Bài tập môn Toán học Lớp 8 - Bài: Hình chóp đều. Hình chóp cụt đều (Có đáp án)

Nội dung text: Bài tập môn Toán học Lớp 8 - Bài: Hình chóp đều. Hình chóp cụt đều (Có đáp án)

1. 3. HÌNH CHÓP ĐỀU. HÌNH CHÓP CỤT ĐỀU I. KIẾN THỨC CƠ BẢN  Hình chóp có: - Đáy là một đa giác, các mặt bên là những tam giác có chung một đỉnh. - Đường thẳng đi qua đỉnh và vuông góc với mặt phẳng đáy gọi là đường cao. - Trong hình trên: hình chóp S.ABCD có đỉnh là S, đáy là tứ giác ABCD , ta gọi đó là hình chóp tứ giác.  Hình chóp đều Hình chóp S.ABCD trên có đáy là hình vuông ABCD , các mặt bên SAB , SBC , SCD và SDA là những tam giác cân bằng nhau. Ta gọi S.ABCD là hình chóp tứ giác đều Hình chóp đều là hình chóp có đáy là một đa giác đều, các mặt bên là những tam giác cân bằng nhau có chung đỉnh. - Chân đường cao của hình chóp đều trùng với tâm của đường tròn đi qua các đỉnh của mặt đáy. - Đường cao vẽ từ đỉnh của mỗi mặt bên của hình chóp đều được gọi là trung đoạn của hình chóp đó.  Hình chóp cụt đều Hình chóp cụt đều là phần hình chóp đều nằm giữa mặt phẳng đáy của hình chóp và mặt phẳng song song với đáy và cắt hình chóp. – Mỗi mặt bên của hình chóp cụt đều là một hình thang cân.  Diện tích xung quanh của hình chóp đều. - Diện tích xung quanh của hình chóp đều bằng nữa tích của chu vi đáy với trung đoạn. Sxq pd (p là nữa chu vi đáy; d là trung đoạn của hình chóp) – Diện tích toàn phần của hình chóp bằng tổng của diện tích xung quanh và diện tích đáy. Stp Sxq S (S: diện tích đáy)  Thể tích của hình chóp đều – Thể tích của hình chóp bằng một phần ba của diện tích đáy nhân với chiều cao.
2. 1 V S h (S: diện tích đáy, h: chiều cao) 3 III. BÀI TẬP Bài 1: Cho hình chóp tam giác đều A.BCD . Gọi H là trung điểm CD. Chứng minh: a) CD vuông góc với mặt phẳng (AHB) b) AC ^ BD a) Hình chóp A.BCD là hình chóp tam giác đều nên tam giác CBD là tam giác đều các tam ACB, ACD, ADB là các tam giác cân tại A. H là trung điểm CD suy ra HB ^ CD;AH ^ CD Vậy CD vuông góc với hai đường thẳng cắt nhau thuộc mặt phẳng (AHB) nên CD ^ mp(AHB) b) Gọi E là trung điểm BD ta có AE ^ BD;CE ^ BD Vậy BD vuông góc với hai đường thẳng cắt nhau thuộc mặt phẳng (AEC ) nên CD ^ mp(AEC) suy ra CD vuông góc với mọi đường thẳng thuộc mp(AEC ) Hay AC ^ BD Bài 2: Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD . Gọi O là giao điểm của AC và BD. Chứng minh a) SO vuông góc với mp(ABCD) b) mp(SAC ) vuông góc với mp(ABCD) HD:a) Hình chóp tứ giác đều S.ABCD nên có ABCD là hình vuông, các cạnh bên bằng nhau.
3. Ta có SBD là tam giác cân tại A có OD = OB nên SO là đường cao của tam giác hay SO  BD Tương tự, ta có SO  AC SO vuông góc với hai đường thẳng cắt nhau thuộc mp(ABCD) nên SO ^ mp(ABCD) b) Ta có AC Î mp(SAC) ; BD Î mp(SBD) Mà BD ^ AC nên mp(SAC)  mp(SBD) Bài 3: Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD có AB = 2cm , SA = 4cm . Tính độ dài trung đoạn và chiều cao của hình chóp đều này. HD: Hình chóp tứ giác đều S.ABCD có AB = 2cm , SA = 4cm , nên ABCD là hình vuông và các cạnh bên bằng nhau. AC Ta có AC BD AD2 AB2 22 22 2 2 ; AO 2 2 Trong tam giác vuông SOA vuông tại O, theo Pytago ta có SO SA2 AO2 44 ( 2)2 3 2 Vậy chiều cao hình chóp là 3 2cm Gọi H là trung điểm AB, ta có SH là trung đoạn của hình chóp Trong tam giác SBH vuông tại H, theo Pytago ta có SH SB2 IB2 42 11 15 Vậy độ dài trung đoạn là 15cm Bài 4: Cho hình chóp tam giác đều S.ABC có AB = 3cm , cạnh bên SA = 4cm . Tính chiều cao của hình chóp. Hình chóp tam giác đều S.ABC nên ABC là tam giác đều. Gọi H là trung điểm AB, O là trong tâm tam giác ABC
4. Ta có CH là đường cao tam giác ABC Trong tam giác CHB vuông tại H ta có 2 2 2 2 3 3 3 HC CB HB 3 ; 2 2 2 2 3 3 OC = CH = × = 3 3 3 2 Trong tam giác vuông SOC vuông tại O ta có SO SC 2 OC 2 42 ( 3)2 13 Vậy chiều cao của hình chóp là 13cm Bài 5: Một hình chóp cụt đều có đáy lớn bằng 12cm , đáy bé bằng 8cm và cạnh bên bằng 13cm 13cm . Tính độ dài trung đoạn và chiều cao của hình chóp cụt đó. HD: Hình chóp cụt đều ta thấy mặt bên là hình thang cân AA 'D 'D . Vẽ đường cao A 'E và D 'F , ta có AD A' D ' 12 8 A' E D ' F 2 2 2 Vậy độ dài trung đoạn là 2 cm Khai triển hình chóp cụt đều ta thấy Trong hình thang vuông OBB 'O ' vẽ đường cao B 'I ta có BD OB 6 2;O ' B ' 4 2 ; BI OB O ' B ' 2 2 2 Vậy đường cao hình chóp cụt đều là B ' I B ' B2 BI 2 13 (2 2)2 5 Bài 6: Cho hình chóp tứ giác đều có độ dài cạnh đáy bằng 8cm và độ dài cạnh bên bằng 5cm. Tính diện tích toàn phần của hình chóp. HD: Trong tam giác vuông SHB, theo pytago ta có SH SB2 HB2 52 42 3
5. 2 Diện tích đáy là Sd 8.8 64 cm Diện tích xung quanh hình chóp là 2 Sxq pd (8 8).3 48 cm Diện tích toàn phần hình chóp 2 Stp Sxq Sd 64 48 112 cm Bài 7: Tính diện tích toàn phần của hình chóp tứ giác đều S.ABCD biết BD 12 2cm, SC 10cm HD: Hình chóp tứ giác đều S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông nên AD = AB , ta có BD AD2 AB2 AB 2 12 2 AB 12 Trong tam giác vuông SHB , theo pytago ta có SH SB2 HB2 102 62 8 Trong tam giác SOB vuông tại O, theo Pytago ta có SO SB2 OB2 102 (6 2)2 2 7 2 Diện tích đáy là Sd 12.12 144 cm Diện tích xung quanh hình chóp là 2 Sxq pd (12 12).8 192 cm Diện tích toàn phần hình chóp 2 Stp Sxq Sd 144 192 336 cm Bài 8: Tính diện tích toàn phần của hình chóp tam giác đều biết cạnh đáy bằng 10cm, cạnh bên bằng 13cm. Bài giải Tam giác BCA cân tại S có SI ^ AB tại I, theo Pytago ta có 2 2 AB 2 2 ST SB 13 5 12 2 Tam giác ABC là tam giác đều có cạnh là a = 10cm nên chiều cao tam giác đều là a 3 10 3 h CI 5 3 . 2 2 S.ABC là hình chóp đều nên chân đường cao H trùng với giao điểm ba đường trung 2 2 10 3 tuyến của tam giác, ta có SH ^ CI và HC CI .5 3 3 3 3
6. Trong tam giác SHC vuông tại H, theo định lí Pytago ta có 2 2 2 2 10 3 HS SC CH 13 11,6 3 1 1 Diện tích đáy là S CIAB .5 3 10 25 3 cm2 2 2 10 10 10 2 Sxq pd 12 180 cm 2 Vậy diện tích toàn phần của hình chóp là 2 Stp Sxq Sd 11,6 180 191,6 cm Bài 9: Tính thể tích hình chóp tứ giác đều biết độ dài cạnh đáy bằng 6cm và độ dài cạnh bên bằng 43cm Ta có AC 62 62 6 2cm . Suy ra FC = 3 2cm Áp dụng định lí pytago trong tam giác vuông EFC ta có 2 EF EC 2 FC 2 43 (3 2)2 43 18 25 5cm Diện tích tứ giác đáy S 6.6 36cm 1 1 Thể tích hình chóp: V Sh 36.5 60cm3 3 3 Bài 10: Tính thể tích hình chóp tam giác đều biết chiều cao bằng 12cm và cạnh bên bằng 4cm. S.ABC là hình chóp đều nên chân đường cao H trùng với giao điểm ba đường trung 2 tuyến của tam giác, ta có SH ^ CI và HC CI 3 Trong tam giác SHC vuông tại H, theo định lí pytago ta có 2 HC SC 2 SH 2 42 12 2 Suy ra CI = 3cm Tam giác ABC là tam giác đều, giả sử có cạnh là a nên chiều a 3 cao tam giác đều là h mà CI là chiều cao tam giác ABC 2 2h 2.3 nên cạnh tam giác đều là 2 3 hay AB = 2 3cm 3 3
7. 1 1 Diện tích đáy là S CI.AB .3.2 3 3 3 cm2 2 2 1 1 Thể tích hình chóp là V Sh 3 3  12 6 cm3 3 3 Bài 11: Tính thể tích hình chóp tứ giác đều biết độ dài cạnh đáy bằng 4cm và độ dài cạnh bên bằng 24cm Bài giải E.ABCD là hình chóp tứ giác đều có đáy ABCD là hình vuông, có cạnh AB = 4cm Ta có AC 42 42 4 2cm Suy ra FC = 2 2cm Áp dụng định lí pytago trong tam giác vuông EFC ta có 2 EF EC 2 FC 2 24 (2 2)2 24 8 16 4cm Chiều cao hình chóp là 4cm Diện tích tứ giác đáy S 4.4 16cm 1 1 Thể tích hình chóp V Sh 16.4 21,3cm3 3 3 Bài 12: Tính thể tích hình chóp tam giác đều biết độ dài cạnh bên bằng 6cm và cạnh bên đáy 3cm. 3 Gọi H là trọng tâm tam giác ABC , HC cắt AB tại D, ta có AD DB 2 Tam giác CDB vuông tại D, theo định lí Pytago, ta có 2 2 2 2 3 3 3 DC BC BD 3 và 2 2 2 2 3 3 HC CD  3 3 3 2 Tam giác SHC vuông tại H, ta có SH SC 2 HC 2 ( 6)2 ( 3)2 3 Thể tích của hình chóp đều là 1 1 1 1 1 3 3 9 V S h DC.AB .SH .3 3 cm3 d 3 3 2 3 2 2 4
8. Bài 13: Tính thể tích hình chóp tứ giác đều có trung đoạn bằng 5cm và diện tích xung quanh bằng 80cm2 . HD: Diện tích xung quanh hình chóp tứ giác đều có cạnh đáy là a cm, trung đoạn là 5cm: 2 Sxq p d 2a.5 80cm Hay a = 8cm Ta có AC 82 82 8 2cm BF 4 2cm Ta có FI = 4cm (vì FI là đường trung bình của tam giác ABC, tam giác ABC có cạnh AB = a = 8cm ) Áp dụng định lí pytago trong tam giác vuông EFI ta có EF EI 2 FI 2 52 42 3cm 1 1 Thể tích hình chóp V S h 82.3 64cm3 3 3 Bài 14: Một hình chóp cụt đều ABCD.A 'B 'C 'D ' có các cạnh đáy bằng a và 2a, đường cao của mặt bên bằng a. a) Tính diện tích xung quanh b) Tính cạnh bên, đường cao của hình chóp cụt đều. Bài giải a) Diện tích xung quanh của hình chóp cụt đều 1 1 S ( p p)d (4.2a 4a)a 6a2 xq 2 2 b) Khai triển hình chóp cụt đều ta thấy mặt bên là hình thang cân ABA’B’. Vẽ đường cao A’H và B’K , ta có AB A' B ' a AH BK 2 2 Trong hình thang vuông OBB’O’ vẽ đường cao B 'I ta có BD a 2 OB a 2;O ' B ' 2 2 a 2 BI OB O ' B ' 2
9. Vậy đường cao hình chóp cụt đều là 2 2 2 2 a 5 a 2 a 3 B ' I B ' B BI 2 2 2 Bài 15: Cho hình chóp tam giác đều S.ABC . Gọi M, N, P lần lượt là trung điểm các cạnh SA, SB, SC. Chứng minh ABC.MNP là hình chóp cụt tam giác đều. Ta có AB/ / MN ; BC/ / NP nên mp(MNP)/ / mp(ABC ). Mặt khác, S.ABC là hình chóp tam giác đều nên SA = SB = SC Suy ra S· AB S· BC , do đó AMNB là hình thang cân. Tương tự BNPC ; AMPC là các hình thang cân Vậy ABC.MNP là hình chóp cụt tam giác đều. 1 Bài 15: Cho hình chóp tứ giác đều có diện tích xung quanh bằng diện tích toàn phần. 2 Chứng minh rằng các mặt bên của hình chóp là các tam giác vuông cân. Hình chóp tứ giác đều S.ABCD có đáy là hình vuông, các cạnh bên là các tam giác cân tại S (1) Gọi a là độ dài cạnh đáy, d là trung đoạn của hình chóp 2 Ta có Sxq pd 2ad ; Stp Sxq Sd 2ad a 1 1 2 1 2 1 1 Mặt khác Sxq Stp 2ad 2ad a ad a 0 a d a 0 d a 2 2 2 2 2 1 Gọi G là trung điểm AB suy ra GB a 2
10. 1 Ta có SG là trung đoạn hình chóp SG a 2 1 Vậy trong tam giác SGB có GB = SG = a và Gµ 90 nên SGB là tam giác vuông cân 2 tại G G· SB 45 (2) Tương tự, ta có G· SA 45 (3) Từ (2), (3) suy ra B· SA 90 (4) Từ (1), (4) suy ra ASB vuông cân tại S Tương tự ta chứng minh được các cạnh bên của hình chóp là tam giác vuông cân. TỰ LUYỆN S Bài 1: Tính diện tích toàn phần và thể tích của hình chóp tứ giác đều S.ABCD (nếu làm tròn đến chữ số thập phân thứ hai ) a) Biết AB = 6cm , SI = 5cm. b) Biết SH = 4cm , SB = 5cm. D c) Biết AB = 5cm , SB = 5cm. A I H B C Bài 2: Cho hình chóp tam giác đềuS.ABC . Gọi O là tâm đường tròn ngoại tiếp ABC và D, E, F lần lượt là trung điểm của các cạnh AB, BC, CA . a) Chứng minh S·DO S· EO S· FO . b) Tính diện tích xung quanh và thể tích của hình chóp. 1) Nếu biết SO 12cm , AB 10cm. 2) Nếu biết các mặt bên là các tam giác đều, OA 3 cm , AB 3cm 3) Nếu biết OC 2 3cm và S·DO 600 Bài 3: Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD . Có SH 15 cm, AB 16 cm a) Tính trung đoạn, diện tích xung quanh, diện tích toàn phần và thể tích của hình chóp. b) Gọi H' là trung điểm của SH. Cắt hình chóp bởi 1 mặt phẳng đi qua H' và song song với mặt phẳng đáy ABCD ta được hình chóp cụt đều ABCD.A 'B'C'D' .Tính diện tích xung quanh và thể tich của hình chóp cụt. (làm tròn đến chữ số thập phân thứ hai).
11. KẾT QUẢ - ĐÁP SỐ III. BÀI TẬP TỰ LUẬN Bài 3: Bài 4: Bài 5: Bài 8: IV. BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM