Câu hỏi:

Cho khối chóp S.ABCD có chiều cao bằng 9 và đáy là hình bình hành có diện tích bằng 10. Gọi M, N, PQ lần lượt là trọng tâm các mặt bên SAB, SBC, SCDSDA. Thể tích của khối đa diện lồi có đỉnh là các điểm M, N, P, Q, BD bằng

  • A \(9\)
  • B \(\dfrac{{50}}{9}.\)
  • C \(30\)
  • D \(\dfrac{{25}}{3}.\)

Phương pháp giải:

- Xác định thiết diện \(A'B'C'D'\) của hình chóp cắt bởi mặt phẳng \(\left( {MNPQ} \right)\).

- Phân chia khối đa diện:

\(\begin{array}{l}{V_{MNPQBD}} = {V_{A'B'C'D'.ABCD}} - {V_{B.B'MN}} - {V_{D.D'PQ}} - {V_{A'MQ.ABD}} - {V_{C'NP.CBD}}\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, = {V_{A'B'C'D'.ABCD}} - 2{V_{B.B'MN}} - 2{V_{A'MQ.ABD}}\end{array}\)

- Sử dụng công thức tính thể tích chóp cụt: \(V = \dfrac{1}{3}\left( {S + S' + \sqrt {S.S'} } \right).h\) với \(S,\,\,S'\) là diện tích hai đáy, \(h\) là chiều cao của khối chóp cụt.

Lời giải chi tiết:

Thiết diện của hình chóp cắt bởi \(\left( {MNPQ} \right)\) là tứ giác \(A'B'C'D'\)  như hình vẽ.

Khi đó ta có:

\(\begin{array}{l}{V_{MNPQBD}} = {V_{A'B'C'D'.ABCD}} - {V_{B.B'MN}} - {V_{D.D'PQ}} - {V_{A'MQ.ABD}} - {V_{C'NP.CBD}}\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, = {V_{A'B'C'D'.ABCD}} - 2{V_{B.B'MN}} - 2{V_{A'MQ.ABD}}\end{array}\)

+) Ta có: Hình bình hành \(A'B'C'D'\) là \(ABCD\) đồng dạng theo tỉ số \(\dfrac{2}{3}\) nên \(\dfrac{{{S_{A'B'C'D'}}}}{{{S_{ABCD}}}} = {\left( {\dfrac{2}{3}} \right)^2} = \dfrac{4}{9}\) \( \Rightarrow {S_{A'B'C'D'}} = \dfrac{4}{9}{S_{ABCD}}\).

Lại có: \(d\left( {S;\left( {A'B'C'D'} \right)} \right) = \dfrac{2}{3}d\left( {S;\left( {ABCD} \right)} \right)\).

\(\begin{array}{l} \Rightarrow \dfrac{{{V_{S.A'B'C'D'}}}}{{{V_{S.ABCD}}}} = \dfrac{{\dfrac{1}{3}d\left( {S;\left( {A'B'C'D'} \right)} \right).{S_{A'B'C'D'}}}}{{\dfrac{1}{3}d\left( {S;\left( {ABCD} \right)} \right).{S_{ABCD}}}} = \dfrac{2}{3}.\dfrac{4}{9} = \dfrac{8}{{27}}\\ \Rightarrow {V_{S.A'B'C'D'}} = \dfrac{8}{{27}}{V_{S.ABCD}}\\ \Rightarrow {V_{A'B'C'D'.ABCD}} = \left( {1 - \dfrac{8}{{27}}} \right){V_{S.ABCD}} = \dfrac{{19}}{{27}}{V_{S.ABCD}}\end{array}\)

+) Ta có \(BS \cap \left( {A'B'C'D'} \right) = B'\)

\(\begin{array}{l} \Rightarrow \dfrac{{d\left( {B;\left( {A'B'C'D'} \right)} \right)}}{{d\left( {S;\left( {A'B'C'D'} \right)} \right)}} = \dfrac{{BB'}}{{SB'}} = \dfrac{1}{2}\\ \Rightarrow d\left( {B;\left( {A'B'C'D'} \right)} \right) = \dfrac{1}{2}d\left( {S;\left( {A'B'C'D'} \right)} \right)\\ \Rightarrow d\left( {B;\left( {A'B'C'D'} \right)} \right) = \dfrac{1}{2}.\dfrac{2}{3}d\left( {S;\left( {ABCD} \right)} \right)\\ \Rightarrow d\left( {B;\left( {A'B'C'D'} \right)} \right) = \dfrac{1}{3}d\left( {S;\left( {ABCD} \right)} \right)\end{array}\)

Lại có:  \({S_{B'MN}} = \dfrac{1}{4}{S_{A'B'C'}} = \dfrac{1}{8}{S_{A'B'C'D'}} = \dfrac{1}{8}.\dfrac{4}{9}{S_{ABCD}} = \dfrac{1}{{18}}{S_{ABCD}}\)

\( \Rightarrow {V_{B.B'MN}} = \dfrac{1}{3}.\dfrac{1}{{18}} = \dfrac{1}{{54}}{V_{S.ABCD}}\).

+) \({S_{C'NP}} = {S_{B'MN}} = \dfrac{1}{{18}}{S_{ABCD}}\); \({S_{BCD}} = \dfrac{1}{2}{S_{ABCD}}\),

\(d\left( {\left( {A'B'C'D'} \right);\left( {ABCD} \right)} \right) = d\left( {B;\left( {A'B'C'D'} \right)} \right) = \dfrac{1}{3}d\left( {S;\left( {ABCD} \right)} \right)\).

\(\begin{array}{l} \Rightarrow {V_{C'NP.CBD}} = \left( {\dfrac{1}{{18}}{S_{ABCD}} + \dfrac{1}{2}{S_{ABCD}} + \sqrt {\dfrac{1}{{18}}.\dfrac{1}{2}} {S_{ABCD}}} \right).\dfrac{1}{3}d\left( {S;\left( {ABCD} \right)} \right)\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, = \dfrac{{13}}{{54}}{S_{ABCD}}.d\left( {S;\left( {ABCD} \right)} \right) = \dfrac{{13}}{{54}}{V_{S.ABCD}}\end{array}\)

\( \Rightarrow \) \({V_{MNPQBD}} = \left( {\dfrac{{19}}{{27}} - 2.\dfrac{1}{{54}} - 2.\dfrac{{13}}{{54}}} \right){V_{S.ABCD}} = \dfrac{5}{{27}}{V_{S.ABCD}}\).

Mà \({V_{S.ABCD}} = \dfrac{1}{3}.9.10 = 30\).

Vậy \({V_{MNPQBD}} = \dfrac{5}{{27}}.30 = \dfrac{{50}}{9}\).

Chọn B.


Quảng cáo

Luyện Bài Tập Trắc nghiệm Toán 12 - Xem ngay