Xét các hình chóp tứ giác đều ngoại tiếp hình cầu có bán kính bằng 1, thể tích nhỏ nhất của các hình chóp đó là A.\(\dfrac{{26}}{3}.\) B.\(\dfrac{{31}}{3}.\) C.\(\dfrac{{28}}{3}.\) D.\(\dfrac{{32}}{3}.\)
Đáp án đúng: D Giải chi tiết: Gọi \(O = AC \cap BD \Rightarrow SO \bot \left( {ABCD} \right)\). Đặt \(AB = x\), \(SO = h\). Gọi \(M\) là trung điểm của \(CD\). Tia phân giác của \(\angle SMO\) cắt \(SO\) tại \(I\), khi đó ta có \(I\) là tâm mặt cầu nội tiếp chóp \(S.ABCD\). Khi đó ta có \(IO = 1\). Áp dụng định lí đường phân giác ta có: \(\dfrac{{IS}}{{IO}} = \dfrac{{SM}}{{OM}} \Rightarrow \dfrac{{h - 1}}{1} = \dfrac{{\sqrt {{h^2} + \dfrac{{{x^2}}}{4}} }}{{\dfrac{x}{2}}}\) \(\begin{array}{l} \Leftrightarrow \dfrac{x}{2}\left( {h - 1} \right) = \sqrt {{h^2} + \dfrac{{{x^2}}}{4}} \\ \Leftrightarrow x\left( {h - 1} \right) = \sqrt {4{h^2} + {x^2}} \\ \Leftrightarrow {x^2}{\left( {h - 1} \right)^2} = 4{h^2} + {x^2}\\ \Leftrightarrow {x^2}\left( {{h^2} - 2h} \right) = 4{h^2}\\ \Leftrightarrow {x^2} = \dfrac{{4h}}{{h - 2}}\end{array}\) Ta có: \({V_{S.ABCD}} = \dfrac{1}{3}SO.{S_{ABCD}} = \dfrac{1}{3}h.{x^2} = \dfrac{1}{3}h.\dfrac{{4h}}{{h - 2}} = \dfrac{4}{3}\dfrac{{{h^2}}}{{h - 2}}\). Ta có \(x > 0 \Rightarrow \dfrac{{4h}}{{h - 2}} > 0 \Leftrightarrow h > 2\). Xét hàm số \(f\left( h \right) = \dfrac{{{h^2}}}{{h - 2}}\) với \(h > 2\) ta có: \(f'\left( h \right) = \dfrac{{2h\left( {h - 2} \right) - {h^2}}}{{{{\left( {h - 2} \right)}^2}}} = \dfrac{{{h^2} - 4h}}{{{{\left( {h - 2} \right)}^2}}}\); \(f'\left( h \right) = 0 \Leftrightarrow {h^2} - 4h = 0 \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}h = 0\\h = 4\end{array} \right.\). BBT:
Từ BBT \( \Rightarrow \mathop {min}\limits_{\left( {2; + \infty } \right)} f\left( h \right) = 8 \Rightarrow \min {V_{S.ABCD}} = \dfrac{4}{3}.8 = \dfrac{{32}}{3}\). Chọn D.