Cho khối chóp tứ giác đều S.ABCD có cạnh đáy bằng a và có thể tích \[V = \frac{{{a^3}\sqrt 3 }}{6}\]. Tìm số r>0 sao cho tồn tại điểm J nằm trong khối chóp mà khoảng cách từ J đến các mặt bên và mặt đáy đều bằng r?

Gọi\[O = AC \cap BD \Rightarrow SO \bot \left( {ABCD} \right)\]

Vì khoảng cách từ J đến các mặt bên và mặt đáy đều bằng r nên \[J \in SO.\]

Gọi M là trung điểm của CD, trong (SOM) kẻ \[OH \bot SM\] ta có:

\(\begin{array}{l}\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{CD \bot OM}\\{CD \bot SO}\end{array}} \right. \Rightarrow CD \bot (SOM) \Rightarrow CD \bot OH\\\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{OH \bot CD}\\{OH \bot SM}\end{array}} \right. \Rightarrow OH \bot (SCD)\end{array}\)

Trong (SOM) kẻ\[JK\parallel OH \Rightarrow JK \bot \left( {SCD} \right) \Rightarrow d\left( {J;\left( {SCD} \right)} \right) = JK\]

Có\[d\left( {J;\left( {ABCD} \right)} \right) = JO\]

Theo bài ra ta có\[JK = JO = r\]

Ta có\[{V_{S.ABCD}} = \frac{1}{3}SO.{S_{ABCD}} \Rightarrow \frac{{{a^3}\sqrt 3 }}{6} = \frac{1}{3}SO.{a^2} \Rightarrow SO = \frac{{a\sqrt 3 }}{2}\]

Áp dụng hệ thức lượng trong tam giác vuông ta có:

\[OH = \frac{{\sqrt {S{O^2} + O{M^2}} }} = \frac{{\frac{{a\sqrt 3 }}{2}.\frac{a}{2}}}{{\sqrt {\frac{{3{a^2}}}{4} + \frac{{{a^2}}}{4}} }} = \frac{{a\sqrt 3 }}{4}\]

Áp dụng định lí Ta-lét ta có

\[\begin{array}{*{20}{l}}{\frac = \frac \Rightarrow \frac{r}{{\frac{{a\sqrt 3 }}{4}}} = \frac{{\frac{{a\sqrt 3 }}{2} - r}}{{\frac{{a\sqrt 3 }}{2}}}}\\{ \Leftrightarrow 2r = \frac{{a\sqrt 3 }}{2} - r}\\{ \Leftrightarrow 3r = \frac{{a\sqrt 3 }}{2} \Leftrightarrow r = \frac{{a\sqrt 3 }}{6}}\end{array}\]

Đáp án cần chọn là: D