Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (413.71 KB, 7 trang )
<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>
<b>CHUN ðỀ: HÌNH CẤU </b>
<i><b>Chun đề gồm 02 phần: </b></i>
<i>Hình cầu trong hình học khơng gian tổng hợp </i>
<i>Hình cầu trong hình học giải tích khơng gian </i>
<b>CHỦ ðỀ 1: HÌNH CẦU TRONG HÌNH HỌC GIẢI TÍCH </b>
<b>A. Lý thuyết cơ bản: </b>
<i><b>1. Phương trình mặt cầu: </b></i>
<i><b>1.1. Phương trình mặt cầu: </b></i>
<b>Loại 1: mặt cầu </b><i>(S) </i>có tâm<i> I(a; b; c) </i>và bán kính<i> R có phương trình <b>(S): </b></i>(<i>x a</i>− )2+(<i>y b</i>− )2+(<i>z</i>−<i>c</i>)2 =<i>R</i>2
<b>Loại 2: với </b><i><sub>a</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>b</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>c</sub></i>2<sub>− ></sub><i><sub>d</sub></i> <sub>0</sub><sub>, phương trình </sub><i><sub>: </sub></i> <i><sub>x</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>y</sub></i>2<sub>+</sub><i><sub>z</sub></i>2<sub>+</sub><sub>2</sub><i><sub>ax</sub></i><sub>+</sub><sub>2</sub><i><sub>by</sub></i><sub>+</sub><sub>2</sub><i><sub>cz</sub></i><sub>+ =</sub><i><sub>d</sub></i> <sub>0</sub><sub> là phương trình </sub>
mặt cầu cótâm <i>I(–a; –b; –c)</i> và bán kính <i>R = </i> <i>a</i>2+<i>b</i>2+<i>c</i>2−<i>d</i> <i>. </i>
<i><b>1.2. Một số dạng tốn viết phương trình mặt cầu: </b></i>
<i>ðể viết phương trình mặt cầu (S), ta cần xác định <b>tâm I</b> và <b>bán kính R</b> của mặt cầu. </i>
<b>Dạng 1: </b><i>(S) </i>có tâm<i> I(a; b; c) </i>và bán kính<i> R: <b>(S): </b></i>(<i>x a</i>− )2+(<i>y b</i>− )2+(<i>z</i>−<i>c</i>)2=<i>R</i>2
<b>Dạng 2: </b><i>(S) </i>có tâm<i> I(a; b; c) </i>và đi qua điểm A: <i>Khi đó bán kính R = IA. </i>
<b>Dạng 3: </b><i>(S) </i>nhận đoạn thẳng AB cho trước làm đường kính:
<i>– Tâm I là trung ñiểm của ñoạn thẳng AB: </i> ; ;
2 2 2
<i>A</i> <i>B</i> <i>A</i> <i>B</i> <i>A</i> <i>B</i>
<i>I</i> <i>I</i> <i>I</i>
<i>x</i> <i>x</i> <i>y</i> <i>y</i> <i>z</i> <i>z</i>
<i>x</i> = + <i>y</i> = + <i>z</i> = + <i>. </i>
<i>– Bán kính R = IA = </i>
2
<i>AB</i>
<i>. </i>
<b>Dạng 4: </b><i>(S) </i>ñi qua bốn ñiểm <i>A, B, C, D(mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD): </i>
<i>– Giả sử phương trình mặt cầu (S) có dạng: x</i>2+<i>y</i>2+<i>z</i>2+2<i>ax</i>+2<i>by</i>+2<i>cz</i>+ =<i>d</i> 0 (*).
<i>– Thay lần lượt toạ ñộ của các ñiểm A, B, C, D vào (*), ta ñược 4 phương trình. </i>
<i>– Giải hệ phương trình đó, ta tìm được a, b, c, d </i>⇒<i> Phương trình mặt cầu (S). </i>
<b>Dạng 5: </b><i>(S)</i> ñi qua ba ñiểm <i>A, B, C</i> và có tâm I nằm trên mặt phẳng (P) cho trước:
<i>Giải tương tự như dạng 4. </i>
<b>Dạng 6: </b><i>(S)</i> có tâm I và tiếp xúc với mặt cầu <i>(T)</i> cho trước:
<i>– Xác định tâm J và bán kính R</i>′<i> của mặt cầu (T). </i>
<i>– Sử dụng ñiều kiện tiếp xúc của hai mặt cầu để tính bán kính R của mặt cầu (S). </i>
<i>(Xét hai trường hợp tiếp xúc trong và tiếp xúc ngồi) </i>
<i><b>2. Vị trí tương ñối giữa hai mặt cầu mặt cầu </b></i>
<i>Cho hai mặt cầu S1(I1, R1) và S2(I2, R2). </i>
• <i>I I</i><sub>1 2</sub> < <i>R</i><sub>1</sub>−<i>R</i><sub>2</sub> <i> </i>⇔<i> (S1), (S2) trong nhau </i> • <i>I I</i><sub>1 2</sub> ><i>R</i><sub>1</sub>+<i>R</i><sub>2</sub> ⇔<i> (S1), (S2) ngồi nhau </i>
• <i>I I</i><sub>1 2</sub> = <i>R</i><sub>1</sub>−<i>R</i><sub>2</sub> ⇔<i> (S1), (S2) tiếp xúc trong </i> • <i>I I</i>1 2 =<i>R</i>1+<i>R</i>2⇔<i> (S1), (S2) tiếp xúc ngồi </i>
• <i>R</i><sub>1</sub>−<i>R</i><sub>2</sub> <<i>I I</i><sub>1 2</sub><<i>R</i><sub>1</sub>+<i>R</i><sub>2</sub> ⇔<i> (S1), (S2) cắt nhau theo một ñường tròn. </i>
<b>B. Các dạng bài tập cơ bản </b>
<i><b>Loại 1: Viết phương trình mặt cầu </b></i>
<i><b>Có hai cách: </b></i>
<i><b>1. Tìm tọa độ tâm và bán kính, sử dụng phương trình (1) </b></i>
<i><b>2. Tìm các hệ số a,b,c,d của phương trình (2) </b></i>
<b>Bài: (DB KB 06). Trong khơng gian </b><i>Oxyz</i>, cho mặt phẳng ( ) : 2<i>P</i> <i>x</i>− +<i>y</i> 2<i>z</i>+ =5 0 và các ñiểm
(0; 0; 4), (2; 0; 0)
<i>A</i> <i>B</i>
a) Viết phương trình hình chiếu vng góc của đường thẳng <i>AB</i> trên <i>mp(P)</i>
b) Viết phương trình mặt cầu ñi qua <i>O,A,B</i> và tiếp xúc với <i>(P)</i>
<b>Bài (DB KD 08). Trong không gian </b><i>Oxyz</i> cho <i>mp</i>( ) : 2α <i>x</i>− +<i>y</i> 2<i>z</i>+ =1 0và ñường thẳng
1 1
:<i>x</i> <i>y</i> <i>z</i>
a) Tìm tọa độ giao ñiểm của d với ( )α ; tính sin của góc giữa d với ( )α
b) Viết phương trình mặt cầu có tâm thuộc d tiếp xúc với hai mặt phẳng ( )α và <i>(Oxy)</i>
<b>Bài (KD-2011 CTNC). Trong không gian với hệ tọa ñộ Oxyz, cho ñường thẳng </b>∆ : 1 3
2 4 1
<i>x</i>− <i>y</i>− <i>z</i>
= = và
mặt phẳng <i>(P) : 2x </i>−<i> y + 2z = 0</i>. Viết phương trình mặt cầu có tâm thuộc đường thẳng ∆, bán kính bằng 1
và tiếp xúc với mặt phẳng <i>(P)</i>.
<b>Bài (DB KA 08). Trong không gian </b><i>Oxyz</i> cho <i>mp(P)</i>: 2<i>x</i>+3<i>y</i>−3<i>z</i>+ =1 0, ñường <sub>1</sub>: 3 5
2 9 1
<i>x</i> <i>y</i> <i>z</i>
<i>d</i> − = = + và
3 ñiểm (4; 0;3), ( 1; 1;3), (3; 2; 6)<i>A</i> <i>B</i> − − <i>C</i>
a) Viết phương trình mặt cầu <i>(S)</i> đi qua 3 điểm <i>A,B,C</i> và có tâm thuộc <i>(P)</i>
b) Viết phương trình mặt phẳng <i>(Q)</i> chứa d và cắt mặt cầu <i>(S)</i> theo một đường trịn có bán kính lớn
nhất.
<b>Bài (KD 08). Trong khơng gian </b><i>Oxyz</i> cho 4 ñiểm (3;3; 0), (3; 0;3), (0;3;3), (3;3;3)<i>A</i> <i>B</i> <i>C</i> <i>D</i>
a) Viết phương trình mặt cầu đi qua 4 điểm <i>A,B,C,D</i>
b) Tìm tọa độ tâm đường trịn ngoại tiếp tam giác <i>ABC</i>
<b>Bài (CðKTKT KA 04). Trong không gian </b><i>Oxyz </i>cho 4 ñiểm (2; 2; 6), (4; 0; 0), (4; 4; 0), (0; 4; 0)<i>S</i> <i>A</i> <i>B</i> <i>C</i>
a) Chứng minh hình chóp <i>SABCO</i> là hình chóp tứ giác ñều
b) Viết phương trình mặt cầu ngoại tiếp hình chóp.
<b>Bài (KD-04). Cho 3 điểm </b><i>A(2;0;1), B(1;0;0), C(1;1;1)</i> và mặt phẳng <i>(P): x+y+z-2=0</i>. Viết phương trình
mặt cầu đi qua <i>A,B,C</i> và có tâm thuộc <i>(P)</i>. ðS: <sub>(</sub><i><sub>x</sub></i><sub>−</sub><sub>1)</sub>2<sub>+</sub><i><sub>y</sub></i>2<sub>+</sub><sub>(</sub><i><sub>z</sub></i><sub>−</sub><sub>1)</sub>2<sub>=</sub><sub>1</sub><sub> </sub>
<b>Bài : Lập phương trình mặt cầu </b><i>(S)</i> có tâm thuộc đường thẳng d: 1 0
2 0
<i>x</i> <i>z</i>
<i>y</i>
+ − =
<sub>− =</sub>
và cắt mặt phẳng <i>(P): </i>
<i>y-z=0</i> theo thiết diện là ñường trịn lớn có bán kính bằng 4. ðS:
2 2 2
(<i>x</i>+1) +(<i>y</i>−2) +(<i>z</i>−2) =16
<b>Bài (KD-08). Trong khơng gian </b><i>Oxyz</i> cho 4 điểm (3;3; 0), (3; 0;3), (0;3;3), (3;3;3)<i>A</i> <i>B</i> <i>C</i> <i>D</i>
a) Viết phương trình mặt cầu đi qua 4 điểm <i>A,B,C,D</i>
b) Tìm tọa độ tâm đường trịn ngoại tiếp tam giác <i>ABC</i>
<b>ðS: </b><i>x</i>2+<i>y</i>2+<i>z</i>2+3<i>x</i>−3<i>y</i>−3<i>z</i>=0<b> </b>
<b>Bài (KB-05). Trong khơng gian </b><i>Oxyz</i> cho hình lăng trụ ñứng <i>ABCA B C</i><sub>1</sub> <sub>1</sub> <sub>1</sub> với (0; 3; 0), (4; 0; 0),<i>A</i> − <i>B</i>
1
(0;3; 0), (4; 0; 4)
<i>C</i> <i>B</i> . Viết phương trình mặt cầu có tâm <i>A</i> và tiếp xúc với <i>mp BCC B</i>( <sub>1</sub> <sub>1</sub>)
<b>ðS: </b> 2 ( 3)2 2 576
25
<i>x</i> + <i>y</i>− +<i>z</i> =
<b>Bài (Cð KTKTI-04). Trong khơng gian </b><i>Oxyz</i> cho 4 điểm (2; 2; 6), (4; 0; 0), (4; 4; 0), (0; 4; 0)<i>S</i> <i>A</i> <i>B</i> <i>C</i>
a) Chứng minh rằng hình chóp <i>SABCO</i> là hình chóp tứ giác đều
b) Viết phương trình mặt cầu ngoại tiếp hình chóp <i>S.ABCD</i>
<b>ðS: </b>( 2)2 ( 2)2 ( 7)2 121
3 9
<i>x</i>− + <i>y</i>− + <i>z</i>− =
<b>Bài: Trong không gian </b><i>Oxyz</i> cho mặt phẳng <i>(P): 2x+y-z+5=0</i> và các ñiểm <i>A(0;0;4), B(2;0;0)</i>. Viết
phương trình mặt cầu đi qua <i>O,A,B</i> và tiếp xúc với <i>(P)</i>. ðS: (<i>x</i>−1)2+(<i>y</i>−1)2+(<i>z</i>−2)2 =6
<b>Bài: Viết phương trình mặt cầu </b><i>(S)</i> có tâm nằm trên đường thẳng d: 1 0
1 0
<i>x</i> <i>y</i> <i>z</i>
<i>x</i> <i>y</i> <i>z</i>
+ + + =
<sub>− + − =</sub>
và tiếp xúc với hai
mp <i>(P): x+2y+2z+3=0 và (Q): x+2y+2z+7=0</i>. ðS: <sub>(</sub> <sub>3)</sub>2 <sub>(</sub> <sub>1)</sub>2 <sub>(</sub> <sub>3)</sub>2 4
9
<i>x</i>− + <i>y</i>+ + <i>z</i>+ =
<b>Bài: Viết phương trình mặt cầu có tâm </b><i>I(2;3;-1)</i> và cắt ñường thẳng d: 5 4 3 20 0
3 4 8 0
<i>x</i> <i>y</i> <i>z</i>
<i>x</i> <i>y</i> <i>z</i>
− + + =
<sub>−</sub> <sub>+ − =</sub>
tại hai ñiểm
<b>Bài: Cho ñiểm </b><i>I(1;2;-2)</i>, ñường thẳng d: 2 5 0
3 0
<i>x</i> <i>y</i>
<i>y</i> <i>z</i>
− − =
<sub>− + =</sub>
và <i>mp(P): 2x+2y+z+5=0</i>. Viết phương trình
mặt cầu <i>(S)</i>, tâm <i>I</i> sao cho <i>(P)</i> cắt <i>(S)</i> theo ñường trịn giao tuyến có chu vi bằng 8π
<b>Bài (TN 05). Trong không gian cho mặt cầu </b><i>(S)</i>: <i>x</i>2+<i>y</i>2+<i>z</i>2−2<i>x</i>+2<i>y</i>+4<i>z</i>− =3 0 và hai ñường thẳng
1 2
2 2 0 1
: , :
2 0 1 1 1
<i>x</i> <i>y</i> <i>x</i> <i>y</i> <i>z</i>
<i>d</i> <i>d</i>
<i>x</i> <i>z</i>
+ − =
−
= =
− =
. Viết phương trình tiếp diện với mặt cầu <i>(S)</i>, biết rằng nó song song
với d1 và d2.
<b>Bài: Lập phương trình mặt phẳng chứa ñường thẳng </b> : 8 11 8 30 0
2 0
<i>x</i> <i>y</i> <i>z</i>
<i>d</i>
<i>x</i> <i>y</i> <i>z</i>
− + − =
<sub>− −</sub> <sub>=</sub>
và tiếp xúc với mặt cầu
(S): <i>x</i>2+<i>y</i>2+<i>z</i>2+2<i>x</i>−6<i>y</i>+4<i>z</i>−15=0
<b>ðS</b><i>: (P): 3x-4y+2z-10=0, (P): 2x-3y+4z-10=0 </i>
<b>Bài: (DB KD 03). Trong không gian </b><i>Oxyz</i> cho mặt phẳng ( ) : 2<i>P</i> <i>x</i>+2<i>y</i>+ −<i>z</i> <i>m</i>2−3<i>m</i>=0 và mặt cầu
2 2 2
( ) : (<i>S</i> <i>x</i>−1) +(<i>y</i>+1) +(<i>z</i>−1) =9. Tìm <i>m</i> để <i>mp(P)</i> tiếp xúc với mặt cầu <i>(S)</i>. Với <i>m</i> vừa tìm được hãy
xác ñịnh tọa ñộ tiếp ñiểm của <i>(S)</i> và <i>(P)</i>
<b>Bài (DB KB 07). Trong không gian </b><i>Oxyz</i> cho các ñiểm (2; 0; 0), (0; 3; 6)<i>A</i> <i>B</i> − .
a) chứng minh rằng <i>mp P</i>
b) Viết phương trình <i>mp(Q)</i> chứa <i>A,M</i> và cắt các trục <i>Oy,Oz</i> tại các ñiểm tương ứng <i>B, C</i> sao cho
3
<i>OABC</i>
<i>V</i> =
<i><b>Loại 3: Các bài tốn về vị trí tương đối của đường thẳng, mặt phẳng với hình cầu </b></i>
<b>Bài (KD-08). Trong khơng gian </b><i>Oxyz</i> cho 4 ñiểm (3;3; 0), (3; 0;3), (0;3;3), (3;3;3)<i>A</i> <i>B</i> <i>C</i> <i>D</i>
a) Viết phương trình mặt cầu đi qua 4 điểm <i>A,B,C,D</i>
b) Tìm tọa độ tâm đường trịn ngoại tiếp tam giác <i>ABC</i>
<b>ðS: </b><i>x</i>2+<i>y</i>2+<i>z</i>2+3<i>x</i>−3<i>y</i>−3<i>z</i>=0
<b>Bài: Trong không gian </b><i>Oxyz</i> cho 2 mặt cầu: 2 2 2 2 2 2
1 2
( ) :<i>S</i> <i>x</i> +<i>y</i> +<i>z</i> −2<i>z</i>=0, (<i>S</i> ) :<i>x</i> +<i>y</i> +<i>z</i> −4<i>z</i>=0.
a) Chứng minh: <i>(S1)</i> và <i>(S2)</i> cắt nhau
b) Gọi <i>(S)</i> là đường trịn giao tuyến của <i>(S1)</i> và <i>(S2)</i>. Xác định tâm và tính bán kính của <i>(S)</i>.
<b>Bài: Tìm điểm </b><i>A</i> trên mặt cầu <i>(S)</i>: <i>x</i>2+<i>y</i>2+<i>z</i>2−2<i>x</i>+2<i>z</i>− =2 0 sao cho khoảng cách từ <i>A</i> ñến <i>mp(P)</i>:
2 - 2<i>x</i> <i>y</i>+ + =<i>z</i> 6 0là lớn nhất, nhỏ nhất.
<b>Bài: (KB 07). Trong không gian </b><i>Oxyz</i> cho mặt cầu ( ) :<i>S</i> <i>x</i>2+<i>y</i>2+<i>z</i>2−2<i>x</i>+4<i>y</i>+2<i>z</i>− =3 0và mặt phẳng
a) Viết phương trình mặt phẳng <i>(Q)</i> chứa <i>Ox</i> và cắt <i>(S)</i> theo đường trịn có bán kính bằng 3
b) Tìm tọa ñộ <i>M</i> thuộc <i>mc(S)</i> sao cho khoảng cách từ <i>M</i> ñến <i>(P)</i> lớn nhất.
<b>Bài: (KA 09). Trong không gian </b><i>Oxyz</i>, cho mặt phẳng
: 2 4 6 11 0
<i>S</i> <i>x</i> +<i>y</i> +<i>z</i> − <i>x</i>− <i>y</i>− <i>z</i>− = . Chứng minh mặt phẳng <i>(P)</i> cắt mặt cầu <i>(S)</i> theo một đường trịn.
Xác định tọa độ tâm và tính bán kính mặt cầu đó.
<b>Bài (DB KA 08). Trong không gian </b><i>Oxyz</i> cho <i>mp(P)</i>: 2<i>x</i>+3<i>y</i>−3<i>z</i>+ =1 0, ñường <sub>1</sub>: 3 5
2 9 1
<i>x</i> <i>y</i> <i>z</i>
<i>d</i> − = = + và
3 ñiểm (4; 0;3), ( 1; 1;3), (3; 2; 6)<i>A</i> <i>B</i> − − <i>C</i>
d) Viết phương trình mặt phẳng <i>(Q)</i> chứa d và cắt mặt cầu <i>(S)</i> theo một ñường trịn có bán kính lớn
<i><b>Loại 4: Về bài tốn hình cấu có tham số </b></i>
<b>Bài : Cho họ </b><i>(Sm)</i> xác định như sau: <i>x</i>2+<i>y</i>2+<i>z</i>2−4<i>mx</i>−2<i>my</i>−6<i>z</i>+<i>m</i>2+4<i>m</i>=0
a) Tìm m để <i>(Sm)</i> là phương trình của một mặt cầu.
b) Chứng minh các tâm Im của mặt cầu <i>(Sm)</i> luôn nằm trên một ñường thẳng cố ñịnh ( với các giá trị
của m tìm được ở câu a)
<b>Bài : Cho họ (</b><i>Sm)</i> xác ñịnh như sau: <i>x</i>2+<i>y</i>2+<i>z</i>2−2 sin<i>x</i> α−2<i>yc</i>osα− =3 0. Chứng minh rằng tâm <i>I</i>αcủa
(<i>S</i><sub>α</sub>)luôn nằm trên một ñường tròn cố ñịnh (
<b>Bài : Trong không gian </b><i>Oxyz </i>cho ñường thẳng : 2 2 1 0
2 2 4 0
<i>x</i> <i>y</i> <i>z</i>
<i>d</i>
<i>x</i> <i>y</i> <i>z</i>
− − + =
<sub>+</sub> <sub>−</sub> <sub>− =</sub>
và mặt cầu (S):
2 2 2
4 6 0
<i>x</i> +<i>y</i> +<i>z</i> + <i>x</i>− <i>y</i>+<i>m</i>= . Tìm m để d cắt (S) tại hai ñiểm M, N sao cho <i>MN=8</i>.
<b>ðS: m=-12 </b>
<b>Bài: (DB KD 03). Trong không gian </b><i>Oxyz</i> cho mặt phẳng ( ) : 2<i>P</i> <i>x</i>+2<i>y</i>+ −<i>z</i> <i>m</i>2−3<i>m</i>=0 và mặt cầu
2 2 2
( ) : (<i>S</i> <i>x</i>−1) +(<i>y</i>+1) +(<i>z</i>−1) =9. Tìm <i>m</i> để <i>mp(P)</i> tiếp xúc với mặt cầu <i>(S)</i>. Với m vừa tìm ñược hãy
xác ñịnh tọa ñộ tiếp ñiểm của <i>(S)</i> và <i>(P)</i>
<b>CHỦ ðỀ 2: HÌNH CẦU TRONG HÌNH HỌC KHÔNG GIAN TỔNG HỢP </b>
<b>A. Lý thuyết cơ bản </b>
<i><b>1. ðịnh nghĩa </b></i>
••••<b> Mặt cầu: </b> <i>S O R</i>( ; )=
<i><b>2. Vị trí tương đối giữa mặt cầu và mặt phẳng</b></i>
Cho mặt cầu S(O; R) v mặt phẳng (P). Gọi d = d(O; (P)).
• Nếu <i>d < R</i> thì (P) cắt (S) theo giao tuyến là đường trịn nằm trên (P), có tâm H và bán kính
2 2
<i>r</i>= <i>R</i> −<i>d</i> .
• Nếu <i>d = R</i> thì (P) tiếp xúc với (S) tại tiếp ñiểm H. (<i>(P) ñgl tiếp diện của (S)</i>)
• Nếu <i>d > R</i> thì (P) và (S) khơng có điểm chung.
<i>Khi d = 0 thì (P) đi qua tâm O đgl mặt phẳng kính, đường trịn giao tuyến có bán kính bằng R đgl </i>
<i>đường trịn lớn.</i>
<i><b>3. Vị trí tương đối giữa mặt cầu và đường thẳng </b></i>
Cho mặt cầu S(O; R) v ñường thẳng ∆. Gọi d = d(O; ∆).
• Nếu <i>d < R</i> thì ∆ cắt (S) tại hai điểm phân biệt.
• Nếu <i>d = R</i> thì ∆ tiếp xúc với (S). (∆<i> đgl tiếp tuyến của (S)</i>).
• Nếu <i>d > R</i> thì ∆ v (S) khơng có điểm chung.
<i><b>4. Mặt cầu ngoại tiếp – nội tiếp</b></i>
<b>Mặt cầu ngoại tiếp </b> <b>Mặt cầu nội tiếp </b>
<b>Hình đa diện </b> Tất cả các đỉnh của hình đa diện đều
nằm trên mặt cầu
Tất cả các mặt của hình đa diện ñều
tiếp xúc với mặt cầu
<b>Hình trụ </b> Hai đường trịn đáy của hình trụ nằm
trên mặt cầu
Mặt cầu tiếp xúc với các mặt ñáy và
mọi ñường sinh của hình trụ
<b>Hình nĩn </b> Mặt cầu ñi qua ñỉnh và đường trịn
đáy của hình nón
Mặt cầu tiếp xúc với mặt đáy và mọi
đường sinh của hình nón
<b>5. Xc định tm mặt cầu ngoại tiếp khối ña diện </b>
• Cch 2: ðể xác định tâm của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp.
– Xác ñịnh trục ∆ của ñy <i>(</i>∆<i> là đường thẳng vuơng góc với đáy tại tâm </i>
<i> </i> <i>đường trịn ngoại tiếp đa giác ñáy).</i>
– Xác ñịnh mặt phẳng trung trực (P) của một cạnh bên.
– Giao ñiểm của (P) và ∆ là tâm của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp.
<b>II. Diện tích – Thể tích </b>
<b>Cầu </b> <b>Trụ </b> <b>Nón </b>
Diện tích 2
4
<i>S</i> = π<i>R</i>
2
<i>xq</i>
<i>S</i> = π<i>Rh</i>
2
<i>tp</i> <i>xq</i> <i>đáy</i>
<i>S</i> =<i>S</i> + <i>S</i>
<i>xq</i>
<i>S</i> =π<i>Rl</i>
<i>tp</i> <i>xq</i> <i>đáy</i>
<i>S</i> =<i>S</i> +<i>S</i>
Thể tích 4 3
3
<i>V</i> = π<i>R</i> 2
<i>V</i> =π<i>R h</i> 1 2
3
<i>V</i> = π<i>R h</i>
<b>B. Các dạng bài tập: </b>
<i><b>Loại 1: Các bài toán về hình cầu </b></i>
<b>Bài: Cho hình chóp </b><i>S.ABC</i> có đáy là tam giác <i>ABC</i> vuông cân tại <i>B, AB=a</i>. Biết <i>SA=2a</i> và <i>SA</i>⊥(<i>ABC</i>).
Gọi <i>H</i> và <i>K</i> lần lượt là hình chiếu của <i>A</i> trên <i>SB, SC</i>.
Chứng minh:
a) <i>A,B,C,S</i> cùng nằm trên một mặt cầu. Xác ñịnh tâm và tính bán kính mặt cầu đó.
b) Các điểm <i>A,B,C,H,K </i>cùng nằm trên một mặt cầu. Tính diện tích mặt cầu đó.
<b>Bài : Cho hình chóp </b><i>S.ABCD</i> có đáy <i>ABCD</i> là hình vng, <i>SA</i>⊥(<i>ABCD</i>) và <i>AB=SA=a</i>. Gọi <i>(P)</i> là mặt
phẳng qua <i>A</i> và vuông góc với <i>SC, (P)</i> lần lượt cắt <i>SB,SC,SD</i> tại <i>H, I</i> và <i>K</i>. Chứng minh các ñiểm
<i>A,B,C,D,H,I,K</i> cùng nằm trên một mặt cầu. Tính diện tích của mặt cầu đó.
<b>Bài : (KD-03). Cho hai mặt phẳng </b><i>(P)</i> và <i>(Q)</i> vng góc với nhau có giao tuyến là ∆. Trên ∆ lấy hai
ñiểm <i>A</i> và <i>B</i> sao cho <i>AB=a</i>. Trong <i>mp(P)</i> lấy ñiểm <i>C</i>, trong <i>mp(Q)</i> lấy ñiểm <i>D</i> sao cho <i>AC</i> và <i>BD</i> cùng
vng góc với ∆. Giả sử <i>AC=BD=AB</i>. Chứng minh 4 ñiểm <i>A,B,C,D</i> nằm trên một mặt cầu và tìm bán
kính của mặt cầu đó.
<b>Bài (Cð KTCN-06). Trong </b><i>mp(P)</i> cho hình vng <i>ABCD</i>. Trên đường thẳng <i>Ax</i> vng góc với <i>(P)</i> lấy
ñiểm <i>S</i> bất kỳ. Dựng <i>mp(Q)</i> qua <i>A</i> và vng góc với <i>SC</i>. <i>Mp(Q)</i> cắt <i>SB,SC,SD</i> lần lượt tại <i>B’,C’,D’</i>.
Chứng minh rằng các ñiểm <i>A,B,C,D,A’,B’,C’, D’</i> cùng nằm trên mặt cầu cố ñịnh.
<b>Bài: </b>Cho hình cầu <i>(S)</i> tâm <i>O</i> bán kính <i>R=5cm</i>. Tam giác <i>ABC</i> với 3 cạnh <i>BC=13cm, CA=14cm, </i>
<i>AB=15cm,</i> trong đó cả 3 cạnh cùng tiếp xúc với mặt cầu. Tính khoảng cách từ tâm <i>O</i> ñến <i>mp(ABC)</i>.
<b>Bài : Cho hình chóp </b><i>S.ABCD</i> có đáy là hình vng và <i>SB</i> vng góc với <i>(ABCD)</i>. Lấy điểm <i>M</i> trên <i>SA</i> (
<i>M</i> khác <i>S,A</i>). Giả sử (<i>BCM</i>)∩<i>SD</i>=<i>N</i>. Chứng minh sáu ñiểm <i>A,B,C,D,M,N</i> không cùng nằm trên một
mặt cầu.
<b>Bài : Cho hình chóp tứ giác đều </b><i>S.ABCD</i> có cạnh bên và cạnh đáy đều bằng a. Có một hình cầu đi qua <i>A</i>
và tiếp xúc với <i>SB, SD</i> tại các trung ñiểm của chúng. Xác ñịnh tâm <i>O</i> của hình cầu và bán kính của hình
cầu theo a.
<i><b>Loại 2: Hình cầu nội và ngoại tiếp hình chóp </b></i>
<i><b>1. Hình cầu ngoại tiếp: </b></i>
<i><b>2. Hình cầu nội tiếp: </b></i>
<i><b>3. ðiều kiện để hình chóp có mặt cầu ngoại tiếp là đáy của hình chóp là một đa giác nội tiếp. Khi đó </b></i>
<i><b>xác định tâm của hình cầu ngoại tiếp ta thực hiện các bước: </b></i>
<i>Xác ñịnh tâm của đường trịn ngoại tiếp đáy </i>
<i>Dựng đường thẳng </i>∆<i> qua I và vng góc với đáy </i>
<i>Vẽ mặt phẳng trung trực (P) của một cạnh bên bất kì </i>
<i>Giao ñiểm O của </i>∆<i> và (P) là tâm của mặt cầu. </i>
<b>Bài : Xác ñịnh tâm và tính diện tích mặt cầu ngoại tiếp tứ diện </b><i>SABC</i> có <i>SA, SB,SC</i> vng góc với nhau
từng đơi một và <i>SA=a,SB=b,SC=c</i>.
<b>Bài : Cho hình chóp tứ giác ñều </b><i>S.ABCD</i> có cạnh ñáy bằng <i>a, SB=2a</i>. Xác ñịnh tâm và tính thể tích khối
cầu ngoại tiếp hình chóp.
<b>Bài : </b>Cho hình chóp <i>S.ABCD</i> có đáy <i>ABCD</i> là hình vuông cạnh a, <i>SAB</i> là tam giác ñều nằm trên mp
vng góc với <i>mp(ABCD)</i>. Xác định tâm và tính bán kính của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp.
<b>Bài : Cho tứ diện </b><i>ABCD</i>. Biết <i>AB=CD=a, AC=BD=b, AD=BC=c </i>
a) Tính thể tích mặt cầu ngoại tiếp tứ diện
b) Chứng minh có một mặt cầu tiếp xúc với 4 mặt của tứ diện.
<b>Bài : Cho hình chóp lục giác ñều </b><i>S.ABCDEF</i> cạnh ñáy bằng a, góc của mặt bên và đáy bằng α. Tìm bán
kính hình cầu ngoại tiếp và nội tiếp hình chóp.
<b>Bài : Cho hình chóp </b><i>S.ABC</i> trong đó đáy là tam giác vng <i>ABC</i> đỉnh <i>A</i>. Giả sử <i>SA</i> vng góc với đáy.
Biết <i>AB=c, AC=b, SA=a</i>.
a) Xác định tâm <i>I</i> và tính bán kính <i>R</i> của hình cầu ngoại tiếp hình chóp <i>S.ABC</i>
b) Gọi <i>G</i> là trọng tâm của tam giác <i>SBC</i>. Chứng minh: <i>A, G, I</i> thẳng hàng.
<b>Bài : </b>
a) Giả sử <i>R</i> là bán kính hình cầu nội tiếp hình chóp tam giác <i>S.ABC</i>. Chứng minh: 3
<i>tp</i>
<i>V</i>
<i>r</i>
<i>S</i>
= , ở đây <i>V</i>,
<i>Stp </i>tương ứng là thể tích và diện tích tồn phần của hình chóp.
b) Áp dụng: Cho hình chóp <i>S.ABC</i> trong đó <i>SA,SB,SC</i> đơi một vng góc với nhau và
<i>SA=SB=SC=a</i>. Tìm bán kính hình cầu nội tiếp
<b>Bài : Cho tứ diện </b><i>ABCD</i> có các cặp cạnh ñối bằng nhau: <i>AB=CD; AC=BD, AD=BC</i>. Chứng minh: tâm
hình cầu ngoại tiếp và nội tiếp của tứ diện trùng nhau.
<b>Bài: (KB 2010). Cho lăng trụ tam giác đều </b><i>ABCA’B’C’</i> có <i>AB=a</i>, góc giữa hai mặt phẳng <i>(A’BC)</i> và
<i>(ABC)</i> bằng 60o . Gọi <i>G</i> là trọng tâm tam giác <i>A’BC</i>. Tính thể tích khối lăng trụ đã cho và tính bán kính
mặt cầu ngoại tiếp tứ diện <i>GABC</i> theo a.
<b>BÀI TẬP TỰ GIẢI </b>
<b>Bài 1: Cho </b><i>ABCD</i> là tứ diện có các cặp cạnh đối vng góc với nhau. Chứng minh: trung điểm của các
cạnh và các đường vng góc chung của các cặp cạnh ñối diện nằm trên một mặt cầu.
<b>Bài 2: Cho tứ diện </b><i>ABCD</i> có 4 chiều cao kẻ từ 4 ñỉnh là <i>h h h h</i><sub>1</sub>, <sub>2</sub>, <sub>3</sub>, <sub>4</sub>. Gọi r là bán kính hình cầu nội tiếp tứ
diện. Chứng minh:
1 2 3 4
1 1 1 1 1
<i>h</i> +<i>h</i> +<i>h</i> +<i>h</i> = <i>r</i>
<b>Bài 3: Cho hình chóp </b><i>S.ABCD</i> đáy <i>ABCD</i> là hình vng cạnh a. Hai mặt bên <i>(SAB)</i> và <i>(SAD)</i> cùng vng
2
<i>a</i>
<i>r</i>= −
<b>Bài 4: Cho hình chóp tứ giác đều </b><i>S.ABCD</i> có tất cả các cạnh đáy và cạnh bên bằng a. Gọi <i>A’, B’, C’, D’</i>
lần lượt là trung ñiểm của các cạnh <i>SA, SB, SC, SD</i>.
a) Chứng minh: các ñiểm <i>A,B,C,D,A’,B’,C’,D’</i> thuộc cùng mặt cầu <i>(S)</i>.
b) Tìm bán kính mặt cầu <i>(S)</i>.
<b>ðS: </b> 10
4
<b>Bài 5: Cho tứ diện </b><i>ABCD</i> có <i>AB=CD=c, AC=BD=b, AD=BC=a</i>. Tìm diện tích mặt cấu ngoại tiếp tứ
diện.
<b>ðS: </b> ( 2 2 2)
2