,0,0) , B(a,0,0) ,D(0,a,0) , S(0,0,a) , O(, , 0) ∆SKA ∆ SAD ⇒ ⇒ SK= ⇒K(0, , ) ∆ABS có ⇒ SH= ⇒H(,0,) Ta có [] =() ⇒ VOAHK=|[].|= Bài 16: Hình chóp SABCD có ABCD là hình chữ nhật, AB = a, AD = a, SA = a, SA (ABCD). M, N lần lượt là trung điểm AD và SC. {I} = BM ∩ AC. Tính thể tích hình chóp ANIB. Giải SA (ABCD) Gọi {O} = AC ∩ BD Trong ∆SAC có ON // SA ⇒ON (ABCD) ⇒ NO (AIB) Ta có NO = Tính S∆AIB = ? ABD só I là trọng tâm ⇒S∆ABI =S∆ABO = S⋄ABCD = a.a = ⇒ SANIB =NO.S∆AIB = Bài 17. Hình chóp SABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a, (SAD) (ABCD), ∆SAD đều. Gọi M, N, P lần lượt là trung điểm SB, BC, CD. Tính thể tích hình chóp CMNP Giải - Gọi E là trung điểm AD. (CNP) ≡ (ABCD) ⇒ SE AD (SAD) (ABCD) ⇒SE (ABCD) - Gọi F là hình chiếu của M lên (ABCD) ⇒ MF // SE. Dễ thấy F ∈ EB và F là trung điểm EB Ta có MF = SE = S∆CNP = VCMNP = S∆NCP.MF = Nhận xét: có thể dùng phương pháp toạ độ để giải với gốc toạ độ O . 0x ≡ EN, oy ≡ ED, oz ≡ ES Bài 18: Cho hình trụ có các đáy là hai hình tròn tâm O và O’ bán kính đáy bằng chiều cao bằng a. Trên đường tròn tâm O lấy A, Trên đường tròn tâm O’ lấy B. sao cho AB = 2a. Tính thể tích hình chóp OO’AB Giải Kẻ đường sinh AA’. Gọi D đối xứng với A’ qua O’, H là hình chiếu của B trên A’D. Ta có BH A’D BH A’A ⇒ BH (AOO’A’) ⇒BH là đường cao của tứ diện BAOO’ SAOO’ =, A’B = ∆A’BD vuông ở B ⇒ BD=a ∆O’BD đều ⇒ BH= ⇒VBAOO’ =SAOO’ = Bài 19: Cho hình chóp có ABCD là hình chữ nhật; AB = a.AD = 2a; SA (ABCD); (SA, (ABCD) = 60o. Điểm M thuộc cạnh SA, AM = . (BCM) ∩ SD ={ N}. Tính thể tích hình chóp S.BCMN Giải Ta có SAB=600 ∆SAB vuông tại A có AM = , AB = a ⇒ ABM = 300 Kẻ SH⊥ BM thì SH là đương cao của hình chóp S.BCMN ta có SH=SB sin 300 = a BC//(SAD) ⇒MN//BC ⇒ ⇒MN = ⇒SBCMN = ⇒VSBCMN = SBCMN = Bài 20: Cho hình chóp SABCD có ABCD là hình thang; BAD = ABC = 90o; AB = BC = a; AD = 20; SA b (ABCD); SA = 2a. M, N lần lượt là trung điểm SA và SD. Chứng minh rằng BCMN là hình chữ nhật và tính thể tích hình chóp S.BCNM Giải Ta có BC//AD ,BC= ,MN//AD , MN= ⇒BC = MN , BC// MN (1) BC ⊥AB BC ⊥SA ⇒BC ⊥ (SAB) BC AM (2) Từ (1) và (2) ta có BCNM là hình chữ nhật Kẻ SH ⊥BM thỡ SH⊥ (BCNM) ⇒Vsbcnm=SBCNM.SH=BC.NM.SH= Bài 21: Cho lăng trụ đứng ABCA1B1C1 có ABC vuông. AB = AC = a; AA1 = a. M là trung điểm AA1. Tính thể tích lăng trụ MA1BC1 Hướng dẫn: +Chọn mặt đáy thích hợp ⇒ V = +Có thể dùng cả phương pháp toạ độ Bài 22: Tứ diện ABCD có AB = x có các cạnh còn lại bằng 1. a.Tính thể tích tứ diện theo x. b.tính khoảng cách từ điểm B đến mặt phẳng ACD c. Tìm x để thể ABCD đạt giá trị lớn nhất Giải a. Cách 1: Gọi H là Hình chiếu của D lên (ABC) vì DA = DC = DB = 1 ⇒ H là tâm đường tròn ngoại tiếp ∆ABC mà ∆ABC cân H ∈ CC’ với C’ là trung điểm AB S∆ABC = HC = R∆ABC = ⇒Tam giác vuông HCD có HD2 = CD2- DC2 = ⇒ HD = ⇒VABCD = Cách 2: Gọi M là trung điểm CD ⇒ CD ABM Vì ∆ACD và ∆BCD đều ⇒ AM = BM = VABCD = 2VCBMA = 2.CM.S∆ABC = S∆ABM = MC’.AB = VABCD = b) SACD= ⇒ d(B,(ACD))== c) VABCD = Dấu “=” xảy ra ⇔ x2 = 3-x3 ⇔ x = và thể tích lớn nhất là Bài 23: Cho hình chóp SABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a, SA vuông góc với mặt đáy ABCD và SA=h.Điểm M thuộc cạnh CD.Đặt CM=x.Hạ SH vuông góc với BM.Tính thể tích khối tứ diện SABH.Tìm x để thể tích khối này là lớn nhất. GIảI Ta có BM SH (gt) BM SA (Vì SA ( ABCD) ⇒BM AH SABM = SABCD =a2 Mà SABM =AH.BM ⇒ AH= ∆SAH vuông ở A có SH= ∆BAH vuông ở H có BH= SABH =AH.BH = VSABH = Dấu bằng xảy ra khi a=x tức M trùng D. Bài 24: Hình chóp SABC có đáy ABC là tam giác đều cạnh a, SA vuông góc với đáy ABC và SA = a.Điểm M thuộc cạnh AB. Đặt góc ACM bằng Hạ SH vuông góc với CM a)Tìm giá trị lớn nhất của thể tích khối tứ diện SAHC b)Hạ AI vuông góc với SC,AK vuông góc với SH Tính thể tích khối tứ diện SAKI. Đáp số a)Vmax= b)VSAKI = Có thể tính thể tích khối đa diện nhờ việc chia thành các khối nhỏ hoặc bổ sung thêm Bài 25: Cho tứ diện ABCD có các cặp cạnh đối đôi một bằng nhau AB = CD =a, AC = BD = b, AD = BC = c Tính thể tích ABCD Giải +Dựng ∆PQR sao cho B, C, D lần lượt là trung điểm PQ, QR, PR. +S∆DCR = S∆BCQ = S∆PDB =S∆PQR ⇒ S∆BCD =S∆PQR AD = BC = PR D là trung điểm PR ⇒AR AP Tương tự AP b AQ, AQ b AR VAPQR =S∆PQRAR Bài 26: VABCD = AD.BC.MN.Sin α. Trong đó ABCD là tứ diện có MN là độ dài của đoạn vuông góc chung của các cặp cạnh đối AD và CB, α =(AD, BC) Hướng dẫn: Dùng hình hộp ngoại tiếp tứ diện này. Bài 27: Cho hình chóp SABC có tất cả các góc phẳng ở đỉnh A và B của tam diện đều bằng α. AB = a. Tính thể tích hình chóp SABC Giải -Dễ thấy∆ SAB, ∆CAB là các tâm giác cân tại S và C -Gọi E là trung điểm AB ⇒ AB b SE AB b CE ⇒AB b (SCE) ⇒VSABC = VASEC + VBSEC = S∆SEC.(AE+BE) = S∆SEC.AB Tính S∆SEC = ? ∆SEC cân tại E vì ES = EC (∆SAB = ∆ACB (g.c.g)) Gọi F là trung điểm SC ⇒ EF b SC ∆SBC cân tại B vì BC =BS (Vì ∆SAB = ∆CAB (g.c.g)) FS = FC ⇒FBC = Tam giác vuông EBC có CE = Tam giác vuông FBC có BC = Sin = ⇒ FC = BC sin = Tam giác vuông EFC có EF2 = EC2 - FC2 = S∆SEC = EF.SC = EF.FC = = VSABC = một số bài tập có thể giải bằng PP toạ độ vỚi việc chọn hệ toạ độ dễ dàng Bài 1: Cho hình chóp SABCD có đáy ABCD là hình thoi, AC = 4, BD = 2, AC cắt BD tại O SO (ABCD), SA = 2. Gọi M là trung điểm SC, (ABM) cắt SD tại N. Tính thể tích khối chóp S.ABMN Giải Cách 1: Ta có AB // CD (gt) (ABM) (SCD) = MN ⇒MN // CD ⇒ N là trung điểm SD VSABCD = SABCD.SO = AC.BD.SO = ⇒ VSABN = SSABD = = 2 ⇒ VSBMN = SSBCD = = ⇒VSABMN = VSABN + VSBMN = 3 Cách 2: Sử dụng phương pháp toạ độ Chọn hệ toạ độ xyz có tia OX ≡ tia OA, tia oy ≡ OB, tia oz ≡ OS Dễ thấy A(2; 0; 0), B(0; 1; 0), S(0; 0; 2), C(-2; 0; 0), D(0; -1; 0), M(-1; 0; ) Do (ABM) ∩ (SCD) = MN AB // CD ⇒MN//CD ⇒N là trung điểm SD ⇒N(0; -; ) = (2; 0; -2); = (-1; 0; -); = (0; 1; -2); = (0; -; -) [, ] = (0; 4; 0) VSABM = [, ].SB = VSAMN = [, ].SN = VSABMN = VSABM + VSAMN = Bài 2: Cho hình hộp chữ nhật ABCDA’B’C’D’ có AB = a, AD = b , AA ’= c a)Tính thể tích A’C’BD b)Gọi M là trung điểm CC’Tính thể tích MA’BD. giải a) Cách 1: Thể tích của khối hộp ABCDA’B’C’D’ là V = abc VC’CDB = V Tương tự ta có: VAA’BD = VBA’B’ C’ = VD’A’DC’ = V ⇒VA’C’DB = V - 4. V = V= abc Cách 2: dùng phương pháp toạ độ Chọn hệ toạ độ Axyz như hình vẽ Ta có: A(0; 0; 0), B(a; 0; 0) D( 0; b; 0), C(a; b; c), A’(0; 0; 0) = (a; -b; 0); = (a; 0; c); = (0; -b;c); [,] = (-bc; -ac; ab) VA’C’DB = |[,].| = abc b) Chọn hệ toạ độ như hình vẽ.ta có A(0;0;0) , B(a;0;0) , D(0;B;0) , A’(0;0;c) , C(a;b;0) , C’(a;b;c) M là trung điểm CC’ nên M(a;b; ) , , []= VBDA’M = |[,].| = abc 2) Về thể tích khối lăng trụ Ta thường áp dụng công thức tính thể tích đã biết hoặc chia nhỏ khối cần tính hoặc bổ sung thêm Bài 1 Cho lăng trụ tam giác ABCA’B’C’ có đáy ABC là tam giác đều, cạnh a và A’A = A’B = A’C. Cạnh AA’ tạo với đáy một góc 60o. Tính thể tích lăng trụ ABCA’B’C’. Giải Gọi O là tâm ABC⇒ OA = OB = OC A’A = A’B = A’C (gt) ⇒A’O⊥ (ABC) (AA’,(ABC)) = (AO, AA’) = 600 A’O ⊥OA (vì A’O⊥ (ABC) Trong tam giác vuông A’OA có OA’ = OA tan 600 = a Vì ∆ABC đều cạnh a nên S∆ABC = ⇒VABCA’B’C’ = S∆ABC.A’O = Bài 2: Cho hình lăng trụ đứng ABC.A’B’C’ có đáy ABC là một tam giác vuông tại A, AC = b, C = 60o. (BC’,(AA’C’C)) = 30o. Tính thể tích của khối lăng trụ Giải Dễ thấy AB (ACC’A’) nên (BC’, (ACC’ A’)) = AC’B = 300 ∆ABC vuông tại A có =600, AC=b nên BC=2b và AB=b. vì AB (ACC’A’) nên AB b AC’ ∆ABC’ vuông tại A có AC’ = ∆ACC’ vuông tại C có (CC’)2 = AC’2- AC2 = 9b2- b2 = 8b2 ⇒CC’ = 2b =AA’. S∆ABC = CA.CBsin6oo = ⇒VABCA’B’C’ = S∆ABC.AA’ =b3 Bài 3 Dạng 2: tỉ số thể tích A/. Phương pháp: Giả sử mặt phẳng α chia khối đa diện thành hai khối có thể tích là V1 và V2. Để tính k = ta có thể: -Tính trực tiếp V1, V2 bằng công thức ⇒ k -Tính V2 (hoặc V2) bằng công thức tính thể tích của cả khối ⇒ Thể tích V2 (hoặc V1) ⇒ k Ta có các kết quả sau: +Hai khối chóp có cùng diện tích đáy là tỉ số thể tích bằng tỉ số hai đường cao tương ứng. +Hai khối chóp có cùng độ dài đường cao thì tỉ số thể tích bằng tỉ số hai diện tích đáy. + (chỉ đúng cho khối chóp tam giác (tứ diện)) B. Các bài tập Bài 1: Chóp SABCD có đáy ABCD là hình bình hành. M là trung điểm SC. mặt phẳng (P) chứa AM và //BD chia hình chóp thành hai phân. Tính tỉ số thể tích của hai phần đó. Giải -Gọi O = AC ∩ BD, I = SO ∩ AM ⇒ I ∈ (P) BD ⊂ (SBD) BD // (P) ⇒ (P) ∩ (SBD) = B’D’ // BD (vì I là trọng tâm ∆SAC) mà VSABD = VSCBD = VSABCD Bài 2: Hình chóp SABCD có đáy là hình vuông, SA (ABCD). (SC, (SAB)) = α. Mắp phẳng (P) qua A và vuông góc SC chia hình chóp thành hai phần. Tính tỉ số thể tích hai phần đó. Giải Kí hiệu K1 = VSMAQN V2 = V - V1 Gọi O = AC ∩ BD ∆SAC kẻ AN SC E = SO ∩ AN ⇒ E ∈ (P) vì (P) SC mà BD SC BD AC BD SA BD (SAC) BD ⊂ (SAC) ⇒ (P) // (SBD) ⇒ (P) ∩ (SBD) = MQ //BD CB AB (gt) CB SA (vì SA (ABCD)) ⇒CB (SAB) ⇒ (SC, (SAB)) = CSB = α V1 = 2VSANQ, V = 2VSACB Tam giác vuông SAC: SA2 = SC.SN ⇒ SN = Tam giác vuông SAB: SA2 = SB.SQ ⇒ SQ = BC AB (gt) BC SA (vì SA (ABCD)) ⇒BC SB Tam giác vuông SBC: cos α = ⇒ SC = Tam giác vuông SAB: SA2 = SB2 - AB2 = SB2 - BC2 = SB2 - SB2tanα Bài 3: SABCD là hình chóp tứ giác đều cạnh a, đường cao h. Mặt phẳng qua AB (SDC) chia chóp làm hai phần. Tính tỉ số thể tích hai phần đó. Bài 4: Cho hình lập phương ABCDA’B’C’D’ cạnh là a. M là trung điểm CD, N là trung điểm A’D’. Tính tỉ số thể tích hai phần đó (MNB’) chia hình lập phương. Giải Gợi ý: Gọi V1, V2 tương ứng là thể tích các phần trên và phần dưới thiết diện ta có: V1 = VB’ECF - (VEPD’N + VFMQC) Để ý: ED’ = a, FC =, PD’ =, CQ = Tính được V1 = V2 = V- V1 = a3 - = Bài 5: Cho tứ diện SABC lấy M, N thuộc cạnh SA, SB sao cho,. Mặt phẳng qua MN // SC chia tứ diện thành hai phần. Tính tỉ số thể tích hai phần này. Giải Dễ thấy thiết diện là hình thang MNEF (với MF // NE) Đặt V = VSABC, V1 = VMNEFCS, V2 = VMNEFAB V1 = VSCEF + VSFME + VSMNE ⇒ ⇒VSABE =V ⇒ V1 = V + V + V = V Bài 6: Cho lăng trụ đứng tam giác đều ABCA’B’C’ có cạnh đáy và cạnh bên đều bằng a. M, N, E lần lượt là trung điểm của BC, CC’, C’A’. Tính tỉ số thể tích hai phần lăng trụ do (MNE) tạo ra. Giải Dễ thấy (MNE) cắt lăng trụ theo thiết diện là ngũ giác MNEFI Gọi V1, V2 tương ứng là thể tích phần trên và phần dưới của thiết diện, ta có V1 = VNIBM + VNBB’FI + VNB’C’EF V2 = VNFA’E + VNAA’FI + VNACMI So sánh từng phần tương ứng ta có V1 = V2 = 1 Bài 7: Cho hình vuông ABCD cạnh a. {O} = AC BD, ox (ABCD). Lấy S Ox, S O. Mặt phẳng qua AC và vuông góc (SAD) chia hình chóp thành hai phần. Tính tỉ số thể tích của hai phần đó. Dạng 3 .Phương pháp thể tích : Chứng minh đẳng thức, bất đẳng thứC,khoảng cách từ 1 điểm tới một mặt phẳng dựa vào thể tích. Bài 1: SABC có SA = 3a, SA (ABC), ∆ABC có AB = BC = 2a, ABC =120o Tính D(A,(SBC)). Giải S∆ABC = AB.BC.sin120o = = a3 SSABC = S∆ABC .SA= = a3 Kẻ SM BC BC SA (vì SA (ABC)) ⇒BC AM ⇒ AM = a ∆SAM vuông tại A có SM = 2a S∆SBC = SM.BC = 2a2 d(A, (SBC)) =a Bài 2: SABC có đáy ABC là tam giác đều cạnh a, SA (ABC), SA =2a. `Tính d(A, (SBC)) Giải S∆ABC = = VSABC =SA.S∆ABC = . Gọi M là trung điểm BC AM BC BC SA ⇒BC SM AM = ∆SAM vuông tại A có SM2 = SA2 + AM2 = 4a2 + a2 = a2 ⇒ SM = a S∆SBC = SM.BC = a2 d(A, (SBC)) =a Bài 3: Cho tứ diện ABCD có AD b (ABC); AC = AD = 4; AB = 3, BC = 5. Tính d(A, (BCD)) ? Giải Dễ thấy ∆ABC vuông tại A .S∆ABC = AB.AC = 6. VDABC = S∆ABC.DA = 8 ∆DAC có DC = 4. ∆DAB có DB = 5 ∆DBC có BC = BD = 5 ⇒ ∆DBC cân tại B, gọi M là trung điểm DC ⇒BM DC BM = . S∆DBC = BM.DC = ..4 = 2 d(A, (DBC)) =a Bài 4: Cho tứ diện ABCD có AB = a; CD = b, các cạnh còn lại bằng c. Tính d(A, (BCD)) Giải ∆ACD = ∆BCD. Gọi M là trung điểm CD ⇒AM = BM, DC (ABM) Gọi N là trung điểm AB ⇒ MN AB MN2 = BM2 - BN2 = c2 + S∆AMN = VABCD = 2 VBCMA = 2.CM.S(∆ABM) = V∆BCD = BM.CD = .b = d(A, (BCD)) = Bài 5: Cho tứ diện ABCD có AB = CD = x các cạnh còn lại bằng 1. a) Tính thể tích tứ diện ABCD theo x b)Tính d(A, (BCD)) Tương tự bài 4 Đáp số: VABCD = d(A, (BCD)) = x Bài 6: Cho lăng trụ đứng ABCA1B1C1 có AB = a, AC = = 2a, AA1 = 2a và BAC = 120o. Gọi m là trung điểm của cạnh CC1. Chứng minh rằng MB MA1 và tinh khoảng cách d từ điểm A tới mặt phẳng (A1BM) Giải Đưa và hệ trục toạ độ A1xyz vuông góc như hình vẽ: gốc toạ độ A1. trục A1Z hướng theo Trục A1y hướng theo Trục A1x tạo với trục Oy góc 90o và nằm trong MP (A1B1C1). Toạ độ các điểm: A1(0 ; 0; 0), B1(, C1(0; 2a; 0) A(0 ; 0; 2a), B(, C(0; 2a; 2a) M(0; 2a; a) (-a) (0; 2a; a), (0) = 0+5a2 - 5a2 = 0 (BM MA1 ) Thể tích khối chóp AA1BM bằng V = | []| = -a -a 2a a ; 0 a ; 0 2a = ⇒VAA1BM = S∆BMA1 = . = 3a2 ⇒ Khoảng cách từ A tới (BMA1) bằng h = Bài 7: Cho tứ diện OABC. Lấy M nằm trong tam giác ABC, các đường thẳng qua M // với OA, OB. OC cắt các mặt OBC, OCA, OAB lần lượt tại A1, B1, C1. Chứng minh rằng: Giải Nối M với các đỉnh O,A,B,C. Khi đó VOABC = VMOAB + VMOBC + VMOCA 1= Xét Kẻ AH b (OBC), MK b (OBC) AH //MK ∆OAH ∾ A1MK ⇒ Tương tự ta có Vậy Bài 8: Giả sử M là một điểm nằm trong tứ diện ABCD. Các đường thẳng MA, MB, MC, MD cắt các mặt đối diện tại A1, B1, C1, D1. Chứng minh rằng Giải Nối M với bốn đỉnh của tứ diện ABCD ta có: V = VMBCD + VMACD + VMABD+ VMABC 1= Xét Gọi H, K lần lượt là hình chiếu của A, M lên (BCD) ⇒ MK//AH ⇒ Tương tự: ; ; Bài 9: Cho hình chóp tứ gíc đều SABCD trên các cạnh SA, SB, SC ta lấy các điểm A1, B1, C1 sao cho ; ; Mặt phẳng qua A1, B1, C1 cắt SD tại D1. Chứng minh rằng Giải Ta có VSABC = VSBCD + VSCDA = VSDAB = (1) (2) Cộng vế với vế (1) và (2) ta được Tương tự: (4) (5) Cộng vế với vế (4) và (5) ta được Từ (3) và (6) ta có ⇒ Phần 2. Thể tích khối cầu, khối trụ, khối nón A/. Lý thuyết. 1/Định nghĩa: -Thể tích khối cầu (Sgk HH12 – Trang 44) -Thể tích khối trụ (Sgk HH12 – Trang 50) -Thể tích khối nón (Sgk HH12 – Trang 56) 2/Các công thức: a)Thể tích khối cầu V = , R: bán kính mặt cầu b)Thể tích khối trụ V = Sđáy.h , h: chiều cao c)Thể tích khối nón V = Sđáy.h , h: chiều cao B/.Bài tập ở đây chủ yếu là bài tập tính thể tích khối cầu, trụn nón dựa vào các công thức trên. Bài 1: Cho lăng trụ tam giác đều có đáy là tam giác đều các cạnh đều bằng a, cạnh bên bằng b. Tính thể tích mặt cầu đi qua các đỉnh của lăng trụ Giải -Gọi O và O’ là tâm ∆ABC và ∆A’B’C’ thì OO’ là trục của các đường tròn ngoại tiếp ∆ABC và∆A’B’C’ -Gọi I là trung điểm OO’ thì IA = IB =IC = IA’ = IB’ = IC’ hay I là tâm mặt cầu ngoại tiếp lăng trụ -Bán kính mặt cầu là R = IA Tam giác vuông AOI có: AO = OI = ⇒AI2 = OA2+OI2 =⇒ AI = V= AI2 = V= Bài 2: Cho hình chóp tứ giác đều có cạnh đáy bằng a, cạnh bên hợp với đáy một góc 30o. Tính thể tích mặt cầu ngoại tiếp hình chóp. Giải Gọi O là tâm hình vuông ABCD. Ta có SO b (ABCD), SO là trục của ABCD, (SA, (ABCD)) = SAO = 30o Gọi M là trung điểm SA Trung trực của SA cắt SO tại I ⇒ I là tâm mặt cầu ngoại tiếp hình chóp ⋄OIMA là từ giác nội tiếp ⇒ SI.SO = SM.SA ⇒ SI = Với AO = , AS = , SO = SA sin30o = ⇒SI = = a ⇒ VMcầu = Các bài tập về xác định tâm, bán kính mặt cầu ngoại tiếp, nội tiếp khối chóp, khối lăng trụ, đều hỏi thêm thể tích mặt cầu Bài 3: Cho hình trụ có đáy là tâm đường tròn tâm O và O’ tứ giác ABCD là hình vuông nội tiếp trong đường tròn tâm O. AA’, BB’ là các đường sinh của khối trụ. Biết góc của mặt phẳng (A’B”CD) và đáy hình trụ bằng 60o. Tính thể tích khối trụ Giải ⇒ADA’ là góc của (A’B’CD) và đáy Do đó: ADA’ = 60o ∆OAD vuông cân nên AD = OA = R ∆ADA’ có h = AA’ = ADtan60o = R V = R2h = R3 Bài 4: Bên trong hình trụ có một hình vuông ABCD cạnh a nội tiếp mà A, B thuộc đường tròn đáy thứ nhất và C, D thuộc đường tròn đáy thứ hai của hình trụ mặt phẳng hình vuông tạo với đáy hình trụ một góc 45o. Tính thể tích khối trụ. Giải Gọi I, J là trung điểm của AB và CD Ta có: OI AB; IJ cắt OO’ tại ttrung điểm M của OO’ MIO = 45o là góc của mặt (ABCD) với đáy, do đó: O’I = ; R = h = 2OM = Vậy V = R2h =  Bài 5: Một hình trụ có diện tích toàn phần S = 6. Xác định cá