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 mặt phẳng đáy. Thể tích V của khối cầu ngoại tiếp hình chóp đã cho bằng
A. $V=\dfrac{5\sqrt{15}\pi }{18}.$
B. $V=\dfrac{5\sqrt{15}\pi }{54}.$
C. $V=\dfrac{4\sqrt{3}\pi }{27}.$
D. $V=\dfrac{5\pi }{3}.$
Gọi H là trung điểm của AB. Vì $\Delta SAB$ đều nên $SH\bot AB$.
Mà $\left( SAB \right)\bot \left( ABC \right)\Rightarrow SH\bot \left( ABC \right)\Rightarrow SH$ là đường cao của hình chóp S.ABC.
Qua G kẻ đường thẳng d song song với $SH\Rightarrow d\bot \left( ABC \right)$.
Gọi G là trọng tâm của $\Delta ABC\Rightarrow G$ là tâm đường tròn ngoại tiếp $\Delta ABC$.
Gọi K là trung điểm của SC, vì $\Delta SHC$ vuông cân tại $H\left( SH=HC \right)\Rightarrow HK$ là đường trung trực ứng với SC.
Gọi $I=d\cap HK$ ta có $\left\{ \begin{aligned}
& IA=IB=IC \\
& IS=IC \\
\end{aligned} \right.\Rightarrow IA=IB=IC=IS$
$\Rightarrow $ I là tâm khối cầu ngoại tiếp hình chóp S.ABC.
Xét hai tam giác đều $\Delta ABC=\Delta SAB$ có độ dài các cạnh bằng 1. G là trọng tâm $\Delta ABC\Rightarrow CG=\dfrac{2}{3}CH=\dfrac{\sqrt{3}}{3}$
Xét $\Delta HIG$ vuông tại G ta có $IG=HG=\dfrac{\sqrt{3}}{6}\Rightarrow IC=\dfrac{\sqrt{15}}{6}$
Vậy thể tích của khối cầu ngoại tiếp hình chóp $V=\dfrac{4}{3}\pi I{{C}^{3}}=\dfrac{4}{3}\pi {{\left( \dfrac{\sqrt{15}}{6} \right)}^{3}}=\dfrac{5\pi \sqrt{15}}{54}$.
Cách khác :
Áp dụng công thức tính nhanh ${{R}_{mc}}=\sqrt{R_{day}^{2}+R_{mb}^{2}-\dfrac{A{{B}^{2}}}{4}}$ trong đó ${{R}_{day}}={{R}_{mb}}=\dfrac{AB}{\sqrt{3}}$
A. $V=\dfrac{5\sqrt{15}\pi }{18}.$
B. $V=\dfrac{5\sqrt{15}\pi }{54}.$
C. $V=\dfrac{4\sqrt{3}\pi }{27}.$
D. $V=\dfrac{5\pi }{3}.$
Gọi H là trung điểm của AB. Vì $\Delta SAB$ đều nên $SH\bot AB$.
Mà $\left( SAB \right)\bot \left( ABC \right)\Rightarrow SH\bot \left( ABC \right)\Rightarrow SH$ là đường cao của hình chóp S.ABC.
Qua G kẻ đường thẳng d song song với $SH\Rightarrow d\bot \left( ABC \right)$.
Gọi G là trọng tâm của $\Delta ABC\Rightarrow G$ là tâm đường tròn ngoại tiếp $\Delta ABC$.
Gọi K là trung điểm của SC, vì $\Delta SHC$ vuông cân tại $H\left( SH=HC \right)\Rightarrow HK$ là đường trung trực ứng với SC.
Gọi $I=d\cap HK$ ta có $\left\{ \begin{aligned}
& IA=IB=IC \\
& IS=IC \\
\end{aligned} \right.\Rightarrow IA=IB=IC=IS$
$\Rightarrow $ I là tâm khối cầu ngoại tiếp hình chóp S.ABC.
Xét hai tam giác đều $\Delta ABC=\Delta SAB$ có độ dài các cạnh bằng 1. G là trọng tâm $\Delta ABC\Rightarrow CG=\dfrac{2}{3}CH=\dfrac{\sqrt{3}}{3}$
Xét $\Delta HIG$ vuông tại G ta có $IG=HG=\dfrac{\sqrt{3}}{6}\Rightarrow IC=\dfrac{\sqrt{15}}{6}$
Vậy thể tích của khối cầu ngoại tiếp hình chóp $V=\dfrac{4}{3}\pi I{{C}^{3}}=\dfrac{4}{3}\pi {{\left( \dfrac{\sqrt{15}}{6} \right)}^{3}}=\dfrac{5\pi \sqrt{15}}{54}$.
Cách khác :
Áp dụng công thức tính nhanh ${{R}_{mc}}=\sqrt{R_{day}^{2}+R_{mb}^{2}-\dfrac{A{{B}^{2}}}{4}}$ trong đó ${{R}_{day}}={{R}_{mb}}=\dfrac{AB}{\sqrt{3}}$
Đáp án B.