Cho hai mặt cầu (S1)\left( S_{1} \right)(S2)\left( S_{2} \right) đồng tâm II, có bán kính lần lượt là R1=2R_{1} = 2R2=10R_{2} = \sqrt{10}. Xét tứ diện ABCDA B C D có hai đỉnh A, BA , \textrm{ } B nằm trên (S1)\left( S_{1} \right) và hai đỉnh C, DC , \textrm{ } D nằm trên (S2)\left( S_{2} \right). Thể tích lớn nhất của khối tứ diện ABCDA B C D bằng

A.  

626 \sqrt{2}.

B.  

323 \sqrt{2}.

C.  

424 \sqrt{2}.

D.  

727 \sqrt{2}.

Đáp án đúng là: A

Giải thích đáp án:

Cho hai mặt cầu (S1)\left( S_{1} \right)(S2)\left( S_{2} \right) đồng tâm II, có bán kính lần lượt là R1=2R_{1} = 2R2=10R_{2} = \sqrt{10}. Xét tứ diện ABCDA B C D có hai đỉnh A, BA , \textrm{ } B nằm trên (S1)\left( S_{1} \right) và hai đỉnh C, DC , \textrm{ } D nằm trên (S2)\left( S_{2} \right). Thể tích lớn nhất của khối tứ diện ABCDA B C D bằng
A. 626 \sqrt{2}. B. 323 \sqrt{2}. C. 424 \sqrt{2}. D. 727 \sqrt{2}.
Lời giải



Ta có VABCD=AB.CD.d(AB, CD).sin(AB, CD)6AB.CD.d(AB, CD)6V_{A B C D} = \dfrac{A B . C D . d \left( A B , \textrm{ } C D \right) . sin \left( A B , \textrm{ } C D \right)}{6} \leq \dfrac{A B . C D . d \left( A B , \textrm{ } C D \right)}{6}, khi ABCDA B \bot C D (1).
Gọi H, KH , \textrm{ } K lần lượt là trung điểm của ABA BCDC D, suy ra IHAB, IKCDI H \bot A B , \textrm{ } I K \bot C D.
IH=xI H = x với 0<x<20 < x < 2, ta có AB=24x2A B = 2 \sqrt{4 - x^{2}}.
IK=yI K = y với 0<y<100 < y < \sqrt{10} ta có CD=210y2C D = 2 \sqrt{10 - y^{2}}.
Khi đó d(AB, CD)HK=x+yd \left( A B , \textrm{ } C D \right) \leq H K = x + y, khi ba điểm H,I,KH , I , K thẳng hàng.
(1)VABCD24x2.210y2.(x+y)6=234x2.10y2.((x+y))2  (2).\left( 1 \right) \Leftrightarrow V_{A B C D} \leq \dfrac{2 \sqrt{4 - x^{2}} . 2 \sqrt{10 - y^{2}} . \left( x + y \right)}{6} = \dfrac{2}{3} \sqrt{4 - x^{2}} . \sqrt{10 - y^{2}} . \sqrt{\left(\left( x + y \right)\right)^{2}} \textrm{ }\textrm{ } \left( 2 \right) .
Ta có 2((x+y))23(2x2+y2)     ()2 \left(\left( x + y \right)\right)^{2} \leq 3 \left( 2 x^{2} + y^{2} \right) \textrm{ }\textrm{ }\textrm{ }\textrm{ }\textrm{ } \left( \star \right).
Thật vậy ()((2xy))20\left( \star \right) \Leftrightarrow \left(\left( 2 x - y \right)\right)^{2} \geq 0, đẳng thức xảy ra khi y=2xy = 2 x.
Khi đó (2)VABCD23.32.1282x2.10y2.2x2+y2\left( 2 \right) \Rightarrow V_{A B C D} \leq \dfrac{2}{3} . \dfrac{\sqrt{3}}{\sqrt{2}} . \dfrac{1}{\sqrt{2}} \sqrt{8 - 2 x^{2}} . \sqrt{10 - y^{2}} . \sqrt{2 x^{2} + y^{2}}
18=(82x2)+(10y2)+(2x2+y2)3(82x2)(10y2)(2x2+y2)318 = \left( 8 - 2 x^{2} \right) + \left( 10 - y^{2} \right) + \left( 2 x^{2} + y^{2} \right) \geq 3 \sqrt[3]{\left( 8 - 2 x^{2} \right) \left( 10 - y^{2} \right) \left( 2 x^{2} + y^{2} \right)}
216(82x2)(10y2)(2x2+y2)\Rightarrow 216 \geq \left( 8 - 2 x^{2} \right) \left( 10 - y^{2} \right) \left( 2 x^{2} + y^{2} \right).
Từ đây suy ra VABCD23.32.216=62V_{A B C D} \leq \dfrac{2}{3} . \dfrac{\sqrt{3}}{2} . \sqrt{216} = 6 \sqrt{2}.
Vậy Vmax=62V_{m a x} = 6 \sqrt{2} khi .

Câu hỏi tương tự:


Đề thi chứa câu hỏi này:

Đề thi thử Tốt nghiệp THPT Môn Toán 2023 - SỞ GD SƠN LA THPT Quốc giaToán

1 mã đề 50 câu hỏi 50 phút

1,446 lượt xem 763 lượt làm bài