Câu hỏi:
Cho khối lăng trụ tam giác đều có cạnh đáy bằng a. Góc giữa đường chéo của mặt bên và đáy của lăng trụ là 600. Tính diện tích mặt cầu ngoại tiếp hình lăng trụ đó.
Phương pháp giải:
Công thức tính diện tích mặt cầu: \({{S}_{mc}}=4\pi {{R}^{2}}\)
Lời giải chi tiết:
Gọi O và O’ là tâm đường tròn ngoại tiếp 2 đáy như hình vẽ
Ta có: Rcầu = IA = IB = IC = IA’ = IB’ = IC’
Ta có góc giữa đường chéo A’B với mặt đáy (ABC) chính là góc \(\widehat{ABA'}={{60}^{0}}\)
Khi đó ta có: \(AA'=AB.\tan {{60}^{0}}=a.\sqrt{3}\)
Ta có: \(IO=\frac{OO'}{2}=\frac{AA'}{2}=\frac{a\sqrt{3}}{2}\)
Tam giác ABC đều với O là trọng tâm nên \(AO=\frac{2}{3}.\frac{a\sqrt{3}}{2}=\frac{a\sqrt{3}}{3}\)
Xét tam giác vuông AIO ta có:
\(I{{A}^{2}}=I{{O}^{2}}+A{{O}^{2}}={{\left( \frac{a\sqrt{3}}{2} \right)}^{2}}+{{\left( \frac{a\sqrt{3}}{3} \right)}^{2}}=\frac{3{{a}^{2}}}{4}+\frac{3{{a}^{2}}}{9}=\frac{13{{a}^{2}}}{12}\Rightarrow IA=\frac{a\sqrt{39}}{6}\) Vậy diện tích mặt cầu ngoại tiếp hình lăng trụ là:
\(S=4\pi .{{R}^{2}}=4\pi .{{\left( \frac{a\sqrt{39}}{6} \right)}^{2}}=4\pi .\frac{{{a}^{2}}.39}{36}=\frac{13}{3}\pi {{a}^{2}}\)
Chọn A.