Đề bài - bài 43 trang 62 sbt hình học 12 nâng cao

Đề bài

Đường cao của hình nón gấp hai lần bán kính đáy của nó. Tính tỉ số thể tích hình cầu ngoại tiếp và nội tiếp hình nón đó.

Lời giải chi tiết

Xét mp(P) qua trục SO của hình nón thì(P)cắt hình nón theo tam giác cânSAB, (P)cắt mặt cầu ngoại tiếp và nội tiếp hình nón theo các đường tròn có bán kính lần lượt làRvàr.

Các đường tròn này ngoại tiếp và nội tiếp tam giác cânSAB.

Kí hiệu \({V_1},{V_2}\) là thể tích của các hình cầu đã nêu thì \({{{V_1}} \over {{V_2}}} = {\left( {{R \over r}} \right)^3}.\)

Đặt \(\widehat {SAB}\) =\(\alpha \) và gọiIlà tâm đường tròn nội tiếp \(\Delta SAB\) thì

\(2R = \) \(\frac{{AB}}{{\sin \widehat {{\rm{AS}}B}}}\)=\({{AB} \over {\sin 2\alpha }}\) và \(r = IO = {{AB} \over 2}\tan {\alpha \over 2}.\)

Từ đó \({R \over r} = {1 \over {\sin 2\alpha \tan {\alpha \over 2}}}.\)

Mặt khác \(\tan \alpha = {{SO} \over {AO}} = 2,\) vậy

\(\eqalign{ & \sin 2\alpha = {{2\tan \alpha } \over {1 + {{\tan }^2}\alpha }} = {4 \over 5};2 = \tan \alpha = {{2\tan {\alpha \over 2}} \over {1 - {{\tan }^2}{\alpha \over 2}}} \cr & \Rightarrow \tan {\alpha \over 2} = {{\sqrt 5 - 1} \over 2} \cr} \)

( do \(\tan {\alpha \over 2} > 0)\).

Như vậy \({R \over r} = {{5\left( {\sqrt 5 + 1} \right)} \over 8},\) tức là \({{{V_1}} \over {{V_2}}} = {{125{{\left( {\sqrt 5 + 1} \right)}^3}} \over {512}} \)