Bài 2 trang 49 SGK Hình học lớp 12

Đề bài

Cho hình chóp tứ giác đều \(S.ABCD\) có tất cả các cạnh đều bằng \(a\). Hãy xác định tâm và bán kính mặt cầu ngoại tiếp hình chóp đó.

Lời giải chi tiết

Gọi \(I = AC ∩ BD\). 

Ta có ABCD là hình vuông cạnh \(a\) nên ta có:  \(AC = BD = AB\sqrt 2  = a\sqrt 2 .\)

\(\Delta ASC\) có \(S{A^2} + S{C^2} = {a^2} + {a^2} = 2{a^2} = A{C^2}\) nên là tam giác vuông cân tại \(S\).

Tương tự tam giác SBD cũng vuông cân tại S.

\( \Rightarrow \dfrac{1}{{S{I^2}}} = \dfrac{1}{{S{A^2}}} + \dfrac{1}{{S{C^2}}}\) \( = \dfrac{1}{{{a^2}}} + \dfrac{1}{{{a^2}}} = \dfrac{2}{{{a^2}}} \Rightarrow SI = \dfrac{{a\sqrt 2 }}{2}.\)

\( \Rightarrow IA = IB = IC = ID = IS = \dfrac{{a\sqrt 2 }}{2}\)

Vậy mặt cầu ngoại tiếp hình chóp \(SABCD\) có tâm \(I\) và bán kính \(R= \dfrac{{a\sqrt 2 }}{2}.\)

Cách khác:

Có thể tính IS như sau:

\(IS = \sqrt {S{A^2} - A{I^2}} \) \( = \sqrt {{a^2} - \dfrac{{2{a^2}}}{4}}  = \dfrac{{a\sqrt 2 }}{2}\)

Từ đó ta cũng kết luận được I là tâm mặt cầu ngoại tiếp hình chóp và bán kính bằng \(\dfrac{{a\sqrt 2 }}{2}\).