Bài 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 trang 129, 130, 131 SGK Toán 9 tập 2 - Ôn tập chương IV – Hình trụ - Hình nón – Hình cầu

Bài 38 trang 129 SGK Toán lớp 9 tập 2

Câu hỏi:

Hãy tính thể tích , diện tích bề mặt một chi tiết máy theo kích thước đã cho trên hình 114. 

Lời giải:

* Ta có: Thể tích phần cần tính là tổng thể tích của hai hình trụ có đường kính là \(11cm\), chiều cao là \(2cm\) và hình trụ có đường kính đáy là \(6cm\), chiều cao là \(7cm\):

\(\displaystyle {V_1} = \pi {R^2}{h_1} = \pi {\left( {{{11} \over 2}} \right)^2}.2 = 60,5\pi \left( {c{m^3}} \right)\)  

\(\displaystyle {V_2} = \pi {R^2}{h_2} = \pi {\left( {{6 \over 2}} \right)^2}.7 = 63\pi \left( {c{m^3}} \right)\) 

Vậy thể tích của chi tiết máy cần tính là:

\(V = {V_1} + {V_2} = 60,5\pi  + 63\pi  = 123,5\pi (c{m^3}) \approx 387,79 cm^3\)

* Tương tự, theo đề bài diện tích bề mặt của chi tiết máy bằng tổng diện tích xung quanh của hai hình trụ và diện tích 2 hình tròn đáy của hình trụ nằm trên = diện tích toàn phần của hình trụ trên + diện tích xung quanh của hình trụ dưới

Diện tích toàn phần của hình trụ có đường kính đáy \(11 cm\), chiều cao là \(2cm\) và là: 

\({S_{tp(1)}} = 2\pi R_1{h_1} + 2\pi {R_1}^2 \)

\(\displaystyle = 2\pi {{11} \over 2}.2 + 2\pi .5,5^2 = 82,5 \pi \left( {c{m^2}} \right)\)

Diện tích xung quanh của hình trụ có đường kính đáy là \(6cm\) và chiều cao là \(7cm\) là:

\(\displaystyle {S_{xq(2)}} = 2\pi R_2 {h_2} = 2\pi {6 \over 2}.7 = 42\pi \left( {c{m^2}} \right)\) 

Vậy diện tích bề mặt của chi tiết máy là:

\(S = {S_{tp(1)}} + {\rm{ }}{S_{xq(2)}} = 82,5\pi  + 42\pi  = 124,5\pi (c{m^2}) \approx 390,93 cm^2\)

Bài 39 trang 129 SGK Toán lớp 9 tập 2

Câu hỏi:

Một hình chữ nhật \(ABCD\) có \(AB > AD\), diện tích và chu vi của nó theo thứ tự là \(2a^2\) và \(6a\). Cho hình vẽ quay xung quanh cạnh \(AB\), ta được một hình trụ.

Tính diện tích xung quanh và thể tích của hình trụ này. 

Lời giải:

Diện tích hình chữ nhật \(ABCD\) là: \(AB.AD = 2a^2\)

Chu vi hình chữ nhật  là: \(2(AB + CD) = 6a ⇒ AB + CD = 3a\)

Độ dài AB, CD có tổng là 3a, tích là \(2.a^2\) nên độ dài \(AB\) và \(CD\) là nghiệm của phương trình:

\({x^2}-{\rm{ }}3ax{\rm{ }}+{\rm{ }}2{a^2} = {\rm{ }}0\)

\(\begin{array}{l}
{x^2} - ax - 2ax + 2{a^2} = 0\\
\Leftrightarrow x\left( {x - a} \right) - 2a\left( {x - a} \right) = 0\\
\Leftrightarrow \left( {x - a} \right)\left( {x - 2a} \right) = 0\\
\Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}
x = a\\
x = 2a
\end{array} \right.
\end{array}\)

Vì \(AB > AD\) nên ta chọn \(AB = 2a; AD = a\)

Khi quay hình chữ nhật quanh \(AB\) ta được hình trụ có \(h=AB=2a\) và \(r=AD=a.\)

Vậy diện tích xung quanh hình trụ là:

\({S_{xq}} = 2\pi .AD.AB = 2\pi .a.2a = 4{\rm{ }}\pi {a^2}\)

Thể tích hình trụ là:

\(V{\rm{ }} = {\rm{ }}\pi {\rm{ }}.{\rm{ }}A{D^2}.{\rm{ }}AB{\rm{ }} = {\rm{ }}\pi .{\rm{ }}{a^2}.{\rm{ }}2a{\rm{ }} = {\rm{ }}2\pi {a^3}\)

Bài 40 trang 129 SGK Toán lớp 9 tập 2

Câu hỏi:

Hãy tính diện tích toàn phần của các hình tương ứng theo các kích thước đã cho trên hình 115.

Lời giải:

- Với hình a: Hình nón có bán kính đáy r = 2,5m, đường sinh l = 5,6m

\({S_{tp}} = {\rm{ }}{S_{xq}} + {\rm{ }}{S_{đáy}} = {\rm{ }}\pi rl{\rm{ }} + {\rm{ }}\pi {r^2}\)

\(= {\rm{ }}\pi {\rm{ }}.{\rm{ }}2,5{\rm{ }}.{\rm{ }}5,6{\rm{ }} + {\rm{ }}\pi {\rm{ }}.{\rm{ }}2,{5^2} \approx {\rm{ }}63,59{\rm{ }}({m^2})\)

- Với hình b: Hình nón có bán kính đáy r = 3,6m; đường sinh l = 4,8m

\({S_{tp}} = {\rm{ }}{S_{xq}} + {\rm{ }}{S_{đáy}} = {\rm{ }}\pi {\rm{ }}.{\rm{ }}3,6{\rm{ }}.{\rm{ }}4,8{\rm{ }} + {\rm{ }}\pi {\rm{ }}.{\rm{ }}3,{6^2} \)

\( \approx  {\rm{ }}94,95{\rm{ }}({m^2})\)

Bài 41 trang 129 SGK Toán lớp 9 tập 2

Câu hỏi:

Cho ba điểm \(A, O, B\) thẳng hàng theo thứ tự đó, \(OA = a, OB = b\) (\(a,b\) cùng đơn vị: cm).

Qua \(A\) và \(B\) vẽ theo thứ tự các tia \(Ax\) và \(By\) cùng vuông góc với \(AB\) và cùng phía với \(AB\). Qua \(O\) vẽ hai tia vuông gaóc với nhau và cắt \(Ax\) ở \(C\), \(By\) ở \(D\) (xem hình 116).

a) Chứng minh \(AOC\) và \(BDO\) là hai tam giác đồng dạng; từ đó suy ra tích \(AC.BD\) không đổi.

b) Tính diện tích hình thang \(ABDC\) khi \(\widehat {COA} = {60^0}\) 

c) Với \(\widehat {COA} = {60^0}\) cho hình vẽ quay xung quanh \(AB\). Hãy tính tỉ số tích các hình do các tam giác \(AOC\) và \(BOD\) tạo thành

Lời giải:

a) Xét hai tam giác vuông \(AOC\) và \(BDO\) ta có: \(\widehat A = \widehat B = {90^0}\) 

 \(\widehat {AOC} = \widehat {B{\rm{D}}O}\) (cùng phụ với \(\widehat{BOD}\)).

Vậy \(∆AOC\) đồng dạng \(∆BDO \, \, (g-g).\) 

\( \displaystyle \Rightarrow {{AC} \over {AO}} = {{BO} \over {B{\rm{D}}}}\) (2 cặp cạnh tương ứng tỉ lệ) \( \displaystyle\Rightarrow {{AC} \over a} = {b \over {B{\rm{D}}}}\) (1)

Vậy \(AC . BD = a . b \) không đổi.

b) Khi \(\widehat {COA} = 60^\circ \) , xét tam giác vuông \(ACO\) ta có \(\tan \widehat {AOC} = \dfrac{{AC}}{{OA}} \Rightarrow \tan 60^\circ  = \dfrac{{AC}}{a} \Rightarrow AC = a\sqrt 3 \)

mà \(AC.BD = ab\) (câu a) nên \(a\sqrt 3 .BD = ab \Rightarrow BD = \dfrac{{b\sqrt 3 }}{3}\)

Ta có công thức tính diện tích hình thang \(ABCD\) là: 

\(\eqalign{
& S = {{AC + B{\rm{D}}} \over 2}.AB = \displaystyle {{a\sqrt 3 + {{b\sqrt 3 } \over 3}} \over 2}.\left( {a + b} \right) \cr
& = {{\sqrt 3 } \over 6}\left( {3{{\rm{a}}^2} + 4{\rm{a}}b + {b^2}} \right)\left( {c{m^2}} \right) \cr} \)

c) Theo đề bài ta có:

Tam giác \(AOC\) khi quay quanh cạnh \(AB\) tạo thành hình nón có chiều cao \(OA = a\) và bán kính đáy \(AC = a\sqrt 3 \)  nên thể tích hình nón là \({V_1} = \dfrac{1}{3}\pi .OA.A{C^2} = \dfrac{1}{3}\pi .a.{\left( {a\sqrt 3 } \right)^2} = \pi {a^3}\left( {c{m^3}} \right)\)

Tam giác \(BOD\) khi quay quanh cạnh \(AB\) tạo thành hình nón có chiều cao \(OB = b\) và bán kính đáy \(BD = \dfrac{{b\sqrt 3 }}{3}\)  nên thể tích hình nón là \({V_2} = \dfrac{1}{3}\pi .OB.B{D^2} = \dfrac{1}{3}\pi .b.{\left( {\dfrac{{b\sqrt 3 }}{3}} \right)^2} = \dfrac{{\pi {b^3}}}{9}\left( {c{m^3}} \right)\)

Do đó \(\dfrac{{{V_1}}}{{{V_2}}} = \dfrac{{\pi {a^3}}}{{\dfrac{{\pi {b^3}}}{9}}} = \dfrac{{9{a^3}}}{{{b^3}}}\)

Bài 42 trang 130 SGK Toán lớp 9 tập 2

Câu hỏi:

Hãy tính thể tích các hình dưới đây theo kích thước đã cho (h.117).

Lời giải:

- Hình a:

Thể tích hình trụ có đường kính đáy \(14cm\), đường cao \(5,8cm\)

\({V_1} = {\rm{ }}\pi {\rm{ }}.{\rm{ }}{r^2}h{\rm{ }} = {\rm{ }}\pi .{\rm{ }}{7^2}.{\rm{ }}5,8{\rm{ }} = {\rm{ }}284,2{\rm{ }}\pi {\rm{ }}(c{m^3})\)

Thể tích hình nón có đường kính đáy \(14cm\) và đường cao \(8,1 cm\).

\(\displaystyle {V_2} = {1 \over 3}\pi {r^2}h = {1 \over 3}\pi {.7^2}.8,1 = 132,3\pi \left( {c{m^3}} \right)\) 

Vậy thể tích hình cần tính là:

\(V{\rm{ }} = {\rm{ }}{V_1} + {\rm{ }}{V_2} = {\rm{ }}284,2\pi {\rm{ }} + {\rm{ }}132,3\pi {\rm{ }} = {\rm{ }}416,5\pi {\rm{ }}(c{m^3})\)

- Hình b:

Thể tích hình nón lớn có bán kính đáy là \(7,6 cm\), đường cao \(8,2+8,2=16,4 cm\) là: \(\displaystyle {V_1} = {1 \over 3}\pi {r^2}{h_1} = {1 \over 3}\pi {\left( {7,6} \right)^2}.16,4 = 991,47(c{m^3})\) 

Thể tích hình nón nhỏ có bán kính đáy là \(3,8 cm\), đường cao \(8,2 cm\) là: \(\displaystyle {V_2} = {1 \over 3}\pi {r^2}{h_2} = {1 \over 3}\pi {\left( {3,8} \right)^2}.8,2 = 123,93(c{m^3})\)

Thể tích hình nón cụt cần tính là: \(\displaystyle V{\rm{ }} = {\rm{ }}{V_1}-{\rm{ }}{V_2} = {\rm{ }}991,47{\rm{ }}-{\rm{ }}123,93{\rm{ }} = {\rm{ }}867,54{\rm{ }}c{m^3}\)

Bài 43 trang 130 SGK Toán lớp 9 tập 2

Câu hỏi:

Hãy tính thể tích các hình dưới đây theo kích thước đã cho (h.118) (đơn vị : cm).

Lời giải:

a) Thể tích hình cần tính gồm một hình trụ có bán kính đáy \(R=12,6:2=6,3 cm,\) chiều cao \(h=8,4 cm\) và nửa hình cầu có bán kính  \(R=12,6:2=6,3 cm.\)

Thể tích hình trụ: \(V_1=\pi R^2 h=\pi.6,3^2.8,4=333,4 \pi \, cm^3.\)

Thể tích nửa hình cầu: \(V_2=\dfrac{1}{2}.\dfrac{4}{3}\pi R^3=\dfrac{2}{3}.\pi .6,3^3=166,7\pi \,  cm^3.\)

\(\Rightarrow V=V_1+V_2=333,4 \pi +166,7\pi= 500,1 \pi \, cm^3.\) 

b) Thể tích hình cần tính gồm một hình nón có bán kính đáy \(R=6,9 cm,\) chiều cao \(h=20 cm\) và nửa hình cầu có bán kính  \(R=6,9 cm.\)

Thể tích hình nón: \(V_1=\dfrac{1}{3}.\pi R^2 h=\dfrac{1}{3}.\pi.6,9^2.20=317,4 \pi \, cm^3.\)

Thể tích nửa hình cầu: \(V_2=\dfrac{1}{2}.\dfrac{4}{3}\pi R^3=\dfrac{2}{3}.\pi .6,9^3=219\pi \,  cm^3.\)

\(\Rightarrow V=V_1+V_2=317,4 \pi +219\pi= 536,4 \pi \, cm^3.\)

c) Thể tích hình cần tính gồm một hình nón có bán kính đáy \(R=2 cm,\) chiều cao \(h=4 cm\); hình trụ có bán kính đáy \(R=2 cm,\) chiều cao \(h=4 cm\) và nửa hình cầu có bán kính \(R=2 cm.\)

Thể tích hình nón: \(V_1=\dfrac{1}{3}.\pi R^2 h=\dfrac{1}{3}.\pi.2^2.4=\dfrac{16}{3} \pi \, cm^3.\)

Thể tích hình trụ: \(V_2=\pi R^2 h=\pi.2^2.4=16 \pi \, cm^3.\)

Thể tích nửa hình cầu: \(V_3=\dfrac{1}{2}.\dfrac{4}{3}\pi R^3=\dfrac{2}{3}.\pi .2^3=\dfrac{16}{3} \pi \,  cm^3.\)

\(\Rightarrow V=V_1+V_2+V_3=\dfrac{16}{3} \pi +16\pi+\dfrac{16}{3} \pi \)\(= \dfrac{80}{3} \pi \, cm^3.\)

Bài 44 trang 130 SGK Toán lớp 9 tập 2

Câu hỏi:

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:

Khi quay hình vẽ quanh trục \(GO\) ta được:

a) Vì ABCD là hình vuông nên AB = BC =AD = CD; \( AC \bot BD\) ( Tính chất)

Áp dụng định lí Pytago trong tam giác vuông OAB, ta có: \(AB = \sqrt {OA^2+OB^2}=\sqrt {2R^2}=R\sqrt2.\)

Thể tích hình trụ được tạo bởi hình vuông \(ABCD\) là:

\(\displaystyle V = \pi {\left( {{{AB} \over 2}} \right)^2}.BC\) 

\(\eqalign{
& \Rightarrow V = \pi {\left( {{{R\sqrt 2 } \over 2}} \right)^2}.R\sqrt 2 \cr
& = \pi .{{2{{\rm{R}}^2}} \over 4}.R\sqrt 2 = {{\pi {{\rm{R}}^3}\sqrt 2 } \over 2} \cr
& \Rightarrow {V^2} = \left( {{{\pi {R^3}\sqrt 2 } \over 2}} \right)^2 = {{{\pi ^2}{R^6}} \over 2}(1) \cr}\)

Thể tích hình cầu có bán kính \(R\) là: \(\displaystyle {V_1} = {4 \over 3}\pi {R^3}\) 

Thể tích hình nón có bán kính đường tròn đáy bằng \(\displaystyle {{EF} \over 2}\) là:

 \(\displaystyle {V_2} = {1 \over 3}\pi {\left( {{{EF} \over 2}} \right)^2}.GH\)

Với \(EF = R\sqrt3\) (cạnh tam giác đều nội tiếp trong đường tròn \((O;R)\))

và \(\displaystyle GH = {{EF\sqrt 3 } \over 2} = {{R\sqrt {3.} \sqrt 3 } \over 2} = {{3R} \over 2}\) 

Thay vào V₂, ta có: \(\displaystyle {V_2} = {1 \over 3}\pi {\left( {{{R\sqrt 3 } \over 2}} \right)^2}.{{3{\rm{R}}} \over 2} = {3 \over 8}\pi {R^3}\) 

Ta có: \(\displaystyle {V_1}{V_2} = {4 \over 3}\pi {R^3}.{3 \over 8}\pi {R^3} = {{{\pi ^2}{R^6}} \over 2}(2)\)

So sánh (1) và (2) ta được : \({V^2} = {V_1}.{V_2}\)

b) Diện tích toàn phần của hình trụ có bán kính \(\displaystyle {{AB} \over 2}\) là: 

\(\eqalign{
& S = 2\pi \left( {{{AB} \over 2}} \right).BC + 2\pi {\left( {{{AB} \over 2}} \right)^2} \cr
& S = 2\pi .{{R\sqrt 2 } \over 2}R\sqrt 2 + 2\pi {\left( {{{R\sqrt 2 } \over 2}} \right)^2} \cr
& S = 2\pi {R^2} + \pi {R^2} = 3\pi {R^2} \cr
& \Rightarrow {S^2} = {\left( {3\pi {R^2}} \right)^2} = 9{\pi ^2}.{R^4}(1) \cr} \) 

Diện tích mặt cầu có bán kính \(R\) là: \({S_1} = {\rm{ }}4\pi {R^2}\) (2)

Diện tích toàn phần của hình nón là: 

\(\displaystyle {S_2} = \pi {{EF} \over 2}.FG + \pi {\left( {{{EF} \over 2}} \right)^2}\)

\(\displaystyle = \pi {{R\sqrt 3 } \over 2}.R\sqrt 3  + \pi {\left( {{{R\sqrt 3 } \over 2}} \right)^2} = {{9\pi {R^2}} \over 4}\) 

Ta có: \(\displaystyle {S_1}{S_2} = 4\pi {R^2}.{{9\pi {R^2}} \over 4} = 9{\pi ^2}{R^4}(2)\)

So sánh (1) và (2) ta có: \({S^2} = {\rm{ }}{S_1}.{\rm{ }}{S_2}\)

Bài 45 trang 131 SGK Toán lớp 9 tập 2

Câu hỏi:

Hình 120 mô tả một hình cầu được đặt khít vào trong một hình trụ, các kích thước cho trên hình vẽ.

Hãy tính:

a)Thể tích hình cầu.

b) Thể tích hình trụ.

c) Hiệu giữa thể tích hình trụ và thể tích hình cầu.

d) Thể tích của một hình nón có bán kính đường tròn đáy là \(r \, (cm)\) và chiều cao \(2r\, (cm)\).

e) Từ các kết quả a), b), c), d) hãy tìm mối liên hệ giữa chúng.

Lời giải:

a) Thể tích của hình cầu bán kính r cm là: \(\displaystyle {V_1} = {4 \over 3}\pi {r^3}(c{m^3})\) 

b) Theo hình vẽ, hình trụ có chiều cao là: \(h=2r.\) cm

\(\Rightarrow \) Thể tích hình trụ chiều cao h =2r cm, bán kính đáy r cm là: \({V_2} = {\rm{ }}\pi {r^2}.{\rm{ }}2r{\rm{ }} = {\rm{ }}2\pi {r^3}(c{m^3})\) 

c) Hiệu giữa thể tích hình trụ và thể tích hình cầu là:

\(\displaystyle {V_3} = {V_2} - {V_1} = 2\pi {r^3} - {4 \over 3}\pi {r^2} = {2 \over 3}\pi {r^3}(c{m^3})\) 

d) Thể tích hình nón bán kính đường tròn đáy là \(r \, (cm)\) và chiều cao \(2r\, (cm)\) là:

\(\displaystyle {V_4} = {\pi  \over 3}{r^2}.2{\rm{r}} = {2 \over 3}\pi {r^3}(c{m^3})\) 

e) Từ kết quả ở câu a, b,c, d ta có: \({V_4} = {\rm{ }}{V_2}-{\rm{ }}{V_1}\) hay “ Thể tích hình nón nội tiếp trong hình trụ bằng hiệu giữa thể tích hình trụ và thể tích hình cầu nội tiếp trong hình trụ ấy”

Hoặc "Thể tích hình trụ bằng tổng thể tích nón và hình cầu nội tiếp trong hình trụ đó".

Sachbaitap.com