Cho lăng trụ tam giác đều \(A B C \cdot A^{\prime} B^{\prime} C^{\prime}\) có độ dài cạnh đáy bằng \(a\), góc giữa đường thẳng \(A B^{\prime}\) và mặt phẳng \((A B C)\) bằng \(60^{\circ}\). Tính thể tích \(V\) của khối trụ ngoại tiếp lăng trụ đã cho.

A.

\(V=a^{3} \pi \sqrt{3}\)

B.

\(V=\frac{4 a^{3} \pi \sqrt{3}}{3}\)

C.

\(V=\frac{a^{3} \pi \sqrt{3}}{9}\)

D.

\(V=\frac{a^{3} \pi \sqrt{3}}{3}\)

Giải thích:

image.png

Ta có \(B B^{\prime} \perp(A B C)\) nên \(A B\) là hình chiếu vuông góc của \(A B^{\prime}\).

Do đó \(\left(A B^{\prime},(A B C)\right)\) \(=\left(A B^{\prime}, A B\right)=\widehat{B^{\prime} A B}=60^{\circ}\).

Xét tam giác vuông \(B^{\prime} A B\)\(B B^{\prime}=a \tan 60^{\circ}=a \sqrt{3}\).

Gọi \(O, O^{\prime}\) lần lượt là tâm của đường tròn ngoại tiếp tam giác \(A B C, A^{\prime} B^{\prime} C^{\prime}\) nên \(O O^{\prime} \perp(A B C)\)\(O O^{\prime}=B B^{\prime}=a \sqrt{3}\) là đường cao của khối trụ ngoại tiếp hình lăng trụ.

Do tam giác \(A B C\)\(A^{\prime} B^{\prime} C^{\prime}\) đều nên \(O, O^{\prime}\) là trọng tâm tam giác \(A B C, A^{\prime} B^{\prime} C^{\prime}\).

Do đáy là tam giác đều cạnh \(a\) nên bán kính đường tròn đáy là \(R=\frac{2}{3} \cdot A M=\frac{2}{3} \cdot \frac{a \sqrt{3}}{2}=\frac{a \sqrt{3}}{3}\)

Khi đó thể tích của khối cầu ngoại tiếp hình lăng trụ là \(V=\pi R^{2} h=\pi \cdot\left(\frac{a \sqrt{3}}{3}\right)^{2} \cdot a \sqrt{3}=\frac{\pi a^{3} \sqrt{3}}{3}\).

Câu hỏi này nằm trong:

Đề thi thử THPTQG (TK) 18-19 - Bắc Ninh - MĐ 7074