Câu hỏi
Cho hình chóp S.ABC có đáy ABC là tam giác đều cạnh bằng 1, mặt bên SAB là tam giác đều và nằm trong mặt phẳng vuông góc với đáy. Tính thể tích V của khối cầu ngoại tiếp hình chóp đã cho.
- A \(V = \dfrac{{5\sqrt {15} \pi }}{{54}}\).
- B \(V = \dfrac{{5\sqrt {15} \pi }}{{18}}\).
- C \(V = \dfrac{{5\pi }}{3}\).
- D \(V = \dfrac{{4\sqrt 3 \pi }}{{27}}\).
Phương pháp giải:
\(\left\{ \begin{array}{l}\left( P \right) \bot \left( Q \right)\\\left( P \right) \cap \left( Q \right) = d\\a \subset \left( P \right)\\a \bot d\end{array} \right.\,\, \Rightarrow a \bot \left( Q \right)\)
Lời giải chi tiết:
Gọi I là trung điểm của AB, G là trọng tâm tam giác SAB.
Tam giác SAB đều \( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}SI \bot AB\\SG = \dfrac{2}{3}SI = \dfrac{2}{3}.\dfrac{{a\sqrt 3 }}{2} = \dfrac{{a\sqrt 3 }}{3}\end{array} \right.\)
Ta có: \(\left\{ \begin{array}{l}\left( {SAB} \right) \bot \left( {ABC} \right)\\\left( {SAB} \right) \cap \left( {ABC} \right) = AB\\SI \subset \left( {SAB} \right)\\SI \bot AB\end{array} \right.\,\, \Rightarrow SI \bot \left( {ABC} \right)\)
Gọi H là trọng tâm tam giác ABC. Dựng điểm O sao cho \(\left\{ \begin{array}{l}OH//SI\\GO//IC\end{array} \right.\)
Khi đó, O là tâm mặt cầu ngoại tiếp hình chóp S.ABC.
Ta có: SAB, ABC là hai tam giác đều có chung cạnh AB, I là trung điểm của AB \( \Rightarrow SI = CI\)
\(IG = \dfrac{1}{3}SI,\,IH = \dfrac{1}{3}IC \Rightarrow IG = IH \Rightarrow IGOH\) là hình vuông \( \Rightarrow OG = IG = \dfrac{1}{3}SI = \dfrac{1}{3}.\dfrac{{a\sqrt 3 }}{2} = \dfrac{{a\sqrt 3 }}{6}\)
Tam giác SGO vuông tại G \( \Rightarrow SO = \sqrt {S{G^2} + G{O^2}} = \sqrt {\dfrac{{{a^2}}}{3} + \dfrac{{{a^2}}}{{12}}} = \dfrac{{a\sqrt {15} }}{6} \Rightarrow R = \dfrac{{a\sqrt {15} }}{6}\)
Tính thể tích V của khối cầu ngoại tiếp hình chóp đã cho là: \(V = \dfrac{4}{3}\pi {R^3} = \dfrac{4}{3}\pi {\left( {\dfrac{{a\sqrt {15} }}{6}} \right)^3} = \dfrac{{5{a^3}\sqrt {15} }}{{54}}\)
Chọn: A