Toán 8 Bài 38 (Kết nối tri thức): Hình chóp tam giác đều

Giải Toán 8 Bài 38: Hình chóp tam giác đều

Giải Toán 8 trang 112 Tập 2

Mở đầu trang 112 Toán 8 Tập 2: Đỉnh FANSIPAN (Lào Cai) cao 3 143 m, là đỉnh núi cao nhất Đông Dương. Trên đỉnh núi, người ta đặt một chóp làm bằng inox có dạng hình chóp tam giác đều cạnh đáy dài 60 cm, cạnh bên dài khoảng 96,4 cm (H.10.1). Hỏi tổng diện tích các mặt bên của hình chóp là bao nhiêu?

Lời giải:

Sau bài học này, ta sẽ giải quyết được bài toán trên như sau:

Giả sử hình chóp tam giác đều trên đỉnh núi là S.ABC. Khi đó tam giác ABC là tam giác đều có cạnh bằng 60 cm, các mặt bên SAB, SAC, SBC là các tam giác cân tại S với cạnh bên dài 96,4 cm.

Nửa chu vi của hình tam giác đều ABC là

p = (60 + 60 + 60) : 2 = 90 (cm).

Gọi SH là đường cao của tam giác SAB. Khi đó SH là trung đoạn của hình chóp tam giác đều.

Vì tam giác SAB cân tại S nên SH đồng thời là đường trung tuyến hay H chính là trung điểm của AB, suy ra HA = HB = $\frac{AB}{2}=\frac{60}{2}=30$ (cm).

Tam giác SAH vuông tại H, theo định lý Pythagore, ta có:

SA² = SH² + HA², suy ra SH² = SA² – HA² = (96,4)² – 30² = 8 392,96.

Do đó SH ≈ 91,61 cm.

Tổng diện tích các mặt bên của hình chóp hay diện tích xung quanh của hình chóp tam giác đều S.ABC là

S­_xq ≈ 90 . 91,61 = 8 244,9 (cm²).

1.Hình chóp tam giác đều

Giải Toán 8 trang 113 Tập 2

Câu hỏi trang 113 Toán 8 Tập 2: Hãy gọi tên đỉnh, cạnh bên, mặt bên, mặt đáy, đường cao, một trung đoạn của hình chóp tam giác đều S.ABC trong Hình 10.2.

Lời giải:

Hình chóp tam giác đều S.ABC có:

– Đỉnh: S;

– Cạnh bên: SA, SB, SC;

– Mặt bên: các tam giác SAB, SAC, SBC;

– Mặt đáy: tam giác ABC;

– Đường cao: SO;

– Một trung đoạn: SH.

Chú ý: Ngoài SH ra, còn có những trung đoạn khác.

Giải Toán 8 trang 114 Tập 2

HĐ1 trang 114 Toán 8 Tập 2: Quan sát hình chóp tam giác đều và hình khai triển của nó (H.10.6). Hãy tính tổng diện tích các mặt bên của hình chóp.

Lời giải:

Nhận thấy các mặt bên của hình chóp được tạo bởi 3 hình tam giác bằng nhau.

Diện tích của một tam giác này là: $\frac{1}{2}$⋅ 6 ⋅ 5 = 15 (cm²).

Suy ra tổng diện tích các mặt bên là: 15 . 3 = 45 (cm²).

2. Diện tích xung quanh và thể tích của hình chóp tam giác đều

HĐ2 trang 114 Toán 8 Tập 2: Hãy tính tích của nửa chu vi mặt đáy với trung đoạn của hình chóp tam giác đều. So sánh kết quả vừa tính với tổng diện tích các mặt bên của hình chóp.

Lời giải:

Có nửa chu vi mặt đáy là: $\frac{1}{2}$ (5 + 5 + 5) = $\frac{15}{2}$ (cm).

Có trung đoạn là: 6 cm.

Suy ra tích của nửa chu vi mặt đáy với trung đoạn của hình chóp tam giác đều là:

$\frac{15}{2}$ ⋅ 6 = 45.

Kết quả này bằng với tổng diện tích các mặt bên của hình chóp.

Luyện tập trang 114 Toán 8 Tập 2: Tính diện tích xung quanh của hình chóp tam giác đều S.MNP trong Hình 10.8, biết IP = 3 cm và cạnh bên SP = 5 cm.

Lời giải:

Xét tam giác SIP vuông tại I, từ định lí Pythagore, suy ra

SI² = SP² – IP² = 5² – 3² = 16.

Suy ra SI = 4 cm.

Trung đoạn của hình chóp tam giác đều S.MNP là d = SI = 4 cm.

Vì tam giác SMP cân tại S nên đường cao SI đồng thời là đường trung tuyến của tam giác SMP, do đó I là trung điểm của MP. Suy ra MP = 2IP = 6 cm.

Tam giác đều MNP có nửa chu vi đáy là p = $\frac{1}{2}$(6 + 6 + 6) = 9 (cm).

Diện tích xung quanh của hình chóp tam giác đều S.MNP: S_xq = 9 . 4 = 36 (cm²).

Giải Toán 8 trang 116 Tập 2

Vận dụng trang 116 Toán 8 Tập 2: Hình 10.11 mô tả hình chóp trong tình huống mở đầu. Dựa vào đó, em hãy trả lời câu hỏi của bài toán.

Lời giải:

Nửa chu vi của hình tam giác đều ABC là

p = (60 + 60 + 60) : 2 = 90 (cm).

Vì SH là đường cao của tam giác SBC nên SH là trung đoạn của hình chóp tam giác đều.

Vì tam giác SBC cân tại S nên SH đồng thời là đường trung tuyến hay H chính là trung điểm của BC, suy ra HC = HB =$\frac{BC}{2}=\frac{60}{2}=30$ (cm).

Tam giác SCH vuông tại H, theo định lý Pythagore, ta có:

SC² = SH² + HC², suy ra SH² = SC² – HC² = (96,4)² – 30² = 8 392,96.

Do đó SH ≈ 91,61 cm.

Tổng diện tích các mặt bên của hình chóp hay diện tích xung quanh của hình chóp tam giác đều S.ABC là

S­_xq ≈ 90 . 91,61 = 8 244,9 (cm²).

Bài tập

Bài 10.1 trang 116 Toán 8 Tập 2: Gọi tên đỉnh, cạnh bên, mặt bên, mặt đáy, đường cao và một trung đoạn của hình chóp tam giác giác đều trong Hình 10.12.

Lời giải:

– Đỉnh: S;

– Cạnh bên: SD, SE, SF;

– Mặt bên: các tam giác SDE, SEF, SDF;

– Mặt đáy: tam giác DEF;

– Đường cao: SO;

– Một trung đoạn: SI.

Bài 10.2 trang 116 Toán 8 Tập 2: Vẽ và cắt một tam giác đều có cạnh 10 cm (H.10.13) rồi gấp theo đường màu cam để được hình chóp tam giác đều (H.10.14).

Lời giải:

Học sinh tự cắt và gấp theo hướng dẫn ở đề bài.

Bài 10.3 trang 116 Toán 8 Tập 2: Cho hình chóp tam giác đều S.MNP có độ dài cạnh đáy bằng 6 cm, chiều cao bằng 5 cm (H.10.15).

a) Tính diện tích tam giác MNP.

b) Tính thể tích hình chóp S.MNP, biết $\sqrt{27}\approx \mathrm{5,2}$.

Lời giải:

a) Vì tam giác MNP đều nên MN = NP = MP = 6 cm.

Tam giác SNP cân tại S có SI là đường cao nên SI đồng thời là trung tuyến hay I là trung điểm của NP. Suy ra IN = IP = 3 cm.

Xét tam giác MIN vuông tại I, theo định lí Pythagore suy ra:

MI² = MN² – IN² = 6² – 3² = 27.

Suy ra MI = $\sqrt{27}\approx \mathrm{5,2}$(cm).

Diện tích tam giác MNP là S = $\frac{1}{2}$ . MI . NP ≈ $\frac{1}{2}$. 5,2 . 6 = 15,6 (cm²).

b) Thể tích hình chóp S.MNP là

V = $\frac{1}{3}$. S . SH ≈ $\frac{1}{3}$. 15,6 . 5 = 26 (cm³).

Bài 10.4 trang 116 Toán 8 Tập 2: Nhà bạn Thu có một đèn trang trí có dạng hình chóp tam giác đều như Hình 10.16. Các cạnh của hình chóp đều bằng nhau và bằng 20 cm. Bạn Thu dự định sẽ dán các mặt bên của đèn bằng những tấm giấy màu. Tính diện tích giấy bạn Thu sử dụng (coi như mép dán không đáng kể). Cho biết $\sqrt{300}\approx \mathrm{17,32}$.

Lời giải:

Mỗi mặt của đèn trang trí là một tam giác đều có cạnh bằng 20 cm.

Hình chóp S.ABC trên mô tả chiếc đèn trang trí, gọi H là trung điểm của AB.

Khi đó SH là trung đoạn của hình chóp tam giác đều S.ABC.

Ta có AH = HB = 20 : 2 = 10 (cm).

Sử dụng định lí Pythagore trong tam giác vuông SAH, ta suy ra

SH² = SA² – AH² = 20² – 10² = 300.

Suy ra SH = $\sqrt{300}\approx \mathrm{17,32}$ cm.

Nửa chu vi mặt đáy ABC là p = $\frac{1}{2}\left(20+20+20\right)=30$(cm).

Tổng diện tích các mặt bên của hình chóp đều S.ABC là:

S_xq = 30 . 17,32 = 519,6 (cm²).

Vậy diện tích giấy màu bạn Thu cần sử dụng là 519,6 cm².

Lý thuyết Hình chóp tam giác đều

1. Định nghĩa

Hình chóp tam giác đều có:

- Đáy là tam giác đều.

- 3 cạnh bên bằng nhau.

- 3 mặt bên là các tam giác cân bằng nhau và có chung một đỉnh.

- 3 cạnh đáy bằng nhau là ba cạnh của tam giác đáy.

- Chân đường cao kẻ từ đỉnh tới mặt đáy là điểm cách đều các đỉnh của tam giác đáy.

2. Diện tích xung quanh và thể tích của hình chóp tam giác đều

a. Diện tích xung quanh của hình chóp tam giác đều

Diện tích xung quanh, kí hiệu là $S_{xq}$ của hình chóp tam giác đều được tính theo công thức:

$S_{xq}=p.d$,

trong đó p là nửa chu vi đáy, d là trung đoạn.

b. Thể tích của hình chóp tam giác đều

Thể tích của hình chóp tam giác đều bằng $\frac{1}{3}$ diện tích đáy nhân với chiều cao.

$V=\frac{1}{3}S.h$

trong đó V là thể tích,

S là diện tích đáy,

h là chiều cao.

Ví dụ: Cho hình chóp tam giác đều sau:

Diện tích xung quanh của hình chóp là: $S_{xq}=\frac{3.8}{2}.10=120(c{m}^2)$

$\begin{array}{l}CD=\sqrt{8^2-{\left(\frac{8}{2}\right)}^2}=4\sqrt{3}\\ OD=\frac{1}{3}CD=\frac{1}{3}.4\sqrt{3}=\frac{4\sqrt{3}}{3}\\ SO=\sqrt{{10}^2-{\left(\frac{4\sqrt{3}}{3}\right)}^2}=\frac{2\sqrt{213}}{3}\end{array}$

Thể tích của hình chóp là: $V=\frac{1}{3}.SO.\frac{1}{2}CD.AB=\frac{1}{3}.\frac{2\sqrt{213}}{3}.\frac{1}{2}.4\sqrt{3}.8=\frac{32\sqrt{71}}{3}$.

Sơ đồ tư duy Hình chóp tam giác đều

Xem thêm Lời giải bài tập Toán 8 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài tập cuối chương 9 trang 110

Bài 39: Hình chóp tứ giác đều

Luyện tập chung (trang 121)

Bài tập cuối chương 10 trang 123

Một vài ứng dụng của hàm số bậc nhất trong tài chính