Chuyên đề LTDH: Hình không gian

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI =========================================================================== MẶT CẦU – MẶT TRỤ - MẶT NÓN A. MẶT NÓN Bài 1: Trong không gian cho tam giác vuông OAB tại O có OA = 4, OB = 3. Khi quay tam giác vuông OAB quanh cạnh góc vuông OA thì đường gấp khúc OAB tạo thành một hình nón tròn xoay. a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình nón b)Tính thể tích của khối nón HD: a) * S xq = π Rl = π .OB.AB = 15 π Tính: AB = 5 ( ∨ ∆ AOB tại O) * S tp = S xq + S đáy = 15 π + 9 π = 24 π b) V = 2 1 3 R hπ = 2 1 3 .OB .OAπ = 2 1 3 4 3 . .π = 12 π Bài 2: Một hình nón có thiết diện qua trục là một tam giác đều cạnh 2a. a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình nón b) Tính thể tích của khối nón HD: a) * S xq = π Rl = π .OB.SB = 2 π a 2 * S tp = S xq + S đáy = 2 π a 2 + π a 2 = 23 π a 2 b) V = 2 1 3 R hπ = 2 1 3 .OB .SOπ = 3 2 1 3 3 3 3 a .a .a π π = Tính: SO = 2 3 3 2 a a= (vì SO là đường cao của ∆ SAB đều cạnh 2a) Gv: Tr n Quang Thu n Tel: 0912. 676.613 – 091.5657.952ầ ậ 1 2a A B S 3 4 A B O ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI =========================================================================== Bài 3: Một hình nón có chiều cao bằng a và thiết diện qua trục là tam giác vuông. a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình nón b) Tính thể tích của khối nón HD: a) * Thiết diện qua trục là tam giác vuông cân tại S nên A ∧ = B ∧ = 45 0 * S xq = π Rl = π .OA.SA = π a 2 2 Tính: SA = a 2 ; OA = a ( ∨ ∆ SOA tại O) * S tp = S xq + S đáy = π a 2 2 + π a 2 = (1 + 2 ) π a 2 b) V = 2 1 3 R hπ = 2 1 3 .OA .SOπ = 3 2 1 3 3 a .a .a π π = Bài 4: Một hình nón có đường sinh bằng l và thiết diện qua trục là tam giác vuông. a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình nón b) Tính thể tích của khối nón HD: a) * Thiết diện qua trục là tam giác SAB vuông cân tại S nên A ∧ = B ∧ = 45 0 * S xq = π Rl = π .OA.SA = π . 2 l .l = 2 2 lπ Tính: OA = 2 l ( ∨ ∆ SOA tại O) * S tp = S xq + S đáy = 2 2 lπ + 2 2 lπ = 2 1 1 2 2 l   + π  ÷   b) V = 2 1 3 R hπ = 2 1 3 .OA .SOπ = 2 3 1 3 2 2 6 2 l l l . . π π = Tính: SO = 2 l ( ∨ ∆ SOA tại O) Bài 5: Một hình nón có đường cao bằng a, thiết diện qua trục có góc ở đỉnh bằng 120 0 . Gv: Tr n Quang Thu n Tel: 0912.676.613 – 091.5657.952ầ ậ 2 45 S B A l 45 S B A O ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI =========================================================================== a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình nón b) Tính thể tích của khối nón HD: a) * Thiết diện qua trục là tam giác SAB cân tại S nên A ∧ = B ∧ = 30 0 hay ASO ∧ = BSO ∧ = 60 0 * S xq = π Rl = π .OA.SA = π . 3a .2a = 2 2 3aπ Tính: OA = 3a ; SA = 2a ( ∨ ∆ SOA tại O) * S tp = S xq + S đáy = 2 2 3aπ + 3 π a 2 = ( ) 2 2 3 3 a+ π b) V = 2 1 3 R hπ = 2 1 3 .OA .SOπ = 2 3 1 3 3 . a .a aπ = π Bài 6: Một hình nón có độ dài đường sinh bằng l và góc giữa đường sinh và mặt đáy bằng α . a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình nón b) Tính thể tích của khối nón HD: a) * Góc giữa đường sinh và mặt đáy là A ∧ = B ∧ = α * S xq = π Rl = π .OA.SA = π . lcos α .l = 2 l cosπ α Tính: OA = lcos α ( ∨ ∆ SOA tại O) * S tp = S xq + S đáy = 2 l cosπ α + π l 2 cos 2 α = ( ) 2 1 cos l cos+ α π α b) V = 2 1 3 R hπ = 2 1 3 .OA .SOπ = 2 1 3 2 .l cos .lsinπ α α = 3 3 2 l cos sinπ α α Tính: SO = lsin α ( ∨ ∆ SOA tại O) Bài 7: Một hình nón có đường sinh bằng 2a và diện tích xung quanh của mặt nón bằng 2 π a 2 . Tính thể tích của hình nón Gv: Tr n Quang Thu n Tel: 0912.676.613 – 091.5657.952ầ ậ 3 120 a S B A O α l S B A O ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI =========================================================================== HD: * S xq = π Rl ⇔ π Rl = 2 π a 2 ⇒ R = 2 2 2 2 2 a a a l a π = = π * Tính: SO = 3a ( ∨ ∆ SOA tại O) * V = 2 1 3 R hπ = 2 1 3 .OA .SOπ = 3 2 1 3 3 3 3 a .a .a π π = Bài 8: Một hình nón có góc ở đỉnh bằng 60 0 và diện tích đáy bằng 9 π . Tính thể tích của hình nón HD: * Thiết diện qua trục là tam giác SAB đều * S đáy = π R 2 ⇔ 9 π = π R 2 ⇔ R 2 = 9 ⇔ R = 3 * SO = 3 2 3 3 3 2 2 AB R = = * V = 2 1 3 R hπ = 2 1 3 .OA .SOπ = 2 1 3 3 3 9 3 3 . .π = π Bài 9: Thiết diện qua trục của một hình nón là một tam giác vuông có cạnh góc vuông bằng a. a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình nón b) Tính thể tích của khối nó c) Một thiết diện qua đỉnh tạo với đáy một góc 60 0 . Tính diện tích của thiết diện này * S tp = S xq + S đáy = 2 2 aπ + 2 2 aπ = 2 1 1 2 2 a   + π  ÷   b) V = 2 1 3 R hπ = 2 1 3 .OA .SOπ = 2 3 1 3 2 2 6 2 a a a . . π π = Tính: SO = 2 a ( ∨ ∆ SOA tại O) c) * Thiết diện (SAC) qua trục tạo với đáy 1 góc 60 0 : SMO ∧ = 60 0 Gv: Tr n Quang Thu n Tel: 0912.676.613 – 091.5657.952ầ ậ 4 2a S A O 60 S B A O C M 45 a S B A O ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI =========================================================================== * S SAC = 1 2 SM.AC = 1 2 . 6 3 a . 2 3 3 a = 2 2 3 a * Tính: SM = 6 3 a ( ∨ ∆ SMO tại O). * Tính: AC = 2AM = 2 3 3 a Tính: OA = 2 a ( ∨ ∆ SOA tại O) * Tính: AM = 2 2 OA OM− = 3 3 a * Tính: OM = 6 6 a ( ∨ ∆ SMO tại O) HD: a) * Thiết diện qua trục là ∆ SAB vuông cân tại Snên A ∧ = B ∧ =45 0 * S xq = π Rl = π .OA.SA = π . 2 a .a = 2 2 a π Bài 10: Cho hình nón tròn xoay có đướng cao h = 20cm, bán kính đáy r = 25cm. a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình nón b) Tính thể tích của khối nón c) Một thiết diện đi qua đỉnh của hình nón có khoảng cách từ tâm của đáy đến mặt phẳng chứa thiết diện là 12cm. Tính diện tích của thiết diện đó HD: a) * S xq = π Rl = π .OA.SA = π .25.SA = 25 π 1025 (cm 2 ) Tính: SA = 1025 ( ∨ ∆ SOA tại O) S tp = S xq + S đáy = 25 π 1025 + 625 π b) V = 2 1 3 R hπ = 2 1 3 .OA .SOπ = 2 2 1 25 20 3 . .π (cm 3 ) c) * Gọi I là trung điểm của AB và kẻ OH ⊥ SI ⇒ OH = 12cm * S SAB = 1 2 .AB.SI = 1 2 .40.25 = 500(cm 2 ) * Tính: SI = OS.OI OH = 20 12 .OI = 25(cm) ( ∨ ∆ SOI tại O) * Tính: 2 1 OI = 2 1 OH - 2 1 OS ⇒ OI = 15(cm) ( ∨ ∆ SOI tại O) * Tính: AB = 2AI = 2.20 = 40(cm) Gv: Tr n Quang Thu n Tel: 0912.676.613 – 091.5657.952ầ ậ 5 l h O I H B A S ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI =========================================================================== * Tính: AI = 2 2 20OA OI− = (cm) ( ∨ ∆ AOI tại I) Bài 11: Cắt hình nón đỉnh S bởi mp đi qua trục ta được một ∆ vuông cân có cạnh huyền bằng 2a a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình nón b) Tính thể tích của khối nón c) Cho dây cung BC của đường tròn đáy hình nón sao cho mặt phẳng (SBC) tạo với mặt phẳng chứa đáy hình nón một góc 60 0 . Tính diện tích tam giác SBC HD: a) * Thiết diện qua trục là ∆ SAB vuông cân tại S nên A ∧ = B ∧ = 45 0 * S xq = π Rl = π .OA.SA = π . 2 2 a .a = 2 2 2 aπ Tính: OA = 2 AB = 2 2 a ; Tính: SA = a ( ∨ ∆ SOA tại O) * S tp = S xq + S đáy = 2 2 2 aπ + 2 2 aπ = 2 2 1 2 ( ) a+ π b) V = 2 1 3 R hπ = 2 1 3 .OA .SOπ = 2 3 1 2 2 3 2 2 12 a a a . . π π = Tính: SO = 2 2 a ( ∨ ∆ SOA tại O) c) * Kẻ OM ⊥ BC ⇒ SMO ∧ = 60 0 ; * S SBC = 1 2 SM.BC = 1 2 2 2 3 3 a a . . = 2 2 3 a * Tính: SM = 2 3 a ( ∨ ∆ SOM tại O) * Tính: BM = 3 a ( ∨ ∆ SMB tại M) B. MẶT TRỤ Gv: Tr n Quang Thu n Tel: 0912.676.613 – 091.5657.952ầ ậ 6 C M a 2 S B A O ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI =========================================================================== Bài 1: Một hình trụ có bán kính đáy bằng R và thiết diện qua trục là một hình vuông. a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình trụ b) Tính thể tích của khối trụ HD: a) * S xq = 2 π Rl = 2 π .OA.AA ’ = 2 π .R.2R = 4 π R 2 * OA =R; AA ’ = 2R * S tp = S xq + 2S đáy = 4 π R 2 + π R 2 = 5 π R 2 b) * V = 2 R hπ = 2 .OA .OO ′ π = 2 3 2 2.R . R Rπ = π Bài 2: Một hình trụ có bán kính đáy r = 5cm và khoảng cách giữa hai đáy bằng 7cm. a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình trụ b) Tính thể tích của khối trụ c) Cắt khối trụ bởi một mặt phẳng song song với trục và cách trụ 3cm. Hãy tính diện tích của thiết diện được tạo nên HD: a) * S xq = 2 π Rl = 2 π .OA.AA ’ = 2 π .5.7 = 70 π (cm 2 ) * OA = 5cm; AA ’ = 7cm * S tp = S xq + 2S đáy = 70 π + 50 π = 120 π (cm 2 ) b.* V = 2 R hπ = 2 .OA .OO ′ π = π .5 2 .7 =175 π (cm 3 ) c) * Gọi I là trung điểm của AB ⇒ OI = 3cm * ABB A S ′ ′ = AB.AA ’ = 8.7 = 56 (cm 2 ) (hình chữ nhật) * AA ’ = 7 * Tính: AB = 2AI = 2.4 = 8 * Tính: AI = 4(cm) ( ∨ ∆ OAI tại I) Bài 3: Một hình trụ có bán kính r và chiều cao h = r 3 a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình trụ b) Tính thể tích của khối trụ tạo nên bởi hình trụ đã cho Gv: Tr n Quang Thu n Tel: 0912.676.613 – 091.5657.952ầ ậ 7 A B O O' A' B' l h h r l B' A' O' I O B A ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI =========================================================================== c) Cho hai điểm A và B lần lượt nằm trên hai đường tròn đáy sao cho góc giữa đường thẳng AB và trục của hình trụ bằng 30 0 . Tính khoảng cách giữa đường thẳng AB và trục của hình trụ HD: a) * S xq = 2 π Rl = 2 π .OA.AA ’ = 2 π .r. r 3 = 2 3 π r 2 * S tp = S xq + 2S đáy = 2 π r 2 3 + 2 π r 2 = 2 ( 3 1)+ π r 2 b) * V = 2 R hπ = 2 .OA .OO ′ π = 2 3 3 3.r .r rπ = π c) * OO ’ //AA ’ ⇒ BA A ∧ ′ = 30 0 * Kẻ O ’ H ⊥ A ’ B ⇒ O ’ H là khoảng cách giữa đường thẳng AB và trục OO ’ của hình trụ * Tính: O ’ H = 3 2 r (vì ∆ BA ’ O ’ đều cạnh r) * C/m: ∆ BA ’ O ’ đều cạnh r * Tính: A ’ B = A ’ O ’ = BO ’ = r * Tính: A ’ B = r ( ∨ ∆ AA ’ B tại A ’ ) Cách khác: * Tính O ’ H = 2 2 O A A H ′ ′ ′ − = 2 2 3 4 2 r r r − = ( ∨ ∆ A ’ O ’ H tại H) * Tính: A ’ H = 2 A B ′ = 2 r * Tính: A ’ B = r ( ∨ ∆ AA ’ B tại A ’ ) Bài 4: Cho một hình trụ có hai đáy là hai đường tròn tâm O và O ’ , bán kính R, chiều cao hình trụ là R 2 . a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình trụ b) Tính thể tích của khối trụ HD: Gv: Tr n Quang Thu n Tel: 0912.676.613 – 091.5657.952ầ ậ 8 r 3 H A B O O' A' r R 2 R A' O' O A ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI =========================================================================== a) * S xq = 2 π Rl = 2 π .OA.AA ’ = 2 π .R. R 2 = 2 2 π R 2 * S tp = S xq + 2S đáy = 2 2 π R 2 + 2 π R 2 = 2 ( 2 1)+ π R 2 b) * V = 2 R hπ = 2 .OA .OO ′ π = 2 3 2 2.R .R Rπ = π Bài 5: Một hình trụ có bán kính đáy bằng 50cm và có chiều cao h = 50cm. a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình trụ b) Tính thể tích của khối trụ tạo nên bởi hình trụ đã cho c) Một đoạn thẳng có chiều dài 100cm và có hai đầu mút nằm trên hai đường tròn đáy. Tính khoảng cách từ đoạn thẳng đó đến trục hình trụ ĐS: a) * S xq = 2 π Rl = 5000 π (cm 2 ) * S tp = S xq + 2S đáy = 5000 π + 5000 π = 10000 π (cm 2 ) b) * V = 2 R hπ = 125000 π (cm 3 ) c) * O ’ H = 25(cm) Gv: Tr n Quang Thu n Tel: 0912.676.613 – 091.5657.952ầ ậ 9 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI =========================================================================== C. MẶT CẦU Bài 1: Cho tứ diện ABCD có DA = 5a và vuông góc với mp(ABC), ∆ ABC vuông tại B và AB = 3a, BC = 4a. a) Xác định mặt cầu đi qua 4 điểm A, B, C, D b) Tính bán kính của mặt cầu nói trên. Tính diện tích và thể tích của mặt cầu HD: a) * Gọi O là trung điểm của CD. * Chứng minh: OA = OB = OC = OD; * Chứng minh: ∆ DAC vuông tại A ⇒ OA = OC = OD = 1 2 CD (T/c: Trong tam giác vuông trung tuyến thuộc cạnh huyền bằng nửa cạnh ấy) * Chứng minh: ∆ DBC vuông tại B ⇒ OB = 1 2 CD * OA = OB = OC = OD = 1 2 CD ⇔ A, B, C, D thuộc mặt cầu S(O; 2 CD ) b) * Bán kính R = 2 CD = 1 2 2 2 AD AC+ = 1 2 Gv: Tr n Quang Thu n Tel: 0912.676.613 – 091.5657.952ầ ậ 10 O D C B A [...]... 2πa3 π R3 = π  *V= ÷= 3 3  2  3 Bài 2: Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD có tất cả các cạnh đều bằng a a) Xác định mặt cầu đi qua 5 điểm A, B, C, D, S b) Tính bán kính của mặt cầu nói trên Tính diện tích và thể tích của mặt cầu HD: a) Gọi O là tâm hình vuông (đáy) Chứng minh: OA = OB = OC = OD = OS a3 π 2 a 2 2π b) R = OA = ; S = 2a ; V = 3 2 Bài 3: Cho hình chóp S ABCD có đáy ABCD là hính vuông cạnh... B.h , trong đó B là diện tích ∆ABC, h = SH 3 1 a2 3 Trong tam giác đều SAC có AC = 2a ⇒ B = AB BC = 2 2 SH = 2a 3 =a 3 2 a3 Vậy V = (đvtt) 2 Bài tập3 Cho hình chóp đều S.ABCD có cạnh đáy bằng a, góc SAC bằng 45o a) Tính thể tích khối chóp b) Tính diện tích xung quanh của mặt nón ngoại tiếp hình chóp S.ABCD Giải: a) Gọi O là tâm của hình vuông ABCD ⇒ SO ⊥ (ABCD) 1 2 V = B.h, B = a 2 ; h = SO = OA tan... =========================================================================== Bài tập4: Cho hình lăng trụ tam giác đều ABC.A’B’C’ có tất cả các cạnh đều bằng a a) Tính thể tích khối lăng trụ ABC.A’B’C’ b) Tính diện tích của mặt trụ tròn xoay ngoại tiếp hình trụ Giải: a) Ta có V = B.h , trong đó B là diện tích đáy của lăng trụ, h là chiều cao lăng trụ Vì tam giác ABC đều, có cạnh bằng a nên B = ⇒ a2 3 h = AA’ = a 4 a3 3 (đvtt)... là R = AC ' a 3 = 2 2 c) Hai khối chóp trên là ảnh của nhau qua phép đối xứng mặt phẳng (ABC’D’) ⇒ đpcm BÀI TẬP ĐỀ NGHỊ 1) Cho hình chóp đều S.ABCD cậnh đáy bằng a, góc SAC bằng 600 a) Tính thể tích khối chóp b) Xác định tâm và tính bán kính mặt cầu ngoại tiếp 2) Cho hình chóp S.ABCD đáy là hình vuông cạnh a, SA bằng a và SA vuông góc đáy a) Tính thể tích khối chóp Gv: Tr ần Quang Thu ận 15 Tel: 0912.676.613... cạnh SA, tính diện tích xung quanh của khối nón tạo ra 3) Cho hình nón có đường cao bằng 12cm, bán kính đáy bằng 16cm a) Tính diện tích xung quanh của hình nón đó b) Tính thể tích của khối nón đó 4) Cho hình chóp đều S.ABC cạnh đáy a, mặt bên hợp đáy một góc 600 a) Tính thể tích khối chóp S.ABC b) Tìm tâm và tính bán kính mặt cầu ngoại tiếp hình chóp 5) Cho tứ diện OABC có OA = OB = OC =a và đôi một... = IS = IC(3) Từ (1), (2), (3) ta có I cách đều tất cả các đỉnh hình chóp nên I là tâm mặt cầu ngoại tiếp Gv: Tr ần Quang Thu ận 12 Tel: 0912.676.613 – 091.5657.952 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI =========================================================================== Bài tập2 Cho hình chóp S.ABC có đáy là tam giác ABC vuông tại B, AB = a, BC = a 3 Tam giác SAC đều và nằm trong mặt phẳng vuông góc với đáy... + b 2 + c2 * V = π 3  4   1 2 2 2 2 2 2 ÷ = π(a + b + c ) a + b + c ÷ 6  3 BÀI TẬP ÁP DỤNG: Bài tập1: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a, SA = a và SA vuông góc với đáy a) Tính thể tích khối chóp S.ABCD b) Chứng minh trung điểm I của cạnh BC là tâm mặt cầu ngoại tiếp hình chóp Bài giải: a) Áp dụng công thức V = h = SA = a ⇒ V = 1 Bh trong đó B = a2, 3 1 3 a ( đvtt) 3 b) Trong... OA = OB = OC = OD = OS = O A D B a C b) * R = SC 1 = 2 2 SC SC ⇔ S(O; ) 2 2 SA 2 + AB2 + BC2 = a 6 2 2 a 6 2 * S = 4π  ÷ = 6πa ;  2  3 4 a 6 3 * V = π ÷ = πa 6 3  2  Bài 4: Cho hình chóp S.ABC có 4 đỉnh đều nằm trên một mặt cầu, SA = a, SB = b, SC = c và ba cạnh SA, SB, SC đôi một vuông góc Tính diện tích mặt cầu và thể tích khối cầu được tạo nên bởi mặt cầu đó HD: Gv: Tr ần Quang Thu ận... r là bán kính đường tròn ngoại tiếp ∆ABC ⇒ r = l =AA’ =a nên diện tích cần tìm là a 3 a2 3 Sxq = 2π a = 2π 3 3 Bài tập5: Cho hình chóp S.ABC có SA = 2a và SA ⊥(ABC) Tam giác ABC vuông cân tại B, AB = a 2 a) Tính thể tích khối chóp S.ABC b) Tính bán kính mặt cầu ngoại tiếp hình chóp c) Gọi I và H lần lượt là trung điểm SC và SB Tính thể tích khối chóp S.AIH Giải: a) 1 V = B.h 3 B = S#ABC 1 2a3 2 =... =========================================================================== SC cầu là R = Ta có 2 AC = 2a 2 + 2 a 2 = 2 a SC = SA2 + AC 2 = 4 a 2 + 4 a 2 = 2a 2 ⇒ R = a 2 c) Áp dụng công thức VS AIH SI SH 1 1 a3 = = ⇒ VS AIH = VS ACB = VS ACB SC SB 4 4 6 Bài tập6: Cho hình lập phương ABCD.A’B’C’D’ cạnh a a) Tính thể tích khối lập phương b) Tính bán kính mặt cầu qua 8 đỉnh của lập phương c) Chứng minh hai khối chóp B’.ABD’ và D.C’D’B có bằng nhau Giải: a) V = a3 (đvtt) . Trong không gian cho tam giác vuông OAB tại O có OA = 4, OB = 3. Khi quay tam giác vuông OAB quanh cạnh góc vuông OA thì đường gấp khúc OAB tạo thành một hình. = 12 π Bài 2: Một hình nón có thiết diện qua trục là một tam giác đều cạnh 2a. a) Tính diện tích xung quanh và diện tích toàn phần của hình nón b) Tính