Câu hỏi
Cho hình nón có chiều cao bằng \(\sqrt 2 \). Một mặt phẳng \(\left( \alpha \right)\) đi qua đỉnh hình nón và cắt hình nón theo một thiết diện là tam giác đều. Biết khoảng cách từ tâm của đáy hình nón đến mặt phẳng \(\left( \alpha \right)\) là \(\dfrac{2}{{\sqrt 3 }}\). Diện tích xung quanh của hình nón đã cho bằng:
- A \(\dfrac{{4\pi \sqrt 3 }}{3}\)
- B \(\dfrac{{8\pi \sqrt 3 }}{3}\)
- C \(8\pi \sqrt 3 \)
- D \(4\pi \sqrt 3 \)
Phương pháp giải:
- Xác định khoảng cách từ tâm mặt đáy hình nón đến \(\left( \alpha \right)\).
- Sử dụng định lí Pytago và hệ thức lượng trong tam giác vuông tính bán kính đáy \(r\) và đường sinh \(l\) của hình nón.
- Diện tích xung quanh của hình nón có kính đáy \(r\) và đường sinh \(l\) là: \({S_{xq}} = \pi rl\).
Lời giải chi tiết:
Gọi thiết diện của hình nón cắt bởi \(\left( \alpha \right)\) là tam giác đều \(SAB\) và \(I\) là tâm đáy của hình nón.
Gọi \(M\) là trung điểm của \(AB\) ta có \(IM \bot AB\).
Ta có: \(\left\{ \begin{array}{l}AB \bot IM\\AB \bot SI\end{array} \right. \Rightarrow AB \bot \left( {SIM} \right)\).
Trong \(\left( {SIM} \right)\) kẻ \(IH \bot SM\,\,\left( {H \in SM} \right)\) ta có: \(\left\{ \begin{array}{l}HI \bot AB\,\,\left( {AB \bot \left( {SIM} \right)} \right)\\IH \bot SM\end{array} \right.\) \( \Rightarrow IH \bot \left( {SAB} \right)\).
\( \Rightarrow d\left( {I;\left( {SAB} \right)} \right) = IH = \dfrac{2}{{\sqrt 3 }}\).
Áp dụng hệ thức lượng trong tam giác vuông \(SIM\) ta có:
\(\dfrac{1}{{M{I^2}}} = \dfrac{1}{{I{H^2}}} - \dfrac{1}{{S{I^2}}} = \dfrac{3}{4} - \dfrac{1}{2} = \dfrac{1}{4} \Rightarrow MI = 2\).
Áp dụng định lí Pytago trong tam giác vuông \(SIM\) ta có: \(SM = \sqrt {S{I^2} + M{I^2}} = \sqrt {2 + 4} = \sqrt 6 \).
Vì \(SM\) là đường cao trong tam giác đều \(ABC\) nên \(SM = \dfrac{{AB\sqrt 3 }}{2} \Rightarrow AB = \dfrac{{2SM}}{{\sqrt 3 }} = 2\sqrt 2 = SA = l\).
\( \Rightarrow AM = \dfrac{1}{2}AB = \sqrt 2 \).
Áp dụng định lí Pytago trong tam giác vuông \(AIM\) ta có: \(r = IA = \sqrt {I{M^2} + A{M^2}} = \sqrt {4 + 2} = \sqrt 6 \).
Vậy diện tích xung quanh của hình nón là: \({S_{xq}} = \pi rl = \pi .\sqrt 6 .2\sqrt 2 = 4\pi \sqrt 3 \).
Chọn D.