Cho khối trụ có hai đáy là hình tròn (O;R) và (O′;R), OO′=4R. Trên đường tròn tâm O lấy (O) lấy hai điểm A,B sao cho AB=R√3. Mặt phẳng (P) đi qua A,B cắt OO′ và tạo với đáy một góc bằng 600. (P) cắt khối trụ theo thiết diện là một phần của elip. Diện tích thiết diện đó bằng:
Trả lời bởi giáo viên
Gọi M là trung điểm của AB ta có:
OM=√OA2−(AB2)2=√R2−3R24=R2
Giả sử mặt phẳng (P) cắt trục OO’ tại I. Ta có : IA = IB nên ΔIAB cân tại I, do đó MI⊥AB
Do đó góc giữa (P) và mặt đáy bằng ^IMO=600
Xét tam giác vuông IMO có : OI=OM.tan60=R√32<OO′2=2R
⇒I nằm giữa O và O’. Do đó (P) không cắt đáy còn lại.Vậy hình chiếu của (P) trên (O;R′) là phần diện tích của hình quạt cung lớn AB và ΔOAB(phần gạch chéo).
Áp dụng định lí Cosin trong tam giác OAB có :
cos^AOB=OA2+OB2−AB22.OA.OB=R2+R2−3R22R2=−12⇒^AOB=1200
⇒SΔOAB=12OA.OB.sin120=12R2√32=R2√34
Gọi S⌢OAB là diện tích hình quạt ⇒S⌢OAB=4π32π.πR2=23πR2
⇒Shc=S⌢OAB+SΔOAB=23πR2+R2√34
Vậy diện tích phần thiết diện cần tìm là :
Shc=S.cos60⇒S=Shccos60=2(23πR2+R2√34)=(43πR2+√32R2)=(43π+√32)R2
Hướng dẫn giải:
+) Chứng minh mặt phẳng (P) không cắt đáy (O′;R)
+) Tìm phần hình chiếu của mặt phẳng (P) trên mặt đáy. Tính Shc
+) Sử dụng công thức Shc=S.cos60