Hình trụ tròn xoay và khối trụ tròn xoay

Nội dung Hình vẽ

Ta xét hình chữ nhật . Khi quay hình chữ nhật xung quanh đường thẳng chứa một cạnh nào đó, chẳng hạn cạnh AB thì đường gấp khúc sẽ tạo thành một hình gọi là hình trụ tròn xoay, hay gọi tắt là hình trụ.

 Khi quay quanh hai cạnh và sẽ vạch ra hai hình tròn bằng nhau gọi là hai đáy của hình trụ, bán kính của chúng gọi là bán kính của hình trụ.

 Độ dài đoạn gọi là độ dài đường sinh của hình trụ.

 Phần mặt tròn xoay được sinh ra bởi các điểm trên cạnh khi quay xung quanh gọi là mặt xung quanh của hình trụ.

 Khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song chứa hai đáy là chiều cao của hình trụ.

 Diện tích xung quanh:

 Diện tích toàn phần:

 Thể tích:

3. MỘT SỐ DẠNG TOÁN VÀ CÔNG THỨC GIẢI BÀI TOÁN MẶT TRỤ 3. 1. Dạng 1. Thiết diện của hình trụ cắt bởi một mặt phẳng

Nội dung Hình vẽ

 

^{P  l}

r

 

^{P  l}

 l r

ABCD ABCD

ADCB

,

AB _AD BC

CD

CD AB

AB

Sxq  2rl. Stp 2rl 2r². V r h² .

Thiết diện vuông góc trục là một đường tròn bán kính

Thiết diện chứa trục là một hình chữ nhật trong đó và . Nếu thiết diện qua trục là một hình vuông

thì .

Thiết diện song song với trục và không chứa trục là hình chữ

nhật có khoảng cách tới trục là:

3. 2. Dạng 2. Thể tích khối tứ diện có 2 cạnh là đường kính 2 đáy

Nội dung Hình vẽ

Nếu như và là hai đường kính bất kỳ trên hai đáy của hình trụ thì:

* Đặc biệt:

Nếu và vuông góc nhau thì:

.

3. 3. Dạng 3. Xác định góc khoảng cách

Nội dung Hình vẽ

Góc giữa và trục :



^{AB OO, '}



^{A AB'}

Khoảng cách giữa và trục :

.

Nếu là một hình vuông nội tiếp trong hình trụ thì đường chéo của hình vuông cũng bằng đường chéo của hình trụ.

Nghĩa là cạnh hình vuông:

.

3. 4. Dạng 4. Xác định mối liên hệ giữa diện tích xung quanh, toàn phần và thể tích khối trụ trong bài toán tối ưu

Nội dung Hình vẽ

R ABCD AB 2R AD h

h 2R BGHC

 

 

d OO'; BGHC OM

O M A

D

B

C G

H

AB CD

 

VABCD 1AB CD OO AB CD

. . '.sin ,

 6 AB CD

VABCD 1AB CD OO

. . '

 6

O' A O B

D

C

AB OO '

O

O' A

A' B

AB OO '

 

d AB OO; ' OM

M O

O' A

A'

B

ABCD

AB 2  4R² h²

I O

D O'

B A

C

Một khối trụ có thể tích V không đổi.

 Tìm bán kính đáy và chiều cao hình trụ để diện tích toàn phần nhỏ nhất:

 Tìm bán kính đáy và chiều cao hình trụ để diện tích xung quanh cộng với diện tích 1 đáy và nhỏ nhất:

3. 5. Dạng 5. Hình trụ ngoại tiếp, nội tiếp một hình lăng trụ đứng

Cho hình lăng trụ tam giác đêu nội tiếp trong một hình trụ. Thể tích khối lăng trụ là V thì thể tích khối trụ là

Cho hình lăng trụ tứ giác đêu ngoại tiếp trong một hình trụ. Diện tích xung quanh hình trụ là S_xq thì diện tích xung quanh của hình lăng trụ là

B – BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM

Câu 1: Cho hình trụ có các đáy là hai hình tròn tâm O và O’, bán kính đáy bằng chiều cao và bằng a. Trên đường tròn đáy tâm O lấy điểm A, trên đường đáy tâm O’ lấy điểm B sao cho AB2 .a Tính thể tích của khối tứ diện OO 'AB.

A.

3 3

12

a B.

3

12

a C.

5 3 3 12

a D.

3 3

2 a Lời giải

Kẻ đường sinh AA’. Gọi D là điểm đối xúng của A’ qua O’ và H là hình chiếu vuông góc của B trên đường thẳng A D’ .

 

' '

' BH A D

BH AOOA BH AA

 

 

 



tp

R V

S V

h

3

3

min 4

2 4











 

 



R V

S V

h

3

3

min 









 

 



V_(T) 4 V 9

 

ABCD A B C D. ' ' ' '

xq

S 2S

 

a 2a

H

O O'

A

A' D

B

Do đó, BH là chiều cao của tứ diện OO 'AB Thể tích khối tứ diện OO ' : ¹. _'. 3 ^AOO AB V  S_ BH

Tam giác AA B' vuông tại A’ cho: A B'  AB²A A' ²  4a²a² a 3 Tam giác A B'  A D' ²A B' ²  4a² 3a² a.

Suy ra BO D' là tam giác đều cạnh a.

Từ đó 3

2 .

BH a Do OAOO'=a nên tam giác AOO'vuông cân tại O.

Diện tích tam giác AOO' là: _' ¹ .OO'=^{1 2}

2 2

S_AOO  OA a Vậy

3

1 3 1 2 3

. . .

3 2 2 12

a a

V  a 

Chọn A

Câu 2: (KÊNH TRUYỀN HÌNH GIÁO DỤC QUỐC GIA VTV7 –2019) Cho khối trụ

 

^{T , AB và}

CD lần lượt là hai đường kính trên các mặt đáy của khối

 

^T . Biết góc giữa AB và CD là 30, AB6cm và thể tích khối ABCD là 30cm³. Khi đó thể tích khối trụ

 

^{T là}

A. 90cm³. B. 30cm³. C. 45cm³. D. ^{90 3 3} 270 cm

. Lời giải

Chọn A

Gọi h , V lần lượt là chiều cao và thể tích khối trụ

 

^{T .}



^,

  

d AB CD h cm

  .

Ta có : ^{1 .sin}



^;



^{. . 1 .sin 30 .62}

6 6

VABCD  h AB CD AB CD h  ⁶ ₂ ¹⁰

 

sin 30 .6 VABCD

h cm

  

 .

 

 

2

. 90 3 T 2

V ^AB^ h  cm

    

  .

Câu 3: Cho lăng trụ ABC A B C. ' ' ', đáy ABC là tam giác có AB5,AC8 và góc



^{AB AC,}



^{60 .0}

Gọi V V, ' lần lượt là thể tích của khối lăng trụ ngoại tiếp và nội tiếp khối lăng trụ đã cho. Tính tỉ số V^'?

V

A. ⁹

49 B. ⁹

4 C. ¹⁹

49 D. ²⁹

49 Lời giải

Áp dụng đinh lý cosin trong tam giác ABC ta c

2 2 2 0 1

2 . . os60 25 64 2.5.8. 49.

BC  AB AC  AB AC c    2 Diện tích tam giác ABC là:

1 0 1 3

. .sin 60 .5.8. 10 3.

2 2 2

S  AB AC  

Mặt khác:

. . 4 ,

ABC

AB AC BC

S  R với R là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC.

. . 5.8.7 7 3

4 ABC 4.10 3 3 . AB AC BC

R S

   

Ngoài ra: S_ABC pr, trong đó ¹

 

¹⁰

p2 ABBCAC  và r là bán kính đường tròn nội

tiếp tam giác ABC 10 3

10 3 SABC

r p

   

Hình trụ ngoại tiếp và nội tiếp lăng trụ đã cho có bán kính đáy lần lượt là R r, và có chiều cao bằng chiều cao của hình lăng trụ.

Giả sử h là chiều cao hình lăng trụ, ta có: V R h² và V r h² Vậy ^{' 9} .

49 V

V  Chọn A

Câu 4: Cho một khối trụ có bán kính đáy ra và chiều cao h2a. Mặt phẳng ( )P song song với trục '

OO của khối trụ chia khối trụ thành 2 phần, gọi V₁ là thể tích phần khối trụ chứa trục OO', V2 là thể tích phần còn lại của khối trụ. Tính tỉ số ¹

2

V

V , biết rằng ( )P cách OO' một khoảng bằng 2

2 a .

A. ^{3 2} 2







 . B. ^{3 2}

2







 . C. ^{2 3}

2







 . D. ^{2 3}

2







 . Lời giải

Thể tích khối trụ V r h² a².2a2a³. Gọi thiết diện là hình chữ nhật ABB A' '.

8 5

60⁰

C

B O

O'

A A'

C'

B'

Dựng lăng trụ ABCD A B C D. ’ ’ ’ ’ như hình vẽ.

Gọi H là trung điểm AB.

Ta có OH ABOH (ABB A' ')  2 2 OH a

 2

2

AH BH a OH.

 OAB vuông cân tại O  ABCD là hình vuông.

Từ đó suy ra:

  

^{3 2}



³

2 . ' ' ' '

1 1 ( 2)

2 ( 2) .2

4 ABCD A B C D 4 2

V V V a a a a 

 

     .

3 3

3

1 2

( 2) (3 2)

2 2 2

a a

V V V a  

  

     . Suy ra ¹

2

3 2

2 V

V





 

 . Chọn A

Câu 5: Cho một hình trụ có bán kính đáy R5, chiều cao h6. Một đoạn thẳng AB có độ dài bằng 10 và có hai đầu mút nằm trên hai đường tròn đáy. Tính khoảng cách giữa đường thẳng AB và trục của hình trụ?

A. 3 B. 4 C. 2 D. 1

Lời giải Gọi hai đường tròn đáy là

   

^{O , O' và}

 

^,

 

^{' .}

A O B O Kẻ hai đường sinh ,

AD BC ta được tứ giác ABCD là một hình chữ nhật và ^{mp ABCD}

 

^{/ /OO '.}

Do đó, khoảng cách giữa OO’ và AB bằng khoảng cách từ O đến ^{mp ABCD}

 

^.

Tam giác ACB vuông tại C nên ta có:

2 2 2 2

10 6 8.

AC AB BC    Gọi I là trung điểm AC, ta có:

 

OI AC

OI ABCD OI AD

 

 

 



Vậy khoảng cách giữa đường thẳng AB và trục OO’ của hình trụ là:

2 2 2 2

5 4 3.

OI  OA IA    Chọn B

I B

D

O O'

A C

Câu 6: Một hình trụ có bán kính đáy bằng 50cm và có chiều cao là 50cm. Một đoạn thẳng AB có chiều dài là 100cm và có hai đầu mút nằm trên hai đường tròn đáy. Tính khoảng cách d từ đoạn thẳng đó đến trục hình trụ.

A. d 50cm B. d50 3cm C. d25cm D. d 25 3cm Lời giải

Kẻ AA1 vuông góc với đáy, A1 thuộc đáy. Suy ra:

           

1/ / 1 1/ / 1 1, 1, 1 1, 1

OO AA OO AA B d OO AB d OO AA B d O AA B Tiếp tục kẻ O H₁  A B₁ tại H, vì O1H nằm trong đáy nên

cũng vuông góc với A1A suy ra:

 

1 1

O H  AA B . Do đó



1,

 

1,



1

  

1,



1

 

1

d OO AB d OO AA B d O AA B O H Xét tam giác vuông AA B₁ ta có

2 2

1 1 50 3

A B AB AA 

Vậy O H₁  O A_{1 1}²A H₁ ² 25cm Chọn C

Câu 7: Cho hình trụ có bán kính đáy R và chiều cao R lấy hai điểm A, B nằm trên hai đường tròn đáy sao

Trong tài liệu Trắc nghiệm VD – VDC nón – trụ – cầu – Đặng Việt Đông - Học Tập Trực Tuyến Cấp 1,2,3 - Hoc Online 247 (Trang 84-90)