Trường THPT Trà cú - Tổ Tốn Chun đề :Thể tích khối đa diện GV thực hiện : Trần Phú vinh Chun đề : I. Mở đầu : Trong chương trình phổ thông , Hình học không gian là một bài toán rất khó đối với học sinh , do cả hai chương trình chuẩn và nâng cao đều đề cập đến thể tích của khối đa diện cụ thể ở đây là thể tích khối chóp, khối lăng trụ, do đó trong các kỳ thi tốt nghiệp THPT-Tuyển sinh ĐH-CĐ ,bài tốn HHKG là phần chung cho cả hai ban .Nhưng đa số học sinh thường bỏ hoặc làm sai bài tốn này . Để giải được bài tốn này học sinh phải đọc thật kỹ đề bài và từ đó xác đònh giả thuyết bài toán, vẽ hình rồi tiến hành giải bài toán. Chính vì thế tơi quyết định chọn chun đề “Thể tích khối đa diện “, nhưng do thời gian thực hiện chun đề có hạn , nên ở đây tơi chỉ trình bày phần “Thể tích của khối chóp “ để q Thầy Cơ và các em học sinh tham khảo , đồng thời đóng góp ý kiến để chun đề này hồn chỉnh hơn. Xin chân thành cám ơn ! II.:Nội dung : Thông thường bài toán về hình chóp được phân thành 2 dạng như sau: Cho hình chóp Hình chóp có cạnh bên vuông góc với mp đáy 2 ABC 1 1 S . . .2 3 . 3 2 2 AM BC a a a ∆ = = = Đa giác đáy : − Tam giác vuông − Tam giác cân − Tam giác đều − Hình vuông, chữ nhật Hình chóp đều A C B S O - Hình chóp tam giác đều - Hình chóp tứ giá Trường THPT Trà cú - Tổ Tốn Chun đề :Thể tích khối đa diện GV thực hiện : Trần Phú vinh  HỆ THỐNG KIẾN THỨC CƠ BẢN Trang 02 A. Các Tính Chất : 1. Tam giác thường: − Diện tích của tam giác * µ 1 . . .sin 2 ABC S AB AC A ∆ = ; 1 . . 2 ABC S BC AH ∆ = 2. Các tam giác đặc biệt : a. Tam giác vng : + Định lý pitago: 2 2 2 BC AB AC= + + Tỷ số lượng giác trong tam giác vng µ = = Đối sin Huyền b B a ; µ = = Kề cos Huyền c B a ; µ = = Đối tan Kề b B c + Diện tích tam giác vng: 1 . . 2 ABC S AB AC ∆ = b. Tam giác cân: + Đường cao AH cũng là đường trung tuyến + Tính đường cao và diện tích : µ .tanAH BH B= 1 . . 2 ABC S BC AH ∆ = c. Tam giác đều: + Đường cao của tam giác đều : = = 3 . 2 h AM AB ( đường cao h = cạnh x 3 2 ) + Diện tích : 2 3 ( ) . 4 ABC S AB ∆ = 2. Tứ giác a. Hình vng + Diện tích hình vng : 2 ( ) ABCD S AB= ( Diện tích bằng cạnh bình phương) + Đường chéo hình vng = = . 2AC BD AB + OA = OB = OC = OD ( đường chéo hình vng bằng cạnh x 2 ) b. Hình chữ nhật + Diện tích hình vng : . ABCD S AB AD= ( Diện tích bằng dài nhân rộng) + Đường chéo hình chữa nhật bằng nhau và OA = OB = OC = OD B. Thể Tích Khối Chóp: + Thể tích khối chóp : = 1 . . 3 V B h h H A B C c a b C B A A B C H B A G C M O B D A C O A B D C h S B A C H Trong đó :B là diện tích đa giác đáy , h : là đường cao của hình chóp  Các khối chóp đặc biệt : a. Khối tứ diện đều: + Tất cả các cạnh đều bằng nhau + Tất cả các mặt đều là các tam giác đều + O là trọng tâm của tam giác đáy Và AO ⊥ (BCD) B b. Khối chóp tứ giác đều + Tất cả các cạnh bên bằng nhau + Đa giác đáy là hình vng tâm O + SO ⊥ (ABCD)  LIÊN QUAN ĐẾN GÓC Trong chương trình Toán phổ thông , Hình học Không gian được phân phối học ở cuối năm lớp 11 và đầu năm lớp 12, kiến thức về góc ( góc giữa đường thẳng và mặt phẳng ; góc giữa hai mặt phẳng) được học vào cuối năm lớp 11 và đến đầu năm lớp 12 sẽ được vận dùng vào bài toán tính thể tích của khối chóp, khối lăng trụ. Đó là một vấn đề rất khó đối với học sinh lớp 12 khi vận dụng vì đa số học sinh quên và không biết cách vận dụng Ở đây, tôi hệ thống lại một số sai lầm mà học sinh thường gặp khi giải bài toán tính thể tích liên quan đến giả thuyết về góc Góc Góc giữa đường thẳng và mặt phẳng Góc giữa hai mặt phẳng 2 ABC 1 1 S . . .2 3 . 3 2 2 AM BC a a a ∆ = = = A C B S M O Xác đònh Góc giữa SB và (ABC) Ta có : ( ) SB ABC AB hc = ⇒ · · · ( ,( )) ( , )SB ABC SB AB SBA= = A C D M O O C D B A S Bài 1: Cho hình chóp S.ABC có tam giác ABC vng tại B, AB = a, · 0 60ACB = , cạnh bên SA vng góc với mặt phẳng đáy và SB tạo với mặt đáy một góc bằng 45 0 .Tính thể tích khối chóp S.ABC Giải  Phân tích cho học sinh hiểu đề bài và hướng dẫn học sinh vẽ hình: − Vẽ tam giác đáy, vẽ đường cao SA ⊥ (ABC) và vẽ thẳng đứng − Xác định góc giữa SB và (ABC) là góc giữa SB với hình chiếu của nó lên (ABC)  Lời giải: * Ta có : AB = a , ( ) SB ABC AB hc= ⇒ · · · ( ,( )) ( , ) 45 o SB ABC SB AB SBA= = = * ∆ ABC vng tại B có AB = a, · 0 60ACB = ⇒ 0 3 tan 60 3 3 AB a a BC = = = ⇒ 2 ABC 1 1 3 . 3 S . . . 2 2 3 6 a a BA BC a ∆ = = = * ∆ SAB vng tại A có AB= a, µ 0 45B = ⇒ .tan 45 o SA AB a= = * 2 3 . 1 1 . 3 . 3 . . . . 3 3 6 18 S ABC ABC a a V S SA a= = = Bài 2: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vng cạnh a, cạnh bên SA vng góc với mặt phẳng đáy và SC tạo với mặt đáy một góc bằng 60 0 .Tính thể tích khối chóp S.ABCD Giải Xác đònh góc giữa (SBC) và (ABC) Ta có : (SBC) ∩ (ABC) = BC SM ⊥ BC AM ⊥ BC ⇒ · · · (( ),( )) ( , )SBC ABC SM AM SMA= = Chú ý : Xác đònh hai đường thẳng nằm trong hai mặt phẳng và cùng vuông góc với giao tuyến tại một điểm 45 60 S B C A 60 A B D C S  Phân tích cho học sinh hiểu đề bài và hướng dẫn học sinh vẽ hình: − Vẽ tam giác đáy, vẽ đường cao SA ⊥ (ABC) và vẽ thẳng đứng − Xác định góc giữa SC và (ABCD) là góc giữa SC với hình chiếu AC của SC lên (ABCD)  Lời giải: * Ta có : ABCD là hình vuông cạnh a , ( ) SC ABCD AC hc= ⇒ · · · ( ,( )) ( , ) 60 o SC ABCD SC AC SCA= = = , 2 ABCD S a= * ∆ SAC vuông tại A có AC= 2a , µ 0 60C = ⇒ .tan 60 6 o SA AC a= = * 3 2 . 1 1 . 6 . . . . 6 3 3 3 S ABCD ABCD a V S SA a a= = = Baøi 3: Cho hình chóp S.ABC có tam giác ABC vuông tại B, AB = 3a , BC = a, cạnh bên SA vuông góc với mặt phẳng đáy ; mặt bên (SBC) tạo với mặt đáy (ABC) một góc bằng 60 0 .Tính thể tích khối chóp S.ABC Giải  Sai lầm của học sinh: − Gọi M là trung điểm BC − Ta có AM ⊥ BC SM ⊥ BC ⇒ · · · (( ),( )) ( , ) 60 o SBC ABC SM AM SMA= = = (Hình vẽ sai)  Lời giải đúng: * Ta có : AB = 3a , (SBC) ∩ (ABC) = BC AB ⊥ BC ( vì ∆ ABC vuông tại B) SB ⊥ BC ( vì ( ) SB ABC AB hc= ) ⇒ · · · (( ),( )) ( , ) 60 o SBC ABC SB AB SBA= = = * ∆ ABC vuông tại B có AB = 3a ,BC =a ⇒ 2 ABC 1 1 . 3 S . . 3. 2 2 2 a BA BC a a ∆ = = = * ∆ SAB vuông tại A có AB= a, µ 0 60B = ⇒ .tan 60 3 o SA AB a= = *: 2 3 . 1 1 . 3 . 3 . . . .3 3 3 2 2 S ABC ABC a a V S SA a= = =  Nhận xét: − Học sinh không lý luận để chỉ ra góc nào bằng 60 o , do đó mất 0.25 điểm − Học sinh xác định góc giữa hai mặt phẳng bị sai vì đa số học sinh không nắm rõ cách xác 60 M S B C A 60 S B C A định góc và cứ hiểu là góc SMA với M là trung điểm BC o Nếu đáy là tam giác vuông tại B (hoặc C), hình vuông và SA vuông góc với đáy thì góc giữa mặt bên và mặt đáy sẽ là góc được xác định tại một trong hai vị trí đầu mút của cạnh giao tuyến o Nếu đáy là một tam giác cân (đều) và SA vuông góc với đáy hoặc là hình chóp đều thì góc giữa mặt bên và mặt đáy là góc ở tại vị trí trung điểm của cạnh giao tuyến. Baøi 4 : Cho hình chóp S.ABC có đáy ABC là tam giác vuông cân tại A, cạnh BC = 2a , cạnh bên SA vuông góc với mặt phẳng đáy ; mặt bên (SBC) tạo với mặt đáy (ABC) một góc bằng 45 0 .Tính thể tích khối chóp S.ABC Giải  Sai lầm của học sinh: ⇒ · · (( ),( )) 45 o SBC ABC SBA= =  Lời giải đúng: * Ta có : AB = 3a , (SBC) ∩ (ABC) = BC Gọi M là trung điểm BC AM ⊥ BC ( vì ∆ ABC cân tại A) SM ⊥ BC ( vì ( ) SM ABC AM hc= ⇒ · · · (( ),( )) ( , ) 45 o SBC ABC SM AM SMA = = = * ∆ ABC vuông cân tại A có ,BC = 2a ⇒ AB = BC = a và AM = 2 2 a ⇒ 2 ABC 1 1 S . . . 2 2 2 a AB AC a a ∆ = = = * ∆ SAM vuông tại A có AM= 2 2 a , ¶ 0 45M = ⇒ 2 .tan 45 2 o a SA AB= = * 2 3 . 1 1 2 . 2 . . . . 3 3 2 2 12 S ABC ABC a a a V S SA= = =  Nhắc lại cách xác định góc : 1. Góc giữa đường thẳng d và mặt phẳng (P): a. Tìm hình chiếu d / của d lên mặt phẳng (P) b. Khi đó góc giữa d và (P) là góc giữa d và d / Bài 5 : Cho hình chóp S.ABCD có ABCD là hình vuông, SA vuông góc với (ABCD) và góc giữa SC với (ABCD) bằng 45 0 . Hãy xác định góc đó. Giải 45 M S B C A Ta có : = ( )ABCD AC hc SC ⇒ · · · = = =( ,( )) ( , ) 45 o SC ABCD SC AC SCA 2. Góc giữa hai mặt phẳng (P) và (Q) : c. Xác định giao tuyến d của (P) và (Q) d. Tìm trong (P) đường thẳng a ⊥ (d) , trong mặt phẳng (Q) đường thẳng b ⊥ (d) e. Khi đó góc giữa (P) và (Q) là góc giữa hai đường thẳng a và b Bài 6 : Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD có ABCD là hình vuông, và góc giữa mặt bên với mặt đáy bằng 60 0 . Hãy xác định góc đó. Giải Gọi M là trung điểm BC Ta có : (SBC) ∩ (ABCD) = BC (ABCD) ⊃ AM ⊥ BC (SBC) ⊃ SM ⊥ BC ( vì ( ) SM ABCD AM hc= ) ⇒ · · · (( ),( )) ( , ) 60 o SBC ABCD SM AM SMA= = = Baøi 7 : Trang 08 Cho hình chóp S.ABC có tam giác ABC vuông tại B, AB = a 2 , AC = a 3 , cạnh bên SA vuông góc với mặt phẳng đáy và SB = 3a .Tính thể tích khối chóp S.ABC Giải  Phân tích cho học sinh hiểu đề bài và hướng dẫn học sinh vẽ hình: − Vẽ tam giác đáy, vẽ đường cao SA ⊥ (ABC) và vẽ thẳng đứng − Sử dụng định lý pitago trong tam giác vuông  Lời giải: Ta có : AB = a 2 , AC = a 3 ,SB = 3a . * ∆ ABC vuông tại B nên 2 2 BC AC AB a= − = ⇒ 2 ABC 1 1 . 2 S . . 2. 2 2 2 a BA BC a a ∆ = = = * ∆ SAB vuông tại A có 2 2 SA SB AB a= − = 2 3 . 1 1 . 2 . 2 . . . . 3 3 2 6 S ABC ABC a a V S SA a= = = Baøi 8 : Cho hình chóp S.ABC có tam giác ABC vuông cân tại B, AC = a 2 , cạnh bên SA vuông góc với mặt phẳng đáy và SB = 3a .Tính thể tích khối chóp S.ABC 2 ABC 1 1 S . . .2 3 . 3 2 2 AM BC a a a ∆ = = = 45 O S C D B A 60 M O S A B C Giải  Phân tích cho học sinh hiểu đề bài và hướng dẫn học sinh vẽ hình: − Vẽ tam giác đáy, vẽ đường cao SA ⊥ (ABC) và vẽ thẳng đứng − Tam giác ABC vuông , cân tại B nên BA = BC và sử dụng định lý pitago trong tam giác vuông  Lời giải: Ta có : AC = a 2 , SB = 3a . * ∆ ABC vuông, cân tại B nên 2 2 AC BA BC a= = = ⇒ 2 ABC 1 1 S . . . 2 2 2 a BA BC a a ∆ = = = * ∆ SAB vuông tại A có 2 2 SA SB AB a= − = * 2 3 . 1 1 . . . . 3 3 2 6 S ABC ABC a a V S SA a= = = Baøi 9 : Cho hình chóp S.ABC có tam giác ABC đều cạnh 2a, cạnh bên SA vuông góc với mặt phẳng đáy và SB = 5a .Tính thể tích khối chóp S.ABC Giải  Phân tích cho học sinh hiểu đề bài và hướng dẫn học sinh vẽ hình: − Vẽ tam giác đáy, vẽ đường cao SA ⊥ (ABC) và vẽ thẳng đứng − Tam giác ABC đều có ba góc bằng 60 0 và sử dụng định lý pitago trong tam giác vuông SAB  Lời giải: * ∆ ABC đều cạnh 2a nên AB = AC = BC = 2a ⇒ 0 2 ABC 1 1 3 S . .sin 60 .2 .2 . . 3 2 2 2 BA BC a a a ∆ = = = * ∆ SAB vuông tại A có 2 2 SA SB AB a= − = * 3 2 . 1 1 . 3 . . . . 3. 3 3 3 S ABC ABC a V S SA a a = = = Baøi 10: Cho hình chóp S.ABC có tam giác ABC cân tại A, BC = 2a 3 , · 0 AC 120B = ,cạnh bên SA vuông góc với mặt phẳng đáy và SA =2a.Tính thể tích khối chóp S.ABC Giải  Phân tích cho học sinh hiểu đề bài và hướng dẫn học sinh vẽ hình: − Vẽ tam giác đáy, vẽ đường cao SA ⊥ (ABC) và vẽ thẳng đứng − Tam giác ABC cân tại A và Â = 120 0  Lời giải: * ∆ ABC cân tại A, · 0 AC 120B = , BC = 2a 3 ,AB = AC = BC = 2a 2 ABC 1 1 S . . .2 3 . 3 2 2 AM BC a a a ∆ = = = S B C A M S B C A Xét ∆ AMB vuông tại M có BM = a 3 , Â = 60 0 ⇒ AM = 0 3 tan 60 3 BM a a= = ⇒ 2 ABC 1 1 S . . .2 3 . 3 2 2 AM BC a a a ∆ = = = , SA = a * 3 2 . 1 1 . 3 . . . . 3. 3 3 3 S ABC ABC a V S SA a a= = = Baøi 11: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a 2 , cạnh bên SA vuông góc với mặt phẳng đáy và SC = 5a .Tính thể tích khối chóp S.ABCD Giải  Phân tích cho học sinh hiểu đề bài và hướng dẫn học sinh vẽ hình: − Vẽ đáy là hình vuông ( vẽ như hình bình hành), cao SA ⊥ (ABCD) và vẽ thẳng đứng − ABCD là hình vuông ; sử dụng định lý pitago trong tam giác vuông  Lời giải: Ta có : ABCD là hình vuông cạnh a 2 , SC = 5a * ( ) 2 2 ABCD S 2 2a a= = * Ta có : AC = AB. 2 = 2. 2 2a a= ∆ SAC vuông tại A ⇒ 2 2 SA SC AC a= − = * 3 2 . 1 1 2 . . .2 . 3 3 3 S ABCD ABCD a V S SA a a= = = Baøi 12: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông, cạnh bên SA vuông góc với mặt phẳng đáy và SA = AC = a 2 .Tính thể tích khối chóp S.ABCD Giải  Phân tích cho học sinh hiểu đề bài và hướng dẫn học sinh vẽ hình: − Vẽ đáy là hình vuông ( vẽ như hình bình hành), cao SA ⊥ (ABCD) và vẽ thẳng đứng − Biết AC và suy ra cạnh của hình vuông (Đường chéo hình vuông bằng cạnh nhân với 2 )  Lời giải: A B D C S A B D C S Ta có : SA = AC = a 2 * ABCD là hình vuông :AC = AB. 2 ⇒ 2 AC AB a= = 2 ABCD S a= , SA = a 2 * 3 2 . 1 1 . 2 . . . . . 2 3 3 3 S ABCD ABCD a V S SA a a= = = Baøi 13: Cho hình chóp tam giác đều S.ABC có cạnh đáy bằng a 3 , cạnh bên bằng 2a.Tính thể tích khối chóp S.ABC Giải  Phân tích cho học sinh hiểu đề bài và hướng dẫn học sinh vẽ hình: − Hình chóp tam giác đều có đáy là tam giác đều tâm O + Gọi M là trung điểm BC + O là trọng tâm của tam ABC + AM là đường cao trong ∆ ABC − Đường cao của hình chóp là SO ( SO ⊥ (ABC))  Lời giải: * S.ABC là hình chóp tam giác đều Gọi M là trung điểm BC ∆ ABC đều cạnh 3a , tâm O SO ⊥ (ABC) , SA=SB=SC = 2a * ∆ ABC đều cạnh 3a ⇒ AM = 3 3 3. 2 2 a a = ⇒ 2 2 3 AO= . . 3 3 2 a AM a= = ⇒ 2 0 ABC 1 1 3 3 . 3 S . .sin 60 . 3. 3. 2 2 2 4 a AB AC a a ∆ = = = * ∆ SAO vuông tại A có 2 2 . 3SO SA AO a= − = * 2 3 . 1 1 3 3 . 3 . . . . 3 3 4 4 S ABC ABC a a V S SA a= = =  Nhận xét: học sinh thường làm sai bài toán trên − Học sinh vẽ “sai” hình chóp tam giác đều vì + không xác định được vị trí điểm O + không hiểu tính chất của hình chóp đều là SO ⊥ (ABC) + không tính được AM và không tính được AO A C B S M O