Cho hình chóp tứ giác đều có tất cả các cạnh đều bằng aa. Một mặt phẳng thay đổi, vuông góc với SOS O và cắt SOS O, SAS A, SBS B, SCS C, SDS D lần lượt tại II, MM, NN, PP, QQ. Một hình trụ có một đáy là đường tròn ngoại tiếp tứ giác MNPQM N P Q và một đáy nằm trên mặt phẳng (ABCD)\left( A B C D \right). Thể tích khối trụ lớn nhất bằng

A.  

πa328\dfrac{\pi a^{3} \sqrt{2}}{8}

B.  

πa3327\dfrac{\pi a^{3} \sqrt{3}}{27}

C.  

πa322\dfrac{\pi a^{3} \sqrt{2}}{2}

D.  

πa3227\dfrac{\pi a^{3} \sqrt{2}}{27}

Đáp án đúng là: D

Giải thích đáp án:

Cho hình chóp tứ giác đều có tất cả các cạnh đều bằng aa. Một mặt phẳng thay đổi, vuông góc với SOS O và cắt SOS O, SAS A, SBS B, SCS C, SDS D lần lượt tại II, MM, NN, PP, QQ. Một hình trụ có một đáy là đường tròn ngoại tiếp tứ giác MNPQM N P Q và một đáy nằm trên mặt phẳng (ABCD)\left( A B C D \right). Thể tích khối trụ lớn nhất bằng
A. πa328\dfrac{\pi a^{3} \sqrt{2}}{8}B. πa3327\dfrac{\pi a^{3} \sqrt{3}}{27}C. πa322\dfrac{\pi a^{3} \sqrt{2}}{2}D. πa3227\dfrac{\pi a^{3} \sqrt{2}}{27}
Lời giải



Ta có OC=AC2=a22O C = \dfrac{A C}{2} = \dfrac{a \sqrt{2}}{2} SO=a2a22=a22\Rightarrow S O = \sqrt{a^{2} - \dfrac{a^{2}}{2}} = \dfrac{a \sqrt{2}}{2}.
Do (MNPQ)\left( M N P Q \right) song song với mặt đáy nên IPOC=SISOIPa22=SIa22IP=SI\dfrac{I P}{O C} = \dfrac{S I}{S O} \Leftrightarrow \dfrac{I P}{\dfrac{a \sqrt{2}}{2}} = \dfrac{S I}{\dfrac{a \sqrt{2}}{2}} \Leftrightarrow I P = S I.
IO=SOOI=a22IP\Rightarrow I O = S O - O I = \dfrac{a \sqrt{2}}{2} - I P.
Khi đó ta có thể tích khối trụ là V=IO.π.IP2=π(a22IP)IP2V = I O . \pi . I P^{2} = \pi \left( \dfrac{a \sqrt{2}}{2} - I P \right) I P^{2}
Cách 1:
Đặt x=IPx = I P với 0<x<a220 < x < \dfrac{a \sqrt{2}}{2}, khi đó:
Xét hàm số f(x)=(a22x)x2f \left( x \right) = \left( \dfrac{a \sqrt{2}}{2} - x \right) x^{2} với 0<x<a220 < x < \dfrac{a \sqrt{2}}{2}
Ta có
Bảng biến thiên:



Từ bảng biến thiên ta thấy maxx(0;a22)f(x)=f(a23)=a3227\underset{x \in \left( 0 ; \dfrac{a \sqrt{2}}{2} \right)}{max} f \left( x \right) = f \left( \dfrac{a \sqrt{2}}{3} \right) = \dfrac{a^{3} \sqrt{2}}{27} Vmax=πa3227\Rightarrow V_{max} = \dfrac{\pi a^{3} \sqrt{2}}{27}.
Cách 2:
Áp dụng bất đẳng thức Am – Gm:
V=12π(a22IP)IP.IP12π((a22IP+IP+IP))327=πa3227V = \dfrac{1}{2} \pi \left( a \sqrt{2} - 2 I P \right) I P . I P \leq \dfrac{1}{2} \pi \dfrac{\left(\left( a \sqrt{2} - 2 I P + I P + I P \right)\right)^{3}}{27} = \dfrac{\pi a^{3} \sqrt{2}}{27}.
Đẳng thức xảy ra a22IP=IPIP=a23\Leftrightarrow a \sqrt{2} - 2 I P = I P \Leftrightarrow I P = \dfrac{a \sqrt{2}}{3}.

Câu hỏi tương tự:


Đề thi chứa câu hỏi này:

ĐỀ THI THỬ TN THPT 2023 - MÔN TOÁN - Lương Thế Vinh - Lần 1THPT Quốc giaToán

1 mã đề 50 câu hỏi 1 giờ 30 phút

354 lượt xem 168 lượt làm bài