Giải bài tập SBT Toán 12 Bài 3: Khái niệm về thể tích khối đa diện
eLib xin giới thiệu đến quý thầy cô giáo và các em học sinh nội dung giải bài tập bài Khái niệm về thể tích khối đa diện Toán 12. Tài liệu gồm 8 bài tập trang 18, 19 có phương pháp và hướng dẫn giải chi tiết cho từng bài sẽ giúp các em ôn tập thật tốt kiến thức, cũng cố kỹ năng làm bài tập hiệu quả. Mời các em cùng tham khảo.
Mục lục nội dung
Giải bài tập SBT Toán 12 Bài 3: Khái niệm về thể tích khối đa diện
1. Giải bài 1.10 trang 18 SBT Hình học 12
Cho khối chóp tam giác đều S.ABC có đáy là tam giác đều cạnh bằng a, các cạnh bên tạo với đáy một góc 60o. Hãy tính thể tích của khối chóp đó.
Phương pháp giải
- Tính chiều cao và diện tích tam giác đáy.
- Tính thể tích khối chóp theo công thức V=13ShV=13Sh
Hướng dẫn giải
Kẻ SH⊥(ABC)SH⊥(ABC). Đường thẳng AH cắt BC tại I.
Do S.ABC là hình chóp tam giác đều nên H là trọng tâm của ΔABCΔABC nên I là trung điểm BC.
Nên AI vừa là trung tuyến vừa là đường cao trong tam giác.
Tam giác ABI vuông tại I có AB=a,BI=a2AB=a,BI=a2
Theo Pitago ta có: AI=√AB2−BI2=√a2−(a2)2=a√32AI=√AB2−BI2=√a2−(a2)2=a√32
Do đó AH=23AI=23.a√32=√33a,AH=23AI=23.a√32=√33a,
Ta có: SH⊥(ABC)SH⊥(ABC) nên AH là hình chiếu của SA trên mp(ABC)
Do đó góc giữa SA và (ABC) là góc giữa SA và AH hay ^SAH=600ˆSAH=600
Tam giác SAH vuông tại H có SH=AH.tan600=√33a.√3=aSH=AH.tan600=√33a.√3=a
Thể tích khối chóp S.ABC là:
V=13SH.SABC=13SH.12AI.BCV=13SH.SABC=13SH.12AI.BC =13.a.12.a√32.a=√312a3=13.a.12.a√32.a=√312a3
2. Giải bài 1.11 trang 18 SBT Hình học 12
Cho khối chóp S.ABC có đáy là tam giác cân, AB = AC = 5a, BC = 6a và các mặt bên tạo với đáy một góc 60o. Hãy tính thể tích của khối chóp đó.
Phương pháp giải
- Dựng hình chiếu của S trên mặt đáy, từ đó xác định góc giữa các mặt bên và mặt đáy.
- Tính diện tích đáy, chiều cao dựa vào các kiến thức hình học đã biết.
- Tính thể tích khối chóp theo công thức V=13ShV=13Sh
Hướng dẫn giải
Kẻ SH ⊥ (ABC) và HA’, HB’ , HC’ lần lượt vuông góc với BC, CA, AB. Theo định lí ba đường vuông góc ta có SA′ ⊥ BC, SB′ ⊥ CA, SC′ ⊥ AB
Từ đó suy ra ^SA′H=^SB′H=^SC′H=600
Do đó các tam giác vuông SHA’ , SHB’ , SHC’ bằng nhau. Từ đó suy ra HA’ = HB’ = HC’ . Vậy H là tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC. Do tam giác cân ở A nên AH vừa là đường phân giác , vừa là đường cao, vừa là đường trung tuyến. Từ đó suy ra A, H, A’ thẳng hàng và A’ là trung điểm của BC.
Do đó, AA’2 = AB2 – BA’2 = 25a2 – 9a2 = 16a2
Vậy AA’ = 4a
Gọi p là nửa chu vi của tam giác ABC, r là bán kính đường tròn nội tiếp của nó.
Ta có: p=AB+BC+CA2=5a+6a+5a2=8a
SABC=12AA′.BC=12.4a.6a=12a2
Lại có SABC=pr⇒12a2=8a.r⇒r=32a
Tam giác SHA' vuông tại H có SH=HA′.tan600=3a2√3=3√32a
Thể tích khối chóp là V=13SABC.SH=13.12a2.3√32a=6√3a3
3. Giải bài 1.12 trang 18 SBT Hình học 12
Cho hình chóp tam giác S.ABC có đáy là tam giác vuông ở B. Cạnh SA vuông góc với đáy. Từ A kẻ các đoạn thẳng AD vuông góc với SB và AE vuông góc với SC. Biết rằng AB = a, BC = b, SA = c.
a) Hãy tính thể tích khối chóp S.ADE
b) Tính khoảng cách từ E đến mặt phẳng (SAB).
Phương pháp giải
a)
- Chứng minh SE⊥(ADE)
- Tính diện tích tam giác ADE và chiều cao SE.
- Tính thể tích khối chóp theo công thức V=13Sh
b)
- Tính diện tích tam giác SAD.
- Sử dụng công thức VSADE=13d.SSAD và kết quả câu a để suy ra d.
Hướng dẫn giải
a) Ta có {BC⊥SABC⊥AB⇒BC⊥(SAB)
Vì AD⊂(SAB) nên AD⊥BC
Mặt khác AD⊥SB nên AD⊥(SBC)
Từ đó suy ra AD⊥SC
{SC⊥AESC⊥AD⇒SC⊥(ADE)⇒SC⊥DE hay SE⊥(ADE)
Trong tam giác vuông SAB ta có: SA.AB=AD.SB⇒AD=AB.SASB=ac√a2+c2
Tương tự, trong tam giác vuông SAC ta có: AE=SA.ACSC=c√a2+b2√a2+b2+c2
Do AD⊥(SBC) nên AD⊥DE. Từ đó suy ra:
DE=√AE2−AD2=√c2(a2+b2)a2+b2+c2−a2c2a2+c2 =c2b√(a2+b2+c2)(a2+c2)
SE=√SA2−AE2=√c2−c2(a2+b2)a2+b2+c2 =c2√a2+b2+c2
Vậy
VS.ADE=13.12AD.DE.SE=16ac√a2+c2.c2b√(a2+b2+c2)(a2+c2).c2√a2+b2+c2
=abc56(a2+b2+c2)(a2+c2)
b)
Gọi d là khoảng cách từ E đến mặt phẳng (SAB)
Ta có: SD=√SA2−AD2=√c2−a2c2a2+c2=c2√a2+c2
VS.ADE=VE.SAD=13.12SD.AD.d =16.c2√a2+c2.ac√a2+c2.d =16.ac3a2+c2.d
Kết hợp với kết quả trong câu a ta suy ra d=bc2a2+b2+c2
4. Giải bài 1.13 trang 18 SBT Hình học 12
Chứng minh rằng tổng các khoảng cách từ một điểm bất kì trong một tứ diện đều đến các mặt phẳng của nó là một số không đổi.
Phương pháp giải
- Tính thể tích mỗi khối chóp đỉnh M và đáy là các tam giác đều.
- Tính tổng thể tích và suy ra tổng khoảng cách từ M đến các mặt bên.
Hướng dẫn giải
Ta có tứ diện đều ABCD, M là một điểm trong của nó. Gọi V là thể tích, S là diện tích mỗi mặt của tứ diện đều ABCD, hA, hB, hC, hD lần lượt là khoảng cách từ M đến các mặt (BCD), (CDA), (DAB), (ABC).
Ta có:
VM.BCD=13ShA,VM.CDA=13ShB, VM.DAB=13ShC,VM.ABC=13ShD
Khi đó ta có:
V=VMBCD+VMCDA+VMDAB+VMABC=13S(hA+hB+hC+hD)
⇒hA+hB+hC+hD=3VS
Mà V, S là các số không đổi nên hA+hB+hC+hD không đổi. (đpcm)
5. Giải bài 1.14 trang 18 SBT Hình học 12
Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A’B’C’D’ có AB = a, BC = 2a, AA’ = a. Lấy điểm M trên cạnh AD sao cho AM = 3MD.
a) Tính thể tích khối chóp M.AB’C
b) Tính khoảng cách từ M đến mặt phẳng (AB’C).
Phương pháp giải
a)
- Đổi vị trí đỉnh và đáy của khối chóp, đưa về khối chóp có chiều cao và đáy dễ tính toán.
- Tính thể tích theo công thức V=13Sh
b)
- Tính diện tích tam giác AB'C
- Dựa vào thể tích và diện tích của khối chóp M.AB'C suy ra khoảng cách theo công thức h=3VS
Hướng dẫn giải
a)
Ta có: VM.AB′C=VB′.ACM
SAMC=34SADC=34.12.2a2=3a24
Do đó VM.AB′C=VB′.ACM=13B′B.SAMC=13.3a24.a=a34
b)
Gọi h là khoảng cách từ M đến mặt phẳng (AB′C)
Khi đó VM.AB′C=13SAB′C.h=a34
Vì AC2=B′C2=5a2 nên tam giác ACB' cân tại C. Do đó, đường trung tuyến CI của tam giác ACB' cũng là đường cao.
Ta có:
CI2=CA2−AI2=5a2−(a√22)2 =5a2−a22=9a22
Do đó
CI=3a√2⇒SAB′C=12.3a√2.a√2=3a22
⇒h=3VS=3a34:3a22=a2
6. Giải bài 1.15 trang 19 SBT Hình học 12
Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A’B’C’D’ có AB = a, BC = b, AA’ = c. Gọi M và N theo thứ tự là trung điểm của A’B’ và B’C’. Tính tỉ số giữa thể tích khối chóp D’.DMN và thể tích khối hộp chữ nhật ABCD.A’B’C’D’
Phương pháp giải
- Đổi vị trí đỉnh và đáy của khối chóp, đưa về khối chóp có chiều cao và đáy dễ tính toán.
- Tính thể tích khối chóp theo công thức V=13Sh.
- Tính thể tích khối hộp chữ nhật. Từ đó suy ra tỉ số.
Hướng dẫn giải
Thể tích khối chóp D'.DMN bằng thể tích khối chóp D.D'MN
Ta có:
SA′B′C′D′=A′B′.B′C′=abSD′A′M=12A′D.A′M=12.b.a2=ab4SB′MN=12B′M.B′N=12.a2.b2=ab8SD′C′N=12C′D′.C′N=12.a.b2=ab4
SD′MN=SA′B′C′D′−(SD′A′M+SB′MN+SD′C′N)=ab−(ab4+ab8+ab4)=3ab8
Thể tích khối chóp VD′.DMN=13SD′MN.DD′=13.3ab8.c=abc8
Lại có VABCD.A′B′C′D′=abc⇒VD′.DMNVABCD.A′B′C′D′=18
7. Giải bài 1.16 trang 19 SBT Hình học 12
Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A’B’C’D’ có AB = a, BC = b, AA’ = c. Gọi E và F lần lượt là những điểm thuộc cạnh BB’ và DD’ sao cho BE=12EB′,DF=12FD′. Mặt phẳng (AEF) chia khối hộp chữ nhật ABCD.A’B’C’D’ thành hai khối đa diện (H) và (H’). Gọi (H’) là khối đa diện chứa đỉnh A’. Hãy tính thể tích của (H) và tỉ số thể tích của (H) và (H’).
Phương pháp giải
- Tính thể tích các khối đa diện, sử dụng phương pháp phân chia khối đa diện.
- Từ đó suy ra tỉ số.
Hướng dẫn giải
Gọi I=CC′∩(AEF)
Vì {(AEF)∩(ABB′A′)=AE(AEF)∩(CDD′C′)=FI(ABB′A′)//(CDD′C′) nên AE//FI
Tương tự AF//EI nên tứ giác AEIF là hình bình hành.
Trên cạnh CC' lấy điểm J sao cho CJ = DF.
Dễ thấy FJ//CD//AB, FI = CD = AB nên ABJF là hình bình hành => AF//BJ,AF = BJ
Suy ra EI//BJ, EI = BJ hay EBJI là hình bình hành => BE = JI
Từ đó suy ra IJ=EB=DF=JC=c3
Ta có
SBCIE=12(c+2c3)b=bc2; SDCIF=12(c+2c3)a=ac2
Nên V(H)=VA.BCIE+VA.DCIF=13.bc2.a+13.ac2.b=abc3
Lại có VABCD.A′B′C′D′=abc⇒V(H′)=23abc
⇒V(H)V(H′)=12
8. Giải bài 1.17 trang 19 SBT Hình học 12
Cho hình hộp ABCD.A’B’C’D’ . Gọi E và F lần lượt là trung điểm của B’C’ và C’D’. Mặt phẳng (AEF) chia hình hộp đó thành hai hình đa diện (H) và (H’), trong đó (H) là hình đa diện chứa đỉnh A’. Tính tỉ số giữa thể tích hình đa diện (H) và thể tích hình đa diện (H’).
Phương pháp giải
- Xác định thiết diện của hình hộp khi cắt bởi (AEF)
- Đặt thể tích khối hộp ABCD.A'B'C'D' là V
- Tính thể tích khối đa diện ( H ) bằng phương pháp phân chia khối đa diện.
Hướng dẫn giải
Trong (A′B′C′D′), gọi I, J lần lượt là giao điểm của EF với A'B' và A'D'.
Trong (ADD'A'), gọi M=AJ∩D′D
Trong (ABB′A′), gọi L=AI∩BB′
Khi đó thiết diện của hình hộp khi cắt bởi (AEF) là ngũ giác AMFEL.
Khi đó (H) là khối đa diện chứ đỉnh A' và V(H)=VA.A′IJ−VM.D′JF−VL.B′IE
Gọi V0 là thể tích khối tứ diện A.A'IJ. V là thể tích khối hộp ABCD.A'B'C'D'.
Vì EB' = EC' và B'I//C'F nên B′=FC′=A′B′2
Do đó IB′IA′=13
Mà BE'//A'J; B′L//AA′⇒ILIA=IEIJ=IB′IA′=13
⇒VI.ELB′VI.JAA′=ILIA.IEIJ.LEAJ=(13)3=127
Do đó VI.ELB′=127V0
Tương tự VJ.MFD′=127V0
Gọi A'B' = a,B'C' = b, đường cao hạ từ A xuống (A'B'C'D') là h thì IA′=32A′B′=3a2;A′J=32A′D′=3b2 và
V=VABCD.A′B′C′D′=SA′B′C′D′h=abh.sin^B′A′D′
V0=13SA′IJ.h =13.(12.3a2.3b2sin^B′A′D′)h =38abh.sin^B′A′D′
⇒V0V=38⇒V0=3V8
Vậy V(H)=V0−227V0=2527V0=2527.3V8=2572V
V(H′)=V−V(H)=4772V⇒V(H)V(H′)=2547
Các em hãy luyện tập bài trắc nghiệm Khái niệm về thể tích khối đa diện Toán 12 sau để nắm rõ thêm kiến thức bài học.
Tham khảo thêm
- doc Giải bài tập SBT Toán 12 Bài 1: Khái niệm về khối đa diện
- doc Giải bài tập SBT Toán 12 Bài 2: Khối đa diện lồi và khối đa diện đều