Khối chóp S.ABC có đáy ABC là tam giác vuông cân đỉnh C và \(SA \bot \left( {ABC} \right),SC = a.\) Hãy tìm góc giữa hai mặt phẳng \(\left( {SCB} \right)\)và \(\left( {ABC} \right)\) để thể tích khối chóp là lớn nhất.
Giải
Ta có \(BC \bot AC\) nên \(BC \bot SC\) (định lý ba đường vuông góc), suy ra góc \(SCA\) là góc giữa hai mặt phẳng \(\left( {SCB} \right)\) và \(\left( {ABC} \right)\). Đặt \(\widehat {SCA} = x\left( {0 < x < {\pi \over 2}} \right)\)
Khi đó :
\(\eqalign{ & SA = a{\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inx}},AC = acosx. \cr & {V_{S.ABC}} = {{a{\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inx}}} \over 3}.{{{a^2}{\rm{co}}{{\rm{s}}^2}x} \over 2} = {{{a^3}} \over 6}{\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{in}x}.co{s^2}x. \cr} \)
Xét hàm số \(y\left( x \right) = \sin {\rm{x}}{\cos ^2}x.\)
Ta có :
\(\eqalign{ y'\left( x \right) &= co{s^3}x - 2{\mathop{\rm cosx}\nolimits} .s{\rm{i}}{{\rm{n}}^2}{\rm{x }}\cr&= \cos x\left( {co{s^2}x - 2 + 2co{s^2}x} \right) \cr & = cosx\left( {3{{\cos }^2}x - 2} \right) \cr&= 3{\mathop{\rm cosx}\nolimits} \left( {{\mathop{\rm cosx}\nolimits} - \sqrt {{2 \over 3}} } \right)\left( {\cos x + \sqrt {{2 \over 3}} } \right). \cr} \)
Vì \(0 < x < {\pi \over 2}\) nên \(\cos x\left( {{\mathop{\rm cosx}\nolimits} + \sqrt {{2 \over 3}} } \right) > 0.\)
Gọi \(\alpha \) là góc sao cho \(\cos \alpha = \sqrt {{2 \over 3}} ,0 < \alpha < {\pi \over 2}.\)
Ta có bảng biến thiên của hàm \(y\left( x \right) = {\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inx}}.{\cos ^2}x:\)
Vậy VS.ABC đạt giá trị lớn nhất khi \(x = \alpha \) với \(0 < \alpha < {\pi \over 2}\)và \(\cos \alpha = \sqrt {{2 \over 3}} .\)
Sachbaitap.com
>> Luyện thi TN THPT & ĐH năm 2024 trên trang trực tuyến Tuyensinh247.com. Học mọi lúc, mọi nơi với Thầy Cô giáo giỏi, đầy đủ các khoá: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng; Tổng ôn chọn lọc.
Bài viết liên quan
Các bài khác cùng chuyên mục