Giải bài 44 trang 130 – SGK Toán lớp 9 tập 2

Cho hình vuông ABCD nội tiếp đường tròn tâm O, bán kính R và GEF là tam giác đều nội tiếp đường tròn đó, EF là dây song song với AB (h.119). Cho hình đó quay quanh trục GO. Chứng minh rằng:

a) Bình phương thể tích của hình trụ sinh ra bởi hình vuông bằng tích của thể tích hình cầu sinh ra bởi hình tròn và thể tích hình nón do tam giác đều sinh ra.

b) Bình phương diện tích toàn phần của hình trụ bằng tích của diện tích hình cầu và diện tích toàn phần của hình nón.

Lời giải:

Hướng dẫn:

- Xác định kích thức của mỗi hình được tọa thành.

- Áp dụng công thức đã biết tính thể tích và diện tích của mỗi hình rồi so sánh

a)

Đường tròn có bán kính R thì độ dài cạnh hình vuông là: \(R\sqrt{2} \)

Tam giác EGF có đường đường cao bằng \(\dfrac{3}{2}GO=\dfrac{3R}{2}\) và độ dài cạnh là \(R\sqrt{3} \)

Thể tích hình trụ có bán kính đáy là \(\dfrac{DC}{2}=\dfrac{R\sqrt{2}}{2} \) và chiều cao là \(AB=R\sqrt{2}\) là:

 \({{V}_{1}}=\pi .{{\left( \dfrac{R\sqrt{2}}{2} \right)}^{2}}.R\sqrt{2}=\dfrac{\pi {{R}^{3}}\sqrt{2}}{2} \,\,(đvtt)\)

Thể tích hình cầu là: \({{V}_{2}}=\dfrac{4}{3}\pi {{R}^{3}} \,\,(dvtt)\)

Thể tích hình nón có bán kính đáy \(\dfrac{EF}{2}=\dfrac{R\sqrt{3}}{2} \) và chiều cao là \(\dfrac{3R}{2}\)  là: \({{V}_{3}}=\dfrac{1}{3}\pi {{\left( \dfrac{R\sqrt{3}}{2} \right)}^{2}}.\dfrac{3R}{2}=\dfrac{3\pi {{R}^{3}}}{8}\,(dvtt) \)

Ta có: 

\(V_{1}^{2}={{\left( \dfrac{\pi R^3\sqrt{2}}{2} \right)}^{2}}=\dfrac{{{\pi }^{2}}{{R}^{6}}}{2}=\dfrac{4}{3}\pi {{R}^{3}}.\dfrac{3}{8}\pi {{R}^{3}}={{V}_{2}}.{{V}_{3}} \)

b. 

Diện tích toàn phần của hình trụ là:

\({{S}_{1}}=2{{S}_{\text{đáy}}}+{{S}_{xq}}=2.\pi .{{\left( \dfrac{R\sqrt{2}}{2} \right)}^{2}}+2\pi \dfrac{R\sqrt{2}}{2}.R\sqrt{2}=3\pi {{R}^{2}} \,\,(dvdt)\)

Diện tích hình cầu là: \({{S}_{2}}=4\pi {{R}^{2}} \,\,(dvdt)\)

Diện tích toàn phần hình nón là:

\({{S}_{3}}=\pi {{\left( \dfrac{R\sqrt{3}}{2} \right)}^{2}}+\pi \dfrac{R\sqrt{3}}{2}.R\sqrt{3}=\dfrac{9}{4}\pi {{R}^{2}}\,\,(dvdt)\)

Ta có: \(S_{1}^{2}=9{{\pi }^{2}}{{R}^{4}}=4\pi {{R}^{2}}.\dfrac{9}{4}\pi {{R}^{2}}={{S}_{2}}.{{S}_{3}} \)