Câu hỏi
Cho tứ diện \(ABCD\), trên các cạnh \(BC\), \(BD\), \(AC\) lần lượt lấy các điểm \(M\), \(N\), \(P\) sao cho \(BC = 3BM\), \(BD = \dfrac{3}{2}BN\), \(AC = 2AP\). Mặt phẳng \(\left( {MNP} \right)\) chia khối tứ diện \(ABCD\) thành hai phần có thể tích là \({V_1}\), \({V_2}\). Tính tỉ số \(\dfrac{{{V_1}}}{{{V_2}}}\).
- A \(\dfrac{{{V_1}}}{{{V_2}}} = \dfrac{{26}}{{13}}\)
- B \(\dfrac{{{V_1}}}{{{V_2}}} = \dfrac{{26}}{{19}}\)
- C \(\dfrac{{{V_1}}}{{{V_2}}} = \dfrac{3}{{19}}\)
- D \(\dfrac{{{V_1}}}{{{V_2}}} = \dfrac{{15}}{{19}}\)
Phương pháp giải:
- Xác định thiết diện của tứ diện khi cắt bởi \(\left( {MNP} \right)\).
- Phân chia các khối đa diện thành cách khối chóp tam giác có thể tính được tỉ số thê tích.
- Tính các tỉ số đoạn thẳng, suy ra tỉ số thể tích các khối chóp tam giác theo định lý tỉ số thể tích.
Lời giải chi tiết:
Gọi \({V_{ABCD}} = V\), \(I = MN \cap CD\), \(Q = IP \cap AD\) ta có \(Q = AD \cap \left( {MNP} \right)\)
Thiết diện của tứ diện \(ABCD\) được cắt bởi mặt phẳng \(\left( {MNP} \right)\) là tứ giác \(MNQP\).
Áp dụng định lí Menelaus trong các tam giác \(BCD\) và \(ACD\) ta có:
\(\dfrac{{NB}}{{ND}}.\dfrac{{ID}}{{IC}}.\dfrac{{MC}}{{MB}} = 1\) \( \Rightarrow \dfrac{{ID}}{{IC}} = \dfrac{1}{4}\) và \(\dfrac{{ID}}{{IC}}.\dfrac{{PC}}{{PA}}.\dfrac{{QA}}{{QD}} = 1\) \( \Rightarrow \dfrac{{QA}}{{QD}} = 4\).
Áp dụng bài toán tỉ số thể tích của hai khối chóp tam giác, ta có:
\(\dfrac{{{V_{ANPQ}}}}{{{V_{ANCD}}}}\)\( = \dfrac{{AP}}{{AC}}.\dfrac{{AQ}}{{AD}}\)\( = \dfrac{2}{5}\)\( \Rightarrow {V_{ANPQ}} = \dfrac{2}{5}{V_{ANCD}} = \dfrac{2}{5}.\dfrac{{ND}}{{BD}}.{V_{ABCD}}\)\( = \dfrac{2}{5}.\dfrac{1}{3}V = \dfrac{2}{{15}}V\).
Suy ra \({V_{N.PQDC}} = \dfrac{1}{3}V - \dfrac{2}{{15}}V\)\( = \dfrac{1}{5}V\).
Và \(\dfrac{{{V_{CMNP}}}}{{{V_{CBNA}}}}\)\( = \dfrac{{CM}}{{CB}}.\dfrac{{CP}}{{CA}}\)\( = \dfrac{1}{3}\)\( \Rightarrow {V_{CMNP}} = \dfrac{1}{3}{V_{CBNA}}\)\( = \dfrac{1}{3}.\dfrac{2}{3}{V_{ABCD}} = \dfrac{2}{9}V\).
Suy ra \({V_2} = {V_{N.PQDC}} + {V_{CMNP}} = \dfrac{{19}}{{45}}V\). Do đó \({V_1} = V - {V_2}\)\( = \dfrac{{26}}{{45}}V\). Vậy \(\dfrac{{{V_1}}}{{{V_2}}} = \dfrac{{26}}{{19}}\).
Chọn B.