Bài giảng mặt cầu, khối cầu

Tài liệu gồm 29 trang, trình bày lí thuyết trọng tâm và hướng dẫn giải các dạng bài tập chuyên đề mặt cầu, khối cầu, giúp học sinh lớp 12 tham khảo khi học chương trình Hình học 12 chương 2: Mặt nón – mặt trụ – mặt cầu.

Mục tiêu:
Kiến thức:
+ Nắm được các trường hợp giao của mặt cầu với mặt phẳng, giao của mặt cầu với đường thẳng, vị trí của một điểm với mặt cầu.
+ Nắm vững công thức tính diện tích mặt cầu và thể tích khối cầu.
Kĩ năng:
+ Biết vẽ hình trong từng bài toán cụ thể.
+ Biết tính bán kính, diện tích của mặt cầu và thể tích của khối cầu.
+ Giải được các bài toán liên quan đến khối cầu như bài toán tương giao với đường thẳng hay mặt phẳng, bài toán cực trị, bài toán thực tế.
I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
II. CÁC DẠNG BÀI TẬP
Dạng 1. Câu hỏi lí thuyết về mặt cầu, khối cầu.
Cần nắm vững phần kiến thức trọng tâm ở trên.
Dạng 2. Tính bán kính, diện tích mặt, thể tích khối cầu. Bài toán tương giao của mặt cầu với đường thẳng hay mặt phẳng.
Nắm vững các công thức tính diện tích và thể tích. Nắm vững các trường hợp tương giao của mặt cầu với đường thẳng hay mặt phẳng để rồi vận dụng các kiến thức của phần quan hệ song song, quan hệ vuông góc, các hệ thức lượng trong tam giác … để giải các bài tập.
Dạng 3. Mặt cầu ngoại tiếp hình đa diện.
Các khái niệm cần lưu ý:
+ Mặt cầu ngoại tiếp hình đa diện: là mặt cầu mà nó đi qua tất cả các đỉnh của hình đa diện. Tâm của mặt cầu ngoại tiếp cách đều tất cả các đỉnh của hình đa diện.
+ Trục của đa giác: là đường thẳng đi qua tâm của đường tròn ngoại tiếp đa giác và vuông góc với mặt phẳng chứa đa giác. Mọi điểm nằm trên trục thì cách đều các đỉnh của đa giác và ngược lại.
+ Mặt phẳng trung trực của đoạn thẳng: Là mặt phẳng đi qua trung điểm của đoạn thẳng và vuông góc với đoạn thẳng đó. Mọi điểm nằm trên mặt phẳng trung trực của đoạn thẳng thì cách đều hai điểm mút của đoạn thẳng và ngược lại.
Phương pháp giải: Đối với bài toán mặt cầu ngoại tiếp khối đa diện thì mấu chốt của vấn đề là phải xác định được tâm của mặt cầu ngoại tiếp khối đa diện đó. Khi xác định được tâm của mặt cầu ngoại tiếp thì ta có thể tính được các yếu tố còn lại như bán kính, diện tích mặt cầu, thể tích của khối cầu.
+ Cách 1. Tìm một điểm cách đều các đỉnh của khối đa diện theo định nghĩa mặt cầu.
+ Cách 2. Tâm mặt cầu ngoại tiếp khối đa diện là giao điểm của trục đường tròn ngoại tiếp đa giác đáy và mặt phẳng trung trực của một cạnh bên.
+ Cách 3. Dựa vào trục của đường tròn ngoại tiếp đa giác đáy và trục của đường tròn ngoại tiếp một mặt bên.
Dạng 4. Mặt cầu nội tiếp khối đa diện.
Mặt cầu nội tiếp khối đa diện là mặt cầu tiếp xúc với tất cả các mặt của khối đa diện.
Phương pháp giải: Xác định được và hiểu rõ khoảng cách từ tâm của mặt cầu nội tiếp khối đa diện tới các mặt của khối đa diện chính là bán kính của mặt cầu nội tiếp khối đa diện. Từ đó có thể tính được bán kính, diện tích xung quanh của mặt cầu, thể tích của khối cầu và giải được các bài toán liên quan.
Dạng 5. Bài toán cực trị.
Tương tự như bài toán cực trị về hình nón, hình trụ ta thường đánh giá trực tiếp dựa vào hình hoặc biểu diễn hay quy đại lượng cần tìm cực trị phụ thuộc vào một yếu tố sau đó đánh giá tìm ra đáp án.
Dạng 6. Bài toán thực tế.
Nắm vững kiến thức các dạng toán trên để giải bài toán thực tế liên quan đến mặt cầu.
Dạng 7. Dạng toán tổng hợp.
Sử dụng kiến thức về hình nón, hình trụ, hình cầu ở các dạng toán trên để giải bài toán tổng hợp.