Cho hình chữ nhật $ABCD$ có $AB = a,AD = 2a.$ Gọi $I$ là giao điểm của hai đường chéo $AC$ và $BD$, $J$ là trung điểm củ?
Cho hình chữ nhật \(ABCD\) có \(AB = a,AD = 2a.\) Gọi \(I\) là giao điểm của hai đường chéo \(AC\) và \(BD\), \(J\) là trung điểm của \(BC\), đường thẳng qua \(I\) vuông góc với \(AC\) cắt \(CD\) tại điểm \(K\). Thể tích \(V\) của khối tròn xoay tạo thành khi quay tứ giác \(CKIJ\) quanh trục \(CK\) bằng
A. \(\dfrac{{14}}{6}\pi {a^3}\).
B. \(\dfrac{5}{2}\pi {a^3}\).
C. \(\dfrac{5}{6}\pi {a^3}\).
D. \(\dfrac{7}{6}\pi {a^3}\).

Đáp án D

Chọn D

Gọi \(M\) là trung điểm của \(CD\).
Xét tam giác \(ACD\) và tam giác \(KCI\) đồng dạng (g-g) nên ta có:
\(\dfrac{{IC}}{{KI}} = \dfrac{{CD}}{{AD}} = \dfrac{1}{2} \Rightarrow KI = 2IC = AC = a\sqrt 5 \).
Xét tam giác \(IMK\) vuông tại \(M\) ta có: \(KM = \sqrt {I{K^2} - I{M^2}} = \sqrt {{{\left( {a\sqrt 5 } \right)}^2} - {a^2}} = 2a.\)
Suy ra khối tròn xoay tạo thành khi quay tứ giác \(CKIJ\) quanh trục \(CK\) bao gồm khối nón \(\left( {{N_1}} \right)\) và khối trụ \(\left( {{T_2}} \right)\).
Trong đó:
+) Khối nón \(\left( {{N_1}} \right)\) được tạo thành khi quay tam giác \(KIM\) quanh cạnh \(KM\). Khối nón \(\left( {{N_1}} \right)\) có đường cao \({h_1} = KM = 2a\), bán kính đáy \({r_1} = IM = a\) nên có thể tích
\({V_{{N_1}}} = \dfrac{1}{3}\pi {r_1}^2{h_1} = \dfrac{1}{3}\pi.{a^2}.2a = \dfrac{{2{a^3}\pi }}{3}\).
+) Khối trụ \(\left( {{T_2}} \right)\) được tạo thành khi quay hình chữ nhật \(IMCJ\) quanh cạnh \(MC\). Khối trụ \(\left( {{T_2}} \right)\) có đường cao \({h_2} = MC = \dfrac{a}{2}\), bán kính đáy \({r_2} = JC = a\) nên có thể tích
\({V_{{T_2}}} = \pi r_2^2{h_2} = \pi.{a^2}.\dfrac{a}{2} = \dfrac{{{a^3}\pi }}{2}.\)
Vậy thể tích của khối tròn xoay đó là \(V = {V_{{N_1}}} + {V_{{T_2}}} = \dfrac{{2{a^3}\pi }}{3} + \dfrac{{{a^3}\pi }}{2} = \dfrac{{7{a^3}\pi }}{6}.\)