Câu hỏi
Cho tứ diện \(ABCD\) có \(CD = a\sqrt 2 \), \(\Delta ABC\) là tam giác đều cạnh \(a,\,\,\Delta ACD\) vuông tại \(A\). Mặt phẳng \(\left( {BCD} \right)\) vuông góc với mặt phẳng \(\left( {ABD} \right)\). Thể tích khối cầu ngoại tiếp tứ diện \(ABCD\) bằng:
- A \(\dfrac{{4\pi {a^3}}}{3}\)
- B \(\dfrac{{\pi {a^3}}}{6}\)
- C \(4\pi {a^3}\)
- D \(\dfrac{{\pi {a^3}\sqrt 3 }}{2}\)
Phương pháp giải:
Xét tam giác vuông \(ACD\) có: \(AD = \sqrt {C{D^2} - A{C^2}} = \sqrt {2{a^2} - {a^2}} = a\) \( \Rightarrow \Delta ABD\) cân tại \(A\).
Gọi \(H\) là trung điểm của \(BD \Rightarrow AH \bot BD\).
Ta có \(\left\{ \begin{array}{l}\left( {BCD} \right) \bot \left( {ABD} \right)\,\,\left( {gt} \right)\\\left( {BCD} \right) \cap \left( {ABD} \right) = BD\\\left( {ABD} \right) \supset AH \bot BD\end{array} \right. \Rightarrow AH \bot \left( {BCD} \right)\).
Tứ diện \(ABCD\) có \(AB = AC = AD = a \Rightarrow H\) là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác \(BCD\).
Mà \(H\) là trung điểm của \(BD \Rightarrow \Delta BCD\) vuông tại \(C \Rightarrow \) \(BD = \sqrt {B{C^2} + C{D^2}} = a\sqrt 3 \) và \(AH\) là trục của \(\left( {BCD} \right)\).
Gọi \(I\) là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác \(ABD \Rightarrow IA = IB = ID\) và \(I \in AH\).
\(I \in AH \Rightarrow IB = IC = ID \Rightarrow IA = IB = IC = ID \Rightarrow I\) là tâm mặt cầu ngoại tiếp tứ diện \(ABCD\).
Xét tam giác vuông \(ABH:\,\,AH = \sqrt {A{B^2} - B{H^2}} = \sqrt {{a^2} - {{\left( {\dfrac{{a\sqrt 3 }}{2}} \right)}^2}} = \dfrac{a}{2}\).
\( \Rightarrow {S_{ABD}} = \dfrac{1}{2}AH.BD = \dfrac{1}{2}.\dfrac{a}{2}.a\sqrt 3 = \dfrac{{{a^2}\sqrt 3 }}{4}\)\( \Rightarrow IA = R = \dfrac{{AB.AD.BD}}{{4{S_{\Delta ABD}}}} = \dfrac{{a.a.a\sqrt 3 }}{{4.\dfrac{{{a^2}\sqrt 3 }}{4}}} = a\).
Vậy \({V_{cau}} = \dfrac{{4\pi {a^3}}}{3}\).
Chọn A