Giải bài 10 trang 49 SGK hình học lớp 12 phần Mặt cầu:
Cho hình chóp \(S.ABC\) có bốn đỉnh đếu nằm trên một mặt cầu, \(SA = a, SB = b, SC = c\) và ba cạnh \(SA, SB, SC\) đôi một vuông góc. Tính diện tích mặt cầu và thể tích khối cầu được tạo bởi mặt cầu đó.
Vì tam giác \(SAB\) vuông đỉnh \(S\) nên \(J\) là trung điểm của \(AB\).
Ta có \(SJ ={1 \over 2}AB = {1 \over 2}\sqrt {{a^2} + {b^2}}\)
Do \(SC\) vuông góc \((SAB)\) nên \(IJ // SC\).
Gọi \(H\) là trung điểm \(SC\), ta có \(SH = IJ = {c \over 2}\).
Do vậy, \(I{S^2} = I{J^2} + S{J^2} = {{({a^2} + {b^2} + {c^2})} \over 4}\) và bán kính hình cầu ngoại tiếp \(S.ABC\) là
\(r = IS = {1 \over 2}\sqrt {{a^2} + {b^2} + {c^2}} \)
Diện tích mặt cầu là:
\(S = 4\pi {r^2} = \pi ({a^2} + {b^2} + {c^2})\)
Thể tích khối cầu là :
\(V = {4 \over 3}\pi {r^3} = {1 \over 6}\pi {\left( {{a^2} + {b^2} + {c^2}} \right)^{{3 \over 2}}}\).
Cho hình chóp \(S.ABC\) có bốn đỉnh đếu nằm trên một mặt cầu, \(SA = a, SB = b, SC = c\) và ba cạnh \(SA, SB, SC\) đôi một vuông góc. Tính diện tích mặt cầu và thể tích khối cầu được tạo bởi mặt cầu đó.
Lời giải chi tiết
Gọi \(I\) là tâm cầu ngoại tiếp hình chóp tam giác \(S.ABC\). Hạ \(IJ\) vuông góc \((SAB)\), vì \(I\) cách đều \(3\) điểm \(S, A, B\) nên \(J\) cũng cách đều \(3\) điểm \(S, A, B\).Vì tam giác \(SAB\) vuông đỉnh \(S\) nên \(J\) là trung điểm của \(AB\).
Ta có \(SJ ={1 \over 2}AB = {1 \over 2}\sqrt {{a^2} + {b^2}}\)
Do \(SC\) vuông góc \((SAB)\) nên \(IJ // SC\).
Gọi \(H\) là trung điểm \(SC\), ta có \(SH = IJ = {c \over 2}\).
Do vậy, \(I{S^2} = I{J^2} + S{J^2} = {{({a^2} + {b^2} + {c^2})} \over 4}\) và bán kính hình cầu ngoại tiếp \(S.ABC\) là
\(r = IS = {1 \over 2}\sqrt {{a^2} + {b^2} + {c^2}} \)
Diện tích mặt cầu là:
\(S = 4\pi {r^2} = \pi ({a^2} + {b^2} + {c^2})\)
Thể tích khối cầu là :
\(V = {4 \over 3}\pi {r^3} = {1 \over 6}\pi {\left( {{a^2} + {b^2} + {c^2}} \right)^{{3 \over 2}}}\).