Bài 5. Cho tứ diện đều \(ABCD\) cạnh \(a\). Gọi \(H\) là hình chiếu vuông góc của đỉnh \(A\) xuống mặt phẳng \((BCD)\).
a) Chứng minh \(H\) là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác \(BCD\). Tính độ dài đoạn \(AH\).
b) Tính diện tích xung quanh và thể tích của khối trụ có đường tròn đáy ngoại tiếp tam giác \(BCD\) và chiều cao \(AH\).
Giải

a) Ta biết rằng tứ diện đều là tứ diện có \(6\) cạnh đều bằng nhau.
Vì \(AB = AC = AD\) và \(AH \bot (BCD)\) nên có \(HB = HC = HD\).
Vậy \(H\) là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác đều \(BCD\).
Ta có \(BH = {2 \over 3}BI = {{a\sqrt 3 } \over 3}\);
Do tam giác \(ABH\) vuông tại \(H\) nên : \(A{H^2} = A{B^2} - B{H^2}={a^2} - {{{a^2}} \over 3} = {2 \over 3}{a^2}\) .
Vậy \(AH = {{\sqrt 6 } \over 3}a\)
b) Vì tam giác \(BCD\) đều cạnh \(a\), nên bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác là \(R = BH = {{a\sqrt 3 } \over 3}\) . Vì vậy diện tích xung quanh của hình trụ là:
\(S = 2\pi Rh = 2\pi {{a\sqrt 3 } \over 3}.{{\sqrt 6 } \over 3}a = {{2\sqrt 2 } \over 3}\pi {a^2}\) (đtdt).
Thể tích khối trụ là: \(V = \pi {R^2}h = \pi {{{a^2}} \over 3}.{{\sqrt 6 } \over 3}a = {{\sqrt 6 } \over 9}\pi {a^3}\) (đtdt)