Tài liệu Rèn luyện kỹ năng giải bài toán tính thể tích khối đa diện cho học sinh thpt

A. ĐẶT VẤN ĐỀ I.Lí do chọn đề tài Trong chương trình giáo dục phổ thông thì môn toán được nhiều học sinh yêu thích và say mê, nhưng nói đến môn hình học thì lại mang nhiều khó khăn và trở ngại cho không ít học sinh, thậm trí ta có thể dùng từ “sợ” học. Đặc biệt là hình học không gian tổng hợp. Một trong những nội dung quan trọng của hình học không gian tổng hợp đó là tính thể tích khối đa diện. Đây là một nội dung khó vì liên quan đến nhiều kiến thức ở chương trình hình học lớp 11 và yêu cầu học sinh phải tư duy linh hoạt, khả năng phân tích tổng hợp và tưởng tượng. Nhưng là phần rất quan trọng có trong cấu trúc đề thi tốt nghiệp, cao đẳng, đại học và thường xuyên xuất hiện trong các đề thi tuyển chọn học sinh giỏi và có khả năng phát triển tư duy cho sinh. Qua thực tế một số năm giảng dạy khối 12 ở Trường THPT Lê Văn Linh, tôi thấy học sinh khi học phần này thường rất lúng túng không định hướng được cách tính thể tích và hay mắc phải số sai lầm. Nguyên nhân là do các em không nắm vững lí thuyết, việc luyện tập còn ít. Là một giáo viên dạy toán, bản thân tôi luôn đặt ra câu hỏi? dạy như thế nào để học sinh dễ tiếp thu, nắm chắc kiến thức, vận dụng tốt vào giải toán, và phù hợp với nhiều đối tượng. Đó là vấn đề mà tôi luôn trăn trở và tìm tòi trong quá trình giảng dạy và mong muốn được trao đổi với các thầy cô giáo đồng nghiệp. Nhằm giúp học sinh vượt qua khó khăn, trở ngại đó và ngày càng yêu thích môn toán hơn tôi mạnh dạn chọn đề tài “ Rèn luyện kỹ năng giải bài toán tính thể tích khối đa diện cho học sinh THPT”. II. Mục đích của đề tài * Nhằm giúp các em học sinh có được phương pháp phù hợp khi giải bài toán tính thể tích khối đa diện, tránh những sai sót phổ biến khi học phần này. 1 * Góp phần đổi mới phương pháp giảng dạy lấy học sinh làm trung tâm, phát huy tính chủ động, tích cực, sáng tạo của học sinh. * Giúp các em có niềm đam mê khi học toán, bồi dưỡng khả năng tự học , tự suy luận, phát triển tư duy tưởng tượng, phát huy tính sáng tạo, nhằm phát triển tư duy toán học cho học sinh. * Là tài liệu cho cho học sinh và các đồng nghiệp tham khảo. III. Nhiệm vụ của đề tài * Đưa ra hệ thống lí thuyết và các công thức có liên quan đến bài toán tính thể tích khối đa diện. * Các phương pháp tính thể tích khối đa diện. * Một số sai lầm mà học sinh thường mắc phải. * Đưa ra một số bài tập tham khảo. IV. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Học sinh lớp 12A, 12B – Năm học 2012 - 2013 của Trường THPT Lê Văn Linh. V. Phương pháp nghiên cứu: - Qua nghiên cứu tài liệu: Đọc kỹ sách giáo khoa, sách tham khảo có liên quan. - Qua kinh nghiệm giảng dạy tại trường THPT Lê Văn Linh. - Điều tra tình hình học sinh khi làm bài. - Dùng phương pháp kiểm nghiệm học sinh thông qua việc ra đề kiểm tra. - Qua trao đổi và học hỏi các thầy cô giáo trong trường và đồng nghiệp. B. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2 I.Cơ sở lí luận: 1. Khái niệm khối đa diện: Khối đa diện là phần không gian được giới hạn bởi một hình đa diện, kể cả hình đa diện đó. 2. Khái niệm về thể tích khối đa diện: Thể tích khối đa diện (H) là một số thực dương, kí hiệu V(H) và thỏa mãn các tính chất sau: +) Nếu (H) là 1 khối lập phương có cạnh bằng 1 thì V(H) = 1. +) Nếu hai khối đa diện (H1) và (H2) bằng nhau thì V( H1 ) = V( H 2 ) . +) Nếu khối đa diện (H) được phân chia thành hai khối đa diện (H1) và (H2) thì V(H) = V( H1 ) + V( H 2 ) . * Chú ý: Khối lập phương có cạnh bằng 1 được gọi là khối lập phương đơn vị. 3. Các công thức tính thể tích khối đa diện: 3.1 Thể tích khối lăng trụ: Thể tích khối lăng trụ có diện tích đáy B và chiều cao h là: V = Bh. * Chú ý:1, Trong trường hợp đặc biệt nếu khối đa diện là khối hộp chữ nhật hoặc khối lập phương thì: +) Thể tích khối hộp chữ nhật có ba kích thước a, b, c là: V = abc. +) Thể tích khối lập phương có cạnh bằng a la: V= a3. 2, B: Diện tích đáy, h: chiều cao( là khoảng cách giữa hai đáy). 3.2 Thể tích khối chóp: Thể tích khối chóp có diện tích đáy B và chiều cao h là: 1 Bh. 3 * Chú ý: B: diện tích đáy, h: chiều cao( là khoảng cách từ đỉnh tới đáy) 4. Các kiến thức có liên quan 4.1 Góc giữa hai đường thẳng trong không gian a và b: Là góc giữa hai đường V= thẳng a’ và b’ cùng đi qua một điểm và lần lượt song sng với a và b. Chú ý: Để xác định góc giữa hai đường thẳng a và b ta có thể lấy điểm O thuộc một trong hai đường thẳng đó rồi vẽ một đường thẳng song song với đường thẳng còn lại. 4.2 Góc giữa đường thẳng và mặt phẳng: Góc giữa đường thẳng d và mặt phẳng (α) là góc giữa d và hình chiếu d’ của nó trên (α) 3 Chú ý: * Nếu d vuông góc với mp(α) thì ta nói rằng góc giữa d và (α) bằng 900. * Nếu d không vuông góc với (α) và cắt (α) tại điểm O thì ta xác định góc giữa d và (α) như sau: +) Ta lấy một điểm A tùy ý trên d khác với điểm O. +) Xác định hình chiếu vuông góc của A lên (α) là điểm H. ˆ +) Khi đó góc giữa d và (α) là φ và   AOH 4.3 Góc giữa hai mặt phẳng: Là góc giữa hai đường thẳng lần lượt vuông góc với hai mặt phẳng đó. Chú ý: Cách xác định góc giữa hai mặt phẳng cắt nhau (α) và (β) +) Xác định giao tuyến c của hai mặt phẳng. +) Chọn điểm I trên giao tuyến c , từ điểm I ta dựng trong (α) đường thẳng a và trong (β) đường thẳng b cùng vuông góc với c. +) Khi đó góc giữa hai mặt phẳng là góc giữa hai đường thẳng a và b. 4.4 Khoảng cách: +) Khoảng cách từ một điểm O đến một đường thẳng a là độ dài đoạn OH( H là hình chiếu vuông góc của O lên a). +) Khoảng cách từ một điểm O đến một mặt phẳng (α) là độ dài đoạn OH ( trong đó H là hình chiếu vuông góc của O lên (α). Chú ý: Cách tìm điểm H : Chọn mp(β) chứa O, vuông góc với (α) và cắt (α) theo giao tuyến d. Trong (β) từ O dựng đường thẳng vuông góc với d tại H. Khi đó H là hình chiếu vuông góc của O lên (α). +) Khoảng cách giữa đường thẳng a và mặt phẳng (α) song song là khoảng cách từ một điểm bất kì của a đến mặt phẳng (α). +) Khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song là khoảng cách từ một điểm bất kì của mặt phẳng này đến mặt phẳng kia. +) Khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau a và b là độ dài đoạn MN ( M �a, N �b, MN  a, MN  b). Chú ý: Khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau bằng khoảng cách giữa một trong hai đường thẳng đó đến mặt phẳng song song với nó và chứa đường thẳng còn lại, bằng khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song lần lượt chứa hai đường thẳng đó. II.Thực trạng của vấn đề: 4 +) Câu hình học không gian có trong các đề thi và thường là khó đối với học sinh mặc dù đây chưa phải là câu khó trong đề thi. +) Học sinh có tâm lí chung là ngại học hình, đặc biệt là hình học không tổng hợp trong đó phải nói đến phần tính thể tích khối đa diện. +) Đối với học sinh Trường THPT Lê Văn Linh thì chất lượng đầu vào thấp hơn so với một số trường của huyện. Dẫn đến nhiều khó khăn cho giáo viên khi dạy học phần này. +) Thực tế thời gian học chính khóa dành cho phần này rất ít, với chương trình chuẩn hình học 12 chỉ phân phối có 2 tiết lí thuyết và 1 tiết bài tập. Sách giáo khoa mới chỉ nêu công thức tính thể tích, nêu một ví dụ và đưa ra một số bài tập. +) Học sinh không nắm vững lí thuyết, thời gian luyện tập ít. Chính vì thế nên khi gặp bài toán tính thể tích khối đa diện đa số học sinh rất lúng túng khi làm bài, chưa phân loại và định hướng được cách giải, hoặc mắc phải một số sai lầm. Dẫn đến kết quả thi kiểm tra ở lớp ở trường, thi đại học rất thấp. III. Giải pháp và tổ chức thực hiện. Dạng 1: Tính trực tiếp Tính đường cao và diện tích đáy. Sau đó áp dụng công thức để tính thể tích khối đa diện. Áp dụng công thức: +) Thể tích của khối chóp được tính theo công thức : V = B.h trong đó : B là diện tích đáy, h là chiều cao của hình chóp( tức là khoảng cách từ đỉnh của hình chóp tới mặt phẳng đáy) +) Thể tích của khối lăng trụ là: V = B. h 5 trong đó : B là diện tích đáy, h là chiều cao của hình lăng trụ ( là khoảng cách giữa 2 đáy) Việc áp dụng công thức thông thường yêu cầu: a) Xác định đường cao ( có thể bài toán cho sẵn đường cao, hoặc có thể phải dựng, hoặc có khi phải kẻ đường cao phụ,…) b)Tính độ dài đường cao và diện tích mặt đáy. *Để xác định đường cao ta lưu ý :  Hình chóp đều có chân đường cao trùng với tâm của đáy nên chiÒu cao cña h×nh chãp lµ kho¶ng c¸ch tõ ®Ønh ®Õn t©m cña ®¸y.  Hình chóp có các cạnh bên bằng nhau thì chân đường cao trùng với tâm đường tròn ngoại tiếp mặt đáy.  Hình chóp có cạnh bên vuông góc với đáy thì chiều cao của hình chóp là độ dài cạnh bên đó  Hình chóp có các mặt bên cùng tạo với đáy những góc bằng nhau thì chân đường cao chính là tâm đường tròn nội tiếp mặt đáy.  Hình chóp có một mặt bên vuông góc với đáy thì chân đường cao nằm trên giao tuyến của mặt phẳng đó và đáy.  Hình chóp có hai mặt bên cùng vuông góc với đáy thì đường cao nằm trên giao tuyến của hai mp đó.  Hình lăng trụ : chiều cao là khoảng cách từ 1 đỉnh tới mặt đáy còn lại nên tương tự như hình chóp. * Để tính độ dài đường cao ta thường áp dụng:  Các hệ thức lượng trong tam giác: Định lí Cosin, Sin,.. đặc biệt là các hệ thức lượng trong tam giác vuông.  Dựa vào định lí Talets,… *Để tính diện tích mặt đáy cần lưu ý: Đáy là một trong các hình sau thì diện tích được tính như sau: 6 +)  ABC vuông tại A thì S = AB. AC = AH. BC ( AH là đường cao) , +) ABC đều cạnh a thì S = , +) ABCD là hình vuông cạnh a thì S = a2, +) ABCD là hình chữ nhật cạnh a, b thì S = a.b, +) ABCD là hình thoi thì S = AC. BD , … Sau đây là một số hình vẽ minh họa cho các hình đặc biệt: S Hình chóp tam giác đều A C H B Hình chóp tứ giác đều S D C H A B S H×nh chãp cã mét mÆt bªn (SBC) vu«ng gãc víi mÆt ®¸y B C H 7 A S H×nh chãp cã hai mÆt bªn kÒ nhau (SAC) vµ (SAB) vu«ng gãc víi ®¸y. SA lµ ®êng cao. C A B Ví dụ 1: Cho hình chóp S.ABC, đáy ABC là tam giác vuông có cạnh huyền BC=2a , góc . Các cạnh bên của hình chóp hợp với đáy những góc bằng nhau và bằng . Tính thể tíchcủa khối chóp. * Phân tích: Bài toán này rất ngắn gọn, giả thiết của bài toán ít , tuy nhiên giả thiết thứ 2 khó xác định hơn, đòi hỏi học sinh phải có kĩ năng xác định góc giữa đường thẳng và mặt phẳng. Yêu cầu của bài toán tính thể tích của khối chóp tam giác: Học sinh phải xác định đường cao, tính diện tích tam giác đáy, áp dụng đúng công thức. Lời giải: Trước hết gọi H là hình chiếu vuông góc của S xuống mp(ABC), hình chóp đã cho �  SBH �  SCH �   nên từ có các cạnh bên hợp với đáy những góc bằng nhau � SAH đó suy ra rằng HA=HB=HC, tức là chân đường cao H phải trùng với tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC. 8 Mặt khác ABC là tam giác vuông tại A, nên H chính là trung điểm của cạnh S huyền BC. Dựa vào hình vẽ này ta có BC=2a, C H 1 1 SH  a. tan  � V  SH .S ABC  .(a tan  ).( a 2 sin 2 ); 3 3 Do đó: V = B S a 3 .tan  .sin 2 3 A *Nhận xét: Ở bài này học sinh rất dễ mắc phải sai lầm sau C: J B Kẻ SH  mp(ABC) ( hình vẽ), �  SBH �  SCH �   , như vậy nhìn vào ta có: SAH hình vẽ học sinh không tính được SH, do không định H K I A vị được điểm H. Hình vẽ trên sai do học sinh không vận dụng hết các điều đã cho trong giả thiết ( các cạnh bên tạo với đáy một góc bằng nhau và đáy là tam giác vuông ). Do đó nó không gợi ý một sự liên hệ nào có thể giúp chúng ta thực hiện được việc tính toán. Chú ý: Nếu các cạnh bên tạo với đáy các góc bằng nhau thì chân đường cao chính là tâm đường tròn ngoại tiếp đa giác đáy. Ví dụ 2: Cho hình chóp S.ABCD, đáy ABCD là hình thoi với các đường chéo AC=4a, BD=2a, đường cao SO=h=2a của hình chóp có chân O là giao điểm của AC và BD. Mặt phẳng qua A và vuông góc với SC cắt SB, SC, SD lần lượt tại B', C', D'. 9 Khi đó hãy tính thể tích của S. AB'C'D'. * Phân tích: Bài toán này các giả thiết đầu xác định được ngay trên hình, tuy nhiên giả thiết cuối cùng đòi hỏi học sinh phải xác định các điểm B’, C’, D’ cho đúng, Vẽ hình thì phải vẽ đáy là hình bình hành, lấy tâm O, từ O dựng đường vuông góc với mặt đáy, trên đường thẳng đó lấy S, nối S với các đỉnh. Đây là bài toán tính thể tích của khối chóp tứ giác, vẽ hình xong thì có thể gợi ý cho học sinh nhiều cách tính tuy nhiên lựa chọn cách nào cho đơn giản nhất. Sau khi phân tích ta chọn cách tính trực tiếp, xác định h và B * Lời giải : Do SC (AB’C’D’) nên đường cao của hình chóp S. AB'C'D' là SC’ và đáy là AB’C’D’. SAC cân có đường cao SO = 2a của SC => SC’ = = => = 2a. Tính diện tích đáy : Tứ giác AB’C’D’ có AC’ nên S = dt(AB'C'D')= SAC đều .Vậy C' là trung điểm B’D’ 1 AC '.B ' D ' . 2 AC' là đường cao trong tam giác đều SAC cạnh 4a nên AC’= 2a Gọi K là giao điểm của các đường chéo, ta có: 10 S C' D' D K C B' O A B Mặt khác do K là trực tâm của SAC nên K là trọng tâm của tam giác SAC TA có (AB’C’D’) Do đó: B'D' =BD. SC, BD SC => DB // B’D’ SK 2 4a  BD  SO 3 3 1 4a 2 3 Vậy dt(AB'C'D')= AC '.B ' D '  . 2 3 Vậy thể tích của khối chóp cần tính là: V =  8a 3 3 . 9 *Nhận xét: Ở bài này học sinh thường mắc phải một số sai lầm sau: Vẽ hình sai, thường là học sinh lấy điểm B’, C’, D’ tùy ý vì không nắm chắc giả thiết của bài toán. VS . ABCD SA SB SC SD  . . . Thứ 2 là học sinh sẽ sử dụng công thức : VS . A'B'C 'D' SA' SB ' SC ' SD ' Tính thể tích của khối chóp S.ABCD , các tỉ số trên , từ đó học sinh suy ra thể tích của khối chóp S.AB’C’D’ Những sai lầm trên đây là do thiếu một số hiểu biết cần thiết trong việc vẽ một số hình quen thuộc, và do học sinh không nắm vững lí thuyết. 11 Công thức trên chỉ đúng đối với khối chóp tam giác, trong khi đó học sinh lại áp dụng đối với khối chóp tứ giác. Bài này học sinh muốn sử dụng công thức này phải chia khối chóp thành 2 khối chóp tam giác. Ví dụ 3: ( Đề thi Đại học khối A - 2010) Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình vuông cạnh a. Gọi M, N lần lượt là trung điểm của các cạnh AB, AD; H là giao điểm của CN và MD. Biết SH vuông góc với mp(ABCD) và SH = . Tính thể tích khối chóp S.CDMN. * Phân tích: Gỉa thiết và kết luận của bài toán rất cụ thể và dễ xác định. Chỉ lưu ý học sinh khi vẽ hình: vẽ đáy là hình bình hành, lấy M, N, xác định giao điểm H, Từ H dựng đường thẳng vuông góc với đáy trên đó lấy điểm S, nối S với các đỉnh. Yêu cầu: Đây là bài toán tính thể tích khối chóp tứ giác, cần xác định chiều cao và đáy S * Lời giải: Do SH ⟘ (ABCD) , suy ra SH là chiều cao của hình cóp S.CDMN SCDMN = SABCD– SAMN – SBCM 2 =a Vậy V = A M B N D H C 12 Ví dụ 4: Cho lăng trụ tam giác đều ABCA'B'C' có cạnh đáy bằng a, đường chéo BC' của mặt bên (BCC'B') hợp với mặt bên (BAA'B') một góc . Tính thể tích khối lăng trụ. *Phân tích: Bài toán đơn giản, giả thiết ít, tuy nhiên xác định giả thiết thứ 2 học sinh phải có kĩ năng xác định góc giữa đường và mặt phẳng. Yêu cầu của bài toán: Đây là bài toán tính thể tích khối lăng trụ tam giác đều, đáy là tam giác đều, chiều cao là độ dài cạnh bên, từ đó ta có lời giải sau. *Lời giải : Xác định được góc giữa đường thẳng BC’ và ((BAA'B'). Theo định nghĩa góc giữa đường thẳng và mặt phẳng ta phải tìm góc giữa đường thẳng với hình chiếu của nó trên mặt phẳng và việc đầu tiên là phải xác định hình chiếu của BC' trên mặt phẳng (BAA'B'). Để xác định hình chiếu của BC' A' C' I trên mặt phẳng (BAA'B') ta xác định hình chiếu của điểm C' lên mặt phẳng (BAA'B'). B' Ta để ý đến trung điểm I của cạnh A'B'. Lăng trụ ABC.A'B'C' là lăng trụ đều nên BB'  mp(A'B'C') A C => BB'  IC' (1). Tam giác A'B'C' là tam giác đều nên B A'B'  IC' (2). Từ (1) và (2) ta suy ra : IC' mp(BAA'B') hay I là chân đường vuông góc kể từ C' đến mp(BAA'B'), nghĩa là BI là hình chiếu của BC' trên mp(BAA'B'). Vậy �' BI   , từ đó ta có: C 13 C 'I  a 3 C 'I a 3 ; BC '   2 sin  2sin  2 �a 3 � 2 a2 BB '  BC '  B ' C '  �  a  (3  4sin 2  ) � 2 �2sin  � 4sin  � � 2 2 2 Suy ra: BB '  a 3  4 sin 2  2sin  Thay vào ta được: V  3sin  . sin 3  a3 8 *Nhận xét: Học sinh thường mắc phải sai lầm sau: Xác định góc giữa đường thẳng BC’ và (BAA'B'), vì thế dẫn đến tính toán sai, cụ thể : Nối BA'. Góc giữa đường chéo BC' với mặt bên (BAA'B') là góc C�' BA ' . Vậy ta có: C�' BA '   . A' a C' B' C A B Xét A’BC’ ta có: BC ' a  sin A ' sin  . Vì BC '  BA ' � A ' BC ' cân. Từ đó suy ra: BC '  a sin A '  sin  a sin a2 Vậy CC' =BC' -BC = 4sin 2  2 2 2 2 (1800   ) a 2   sin  2sin 2 a  2 a2 4sin 2  2 (1  4sin 2  ) 2 14 Suy ra : Vậy V Đáp số: CC '  a 2sin  2 1  4sin 2  2 a2 3 a  . 1  4sin 2 4 2sin  2; 2 V a2 3 a  . 1  4sin 2 4 2sin  2. 2 Nhận xét : Sai lầm chính của lời giải trên đây là việc xác định góc giữa đường thẳng BC' với mặt phẳng (BAA'B') không đúng . Để khắc phục sai lầm này thì yêu cầu học sinh nhắc lại các bước tìm góc giữa đường thẳng và mặt phẳng. *Lưu ý: Nếu lăng trụ đứng thì chiều cao của hình chóp là độ dài cạnh bên, Nếu khối hộp chữ nhật có 3 kích thước a, b, c thì V = a.b.c Nếu khối lập phương cạnh a thì V = a3 Ví dụ 5: Cho hình hộp ABCD.A'B'C'D' có 6 mặt đều là những hình thoi và cạnh đều bằng a, hình thoi có góc đỉnh A bằng 600. Tính thể tích hình hộp. * Phân tích :Bài toán này giả thiết xác định đơn giản, Yêu cầu bài toán tính thể tích khối hộp: lăng trụ này có đáy là hình thoi, còn lại phải xác định chiều cao của hình hộp. Từ giả thiết của bài toán, phân tích dự đoán, xác định đúng chân đường vuông góc. * Lời giải : D' 1) Kẻ A'H  mp(ABCD), dễ thấy rằng các tam giác AA'D, AA’B, A’DB và C' BAD đều nên tứ diện A'ABD là tứ diện đều, do đó H trùng với tâm của tam giác A' B' đều ABD. D C O 15 H A B HA  2 2a 3 a 3 AO   3 3 2 3 2 �a 3 � 6a 2 A ' H  A ' A  HA  a  � . Suy ra �3 � � � � 9 2 2 h  A'H  a 6 3 2 Vậy V  h.S ABCD  2. 2 a 2 3 a 6 a3 2 .  . 4 3 2 * Nhận xét: Ở bài này học sinh thường vẽ hình sai, do xác định chân đường vuông góc H sai vị trí và dẫn đến không định hướng được cách tính đoạn A’H . Ví dụ 6: ( Đề thi đại học khối B - 2010) Cho hình lăng trụ tam giác đều ABC.A’B’C’ có AB= a, góc giữa hai mặt phẳng (A’BC) và (ABC) bằng 600. Gọi G là trọng tâm tam giác A’BC. Tính thể tích khối lăng trụ đã cho và tính bán kính mặt cầu ngoại tiếp tứ diện GABC theo a .  Phân tích: GT của bài toán yêu cầu học xác định đúng góc giữa 2 mặt phẳng: Xác định giao tuyến của 2 mp, chọn 2 đường thẳng nằm trong 2 mp lần lượt vuông góc với giao tuyến tại 1 điểm trên giao tuyến , từ đó suy ra góc giữa 2 mp. Yêu cầu của bài toán: ở yêu cầu thứ nhất thì học sinh cần phải xác định được đường cao của lăng trụ. Yêu cầu thứ 2 thì học sinh phải nhớ được cách xác định tâm mặt cầu ngoại tiếp hình chóp tam giác: xác định trục của đường tròn ngoại tiếp tam giác đáy, xác định trung trực của 1 cạnh bên, cắt nhau tại đâu thì đó là tâm mặt cầu ngoại tiếp tứ diện. Tính bán kính là khoảng cách từ 1 đỉnh tới tâm.  Lời giải:+) Thể tích khối lăng trụ: (A’BC) và (ABC) có giao tuyến là BC. Gọi D là trung điểm của BC, 16 A’ ta có: BC ⟘ AD , theo định lí 3 đường vuông góc , suy ra BC ⟘ A’D. Suy ra góc giữa 2 mp này là góc ADA’bằng 600. Ta có V = AA’. SABC , SABC = Vậy V = , AA’ = AD. tan C’ B’ G = . C D E A H +) Bán kính mặt cầu ngoại tiếp tứ diện GABC B Gọi H là trọng tâm tam giác ABC, suy ra: GH // AA’ Suy ra GH ⟘ (ABC), suy ra GH là trục đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC. Gọi E là trung điểm của AG. Trung trực của AG cắt GH tại I, suy ra I là tâm đường tròn ngoại tiếp tứ diện GABC. Ta có R = GI = GH = , AH = , , GA2 = GH2 + AH2 = Do đó R = , , Ví dụ 7: (Đề thi HSG 12 tỉnh Thanh hóa) Cho hình lăng trụ đứng ABC. A ' B ' C ' có đáy ABC là tam giác cân tại C, cạnh đáy 0 AB bằng 2a và � ABC bằng 30 . Tính thể tích của khối lăng trụ ABC. A ' B ' C ', biết khoảng cách giữa hai đường thẳng AB và CB ' bằng a . 2 A' Lời giải: VấnCđề ' quan trọng là xác định khoảng cách giữa 2 đường thẳng chéo N nhau. Ta chọn mp( A’B’C) chứa B’C và song song với AB, bây giờ ta xác định khoảng cách từ AB đến mpB'này. H C A M B 17 Gọi M, N lần lượt là trung điểm của AB và A'B ' . Kẻ MH  CN ( H �CN ). Tam giác CAB cân tại C suy ra AB  CM. Mặt khác AB CC’ � AB  (CMNC ') � A ' B '  (CMNC ') � A ' B '  MH �MH  CN � MH  (CA ' B '). �MH  A ' B ' Ta có: AB / /(CA ' B ') � d ( AB, CB ')  d ( M , (CA ' B ')  MH . Như vậy � 0 Tam giác BMC vuông tại M, suy ra CM  BM .tan 30  a 3 Tam giác CMN vuông tại M, có MH là đường cao 1 1 1 4 3 1   � 2  2 � MN  a 2 2 2 MH MC MN a a MN 2 1 a a3 3 . Từ đó VABC . A ' B 'C '  S ABC .MN  .2a. .a  2 3 3 � Dạng 2: Tính gián tiếp: Nghĩa là ta sử dụng phân chia lắp ghép khối đa diện, để đưa về bài toán áp dụng tính thể tích theo công thức đơn giản hơn hoặc dùng bài toán tính tỉ lệ thể tích hai khối tứ diện(chóp tam giác),… 18 §èi víi h×nh chãp tam gi¸c th× ngoµi c«ng thøc ở dạng 1 ta cã thÓ ¸p dông c¸ch tÝnh sau: +) NÕu h×nh chãp S.ABC cã SA, SB, SC ®«i mét vu«ng gãc th× V = +) NÕu h×nh chãp ABCD cã 2 c¹nh ®èi diÖn lÇn lît lµ a, b , gãc gi÷a 2 c¹nh ®ã b»ng , kho¶ng c¸ch gi÷a 2 ®êng th¼ng ®ã b»ng h th× thÓ tÝch cña khèi chãp ABCD lµ : V= +) Cho hình chóp SABC. Trên các đoạn thẳng SA, SB, SC lấy lần lượt ba điểm A1, B1, C1 khác với S thì VS . A1B1C1 VS . ABC  SA1 SB1 SC1 . . SA SB SC ( Ta có thể kẻ các đường cao tương ứng như hình vẽ để chứng minh) A A1 B B1 H E S C1 C Nh vËy nÕu viÖc tÝnh c¸c tØ sè nµy vµ tÝnh thÓ tÝch cña mét trong 2 h×nh dÔ h¬n th× ¸p dông c«ng thøc trªn ta sÏ suy ra thÓ cña h×nh cßn l¹i. +) Tø diÖn ABCD cã AB = a; S 1, S2 lµ diÖn tÝch cña 2 mÆt chung c¹nh AB,  lµ gãc gi÷a 2 mÆt ph¼ng (ABC) vµ (ABD). Khi ®ã thÓ tÝch cña khèi chãp lµ 19 V= Ví dụ 8: Cho hình chóp S.ABC có SA=a,SB=2a,SC=3a và  BSA=600,  ASC=1200,  CSB=900. Hãy tính thể tích chóp S.ABC. Lời giải: Nhận xét các mặt ở đây không có các lưu ý gì đặc biệt nên việc xác định đường cao là khó nhưng ta thấy các góc ở đỉnh S là rất quen thuộc. Vậy ta có lời giải sau: C C1 A S B1 B Trên SB lấy B1 sao cho SB1=a, Trên SC lấy C1 sao cho SC1=a,  Tính thể tích khối chóp S. A B1C1 :  A B1C1 có A C1 = a 3 , B1C1 = a 2 , A B1 = a. Vậy  A B1C1 vuông 1 Có S= 2 . B1A. B1C1= a2 2 2 Gọi E là trung điểm của AC1 . Suy ra SE  ( A B1C1 ) Do đó SE chính là đường cao của khối chóp S. A B1C1 SE = a 1 a3. 2 2 3 a . Ta có VSAB C  , VSAB1C1 = 3 SE.S = 12 12 2  Tính thể tích khối chóp S.ABC : 1 Ta có 1 V SABC  3 SA SB SC . . .VSAB1C1 . = a . 2 SA SB1 SC1 2 Ví dụ 9 : 20