Cho hình chóp đều S.ABC có \(AB=a\), \(SB=2a\). Diện tích mặt cầu ngoại tiếp hình chóp S.ABC là:
Suy nghĩ và trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo sai1) Xác định tâm và bán kính mặt cầu ngoại tiếp tứ diện.
Xác định tâm mặt cầu
Gọi \(O\) là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác \(ABC\), do \(S.ABC\) là hình chóp đều nên \(SO\) là trục đường tròn ngoại tiếp tam giác \(ABC\).
Trong tam giác \(SOA\)dựng đường trung trực \(\Delta \) của cạnh bên \(SA\), \(\Delta \) cắt \(SO\) tại \(I\) và cắt \(SA\) tại trung điểm \(J\).
Ta có: \(\left\{ \begin{array}{l} I \in SO \Rightarrow IA = IB = IC\\ I \in \Delta \Rightarrow IA = IS \end{array} \right. \Rightarrow IA = IB = IC = IS\)
Vậy \(I\) là tâm của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp \(S.ABC\).
Tính bán kính mặt cầu
Gọi \(M=AO\cap BC\) thì \(M\) là trung điểm của \(BC\).
Ta có: \(AM=\frac{AB\sqrt{3}}{2}=\frac{a\sqrt{3}}{2}\)\(\Rightarrow AO=\frac{2}{3}AM=\frac{a\sqrt{3}}{3}\).
Trong tam giác vuông \(SOA\) ta có \(SO=\sqrt{S{{A}^{2}}-A{{O}^{2}}}=\sqrt{4{{a}^{2}}-\frac{3{{a}^{2}}}{9}}=\frac{a\sqrt{33}}{3}\)
Xét hai tam giác vuông đồng dạng \(SJI\) và \(SOA\) ta có:
\(\frac{SI}{SA}=\frac{SJ}{SO}\Rightarrow R=SI=\frac{S{{A}^{2}}}{2SO}=\frac{4{{a}^{2}}}{2.\frac{a\sqrt{33}}{3}}=\frac{2a\sqrt{33}}{11}\)
2) Tính diện tích mặt cầu và thể tích khối cầu
Diện tích mặt cầu là: \(S=4\pi {{R}^{2}}=4\pi {{\left( \frac{2a\sqrt{33}}{11} \right)}^{2}}=\frac{12\pi {{a}^{2}}}{11}\).