Cho hình chóp đều $S . A B C D$ có đáy $A B C D$ là hình vuông cạnh \(a\), cạnh bên hợp với đáy một góc bằng \({60^\circ }\). Kí hiệu \({V_1},{V_2}\) lần lượt là thể tích khối cầu ngoại tiếp, thể tích khối nón ngoại tiếp hình chóp đã cho. Tính tỉ số \(\dfrac{{{V_1}}}{{{V_2}}}\).
Trả lời bởi giáo viên
Gọi \(O\) là tâm hình vuông $A B C D$\( \Rightarrow SO \bot (ABCD)\).
Khi đó góc giữa cạnh bên $S A$ với mặt đáy \((ABCD)\) là góc \(\widehat {SAO}\).
Theo giả thiết: \(\widehat {SAO} = {60^\circ }\) nên tam giác $S A C$ đều.
Suy ra \(SA = a\sqrt 2 \) và \(SO = \dfrac{{a\sqrt 6 }}{2}\).
Gọi \(M\) là trung điểm $S A$.
Trong \((SAC)\), đường trung trực của cạnh $SA$ cắt $SO$ tại \(I\).
Khi đó, \(IS = IA = IB = IC = ID\) nên \(I\) là tâm của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp $S . A B C D$.
Tam giác $S A O$ có \(SI.SO = SM.SA \Rightarrow SI = \dfrac{{S{A^2}}}{{2SO}} = \dfrac{{a\sqrt 6 }}{3} = R\).
Ta lại có, khối nón ngoại tiếp hình chóp có đường tròn đáy ngoại tiếp hình vuông $A B C D$ nên có:
Bán kính đáy \(r = \dfrac{{a\sqrt 2 }}{2}\) và chiều cao \(h = SO = \dfrac{{a\sqrt 6 }}{2}\).
Suy ra: \(\dfrac{{{V_1}}}{{{V_2}}} = \dfrac{{\dfrac{4}{3} \cdot \pi {{\left( {\dfrac{{a\sqrt 6 }}{3}} \right)}^3}}}{{\dfrac{1}{3}\pi {{\left( {\dfrac{{a\sqrt 2 }}{2}} \right)}^2} \cdot \dfrac{{a\sqrt 6 }}{2}}} = \dfrac{{32}}{9}\).
Hướng dẫn giải:
Công thức tính thể tích khối cầu: \(V = \dfrac{4}{3}\pi {R^3}\).
Công thức tính thể tích khối nón: \(V = \dfrac{1}{3}\pi {R^2}h\).