Một hình chóp được cắt song song với đáy
Cắt một hình chóp đều bằng mặt phẳng song song với đáy, phần nằm giữa mặt cắt và đáy là hình chóp cụt đều. Hai đáy là hai đa giác đều đồng dạng nằm trong hai mặt phẳng song song. Chiều cao là khoảng cách giữa hai mặt đó.
Thể tích theo hai diện tích đáy
Gọi $B,b$ lần lượt là diện tích đáy lớn và đáy nhỏ, $h$ là chiều cao. Công thức thể tích:
$$V=\frac h3\left(B+b+\sqrt{Bb}\right).$$
$B,b$ là **diện tích**, không phải cạnh đáy. Nếu hai đáy có tỉ số độ dài tương ứng $k$ thì tỉ số diện tích là $k^2$. Trong bài chóp cụt đều, không thay $h$ bằng cạnh bên hay đường cao của một mặt bên nếu chưa chứng minh chúng vuông góc đáy.
Hai đáy vuông và chiều cao đã biết
Một hình chóp cụt tứ giác đều có cạnh đáy lớn $6$ cm, cạnh đáy nhỏ $2$ cm, chiều cao $3$ cm. Tính thể tích.
Hai đáy là hình vuông, nên $B=6^2=36$ cm², $b=2^2=4$ cm². Khi đó $\sqrt{Bb}=\sqrt{36\cdot4}=12$ cm².
Thay vào công thức:
$$V=\frac33(36+4+12)=52\text{ cm}^3.$$
Không thay trực tiếp $6$ và $2$ vào vị trí $B,b$, vì đó là độ dài cạnh, chưa phải diện tích.
Tính với hai đáy khác
Chóp cụt tứ giác đều có hai cạnh đáy $3$ cm, $1$ cm và chiều cao $6$ cm. Thể tích bằng bao nhiêu?
Kết quả này dùng độ dài cạnh $3,1$ thay cho diện tích. Cần dùng $9,1$ trong công thức.
Đúng: hai diện tích là $9,1$; thể tích bằng $\frac63(9+1+3)=26$ cm³.
kiểm lại hệ số $h/3=2$ và tổng $9+1+3=13$; tích của chúng là $26$.
Kết quả này thiếu phép chia cho $3$ trong công thức thể tích chóp cụt.
Lời giải
Có $B=9$, $b=1$ cm² và $\sqrt{Bb}=3$ cm². Do đó $V=\frac63(9+1+3)=26$ cm³.
Khi đề cho cạnh bên thay vì chiều cao
Chóp cụt tứ giác đều $ABCD.A'B'C'D'$ có cạnh đáy lớn $6$ cm, cạnh đáy nhỏ $2$ cm, cạnh bên $AA'=\sqrt{17}$ cm. Tính thể tích.
Gọi $O,O'$ là tâm hai đáy; $OO'$ là đường cao. Hạ $A'H\perp(ABCD)$. Vì hai đáy là các mặt cắt của cùng một chóp đều, $O,H,A$ thẳng hàng theo thứ tự ấy, và $OH=O'A'$.
Nửa đường chéo đáy lớn $OA=3\sqrt2$, nửa đường chéo đáy nhỏ $O'A'=\sqrt2$. Do đó $AH=OA-OH=2\sqrt2$ cm.
Trong tam giác $AA'H$ vuông tại $H$:
$$h=A'H=\sqrt{AA'^2-AH^2}.$$
Thay độ dài vừa tìm được:
$$h=\sqrt{17-8}=3\text{ cm}.$$
Hai diện tích đáy là $36$ và $4$ cm². Vì vậy $V=\frac33(36+4+12)=52$ cm³.
Nếu dùng nửa hiệu **cạnh đáy** là $2$ cm thay cho $AH$, ta đã nhầm hình chiếu của cạnh bên với hình chiếu của đường cao mặt bên. Ở đây $AH$ đi theo đường chéo đáy.
Phân biệt cạnh bên và đường cao mặt bên
Chóp cụt tứ giác đều có hai cạnh đáy $8$ cm, $4$ cm. Đường cao của mỗi mặt bên (hình thang cân) dài $5$ cm. Tính chiều cao khối.
Đường cao mặt bên còn có thành phần nằm ngang dài 2 cm.
Phương án dùng đúng dữ kiện và lập luận.
Độ lệch ngang là nửa hiệu hai cạnh đáy, bằng 2, không phải 4.
Trong tam giác vuông, đường cao mặt bên 5 là cạnh huyền nên phải trừ bình phương thành phần ngang.
Lời giải
Gọi $M,M\prime$ là trung điểm hai cạnh đáy tương ứng của một mặt bên. Đoạn $MM\prime=5$ cm là đường cao hình thang mặt bên. Hình chiếu của đoạn này lên đáy lớn có độ dài bằng hiệu khoảng cách từ tâm đến hai cạnh tương ứng, tức $(8-4)/2=2$ cm. Trong tam giác vuông chứa MM′, chiều cao khối bằng $\sqrt{5^2-2^2}=\sqrt{21}$ cm.
Chọn đúng mặt cắt để tìm cao
Nếu biết chiều cao, tính hai diện tích đáy rồi thay công thức. Nếu biết độ dài xiên, chọn tam giác vuông chứa đoạn ấy: cạnh bên đi với hiệu các bán kính ngoại tiếp đáy, đường cao mặt bên đi với hiệu các khoảng cách từ tâm đến cạnh. Với đáy vuông, đó lần lượt là nửa hiệu đường chéo và nửa hiệu cạnh.
Đang học