SKKN Kinh nghiệm sử dụng thể tích khối chóp để giải một số bài toán khoảng cách trong Hình học không gian lớp 12 0 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT QUẢNG XƯƠNG I SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM KINH[.]
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT QUẢNG XƯƠNG I SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM: KINH NGHIỆM SỬ DỤNG THỂ TÍCH KHỐI CHĨP ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TỐN KHOẢNG CÁCH TRONG HÌNH HỌC KHƠNG GIAN LỚP 12 Người thực hiện: Nguyễn Thị Sáu Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh mực : Tốn học THANH HỐ THÁNG NĂM 2017 SangKienKinhNghiem.net 1– MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Nâng cao chất lượng giáo dục yêu cầu cấp bách ngành giáo dục nước ta Một khâu then chốt để thực yêu cầu đổi nội dung phương pháp dạy học Trong giai đoạn nay, khoa học cơng nghệ có bước tiến nhảy vọt, việc đào tạo người không nắm vững kiến thức mà cịn có lực sáng tạo, có ý nghĩa quan trọng tiềm lực khoa học kĩ thuật đất nước Trong việc đổi phương pháp dạy học mơn tốn trường THPT, việc dạy giải tập tốn có vai trị quan trọng vì: Dạy tốn trường phổ thơng dạy hoạt động tốn học Việc giải tốn hình thức chủ yếu hoạt động toán học, giúp học sinh phát triển tư duy, tính sáng tạo Hoạt động giải tập toán điều kiện để thực mục đích dạy tốn trường phổ thơng Dạy giải tập tốn cho học sinh có tác dụng phát huy tính chủ động sáng tạo, phát triển tư duy, gây hứng thú học tập cho học sinh, yêu cầu học sinh có kỹ vận dụng kiến thức vào tình mới, có khả phát giải vấn đề, có lực độc lập suy nghĩ, sáng tạo tư biết lựa chọn phương pháp tự học tối ưu Trong việc dạy giải tập Toán việc quan trọng hàng đầu phải rèn luyện kỹ giải Toán, phải rèn luyện cho người học cách suy nghĩ, phương pháp giải khả vận dụng kiến thức, cách hệ thống dạng tập Hơn kì thi THPTQG phần HHKG với trọng số 1,6 điểm thường vào phần tính thể tích ứng dụng để tính khoảng cách Việc tính khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng tính khoảng cách hai đường thẳng chéo Tốn khó Tính khoảng cách có ba đường giải quyết: Một là, giải đường sử dụng định nghĩa tức dựng khoảng cách cần tính Hai là, giải cơng cụ Tọa độ cách cố gắng chuyển Toán HHKG sang Toán HH tọa độ Ba là, giải đường gián tiếp chẳng hạn thay khoảng cách tương đương, sử dụng công thức thể tích Thực tế giảng dạy cho thấy việc dựng khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng hay dựng đường vng góc chung hai đường thẳng chéo việc làm không dễ đại đa số học sinh, kể em học tương đối Cịn việc chuyển Tốn sang Tốn HH tọa độ khơng phải thuận lợi cho Tốn HHKG, thuận lợi với lớp Toán định Để giúp học sinh khắc phục khó khăn trên, kinh nghiệm thực tiễn dạy học nghiên cứu thân thấy vận dụng việc tính thể tích khối chóp để tính hai loại khoảng cách nói Với lí tơi lựa chọn đề tài: SangKienKinhNghiem.net “Kinh nghiệm sử dụng thể tích khối chóp để giải số tốn khoảng cách hình học khơng gian lớp 12” 1.2 Mục đích nghiên cứu: Đề tài góp phần trang bị thêm cho học sinh phần kiến thức hình học khơng gian đồng thời giúp học sinh thấy mối liên hệ thể tích khoảng cách Giúp học sinh phát triển tư sáng tạo, tư phân tích, tổng hợp, tư trừ tượng, thói quen đặt câu hỏi ngược giải vấn đề, nhìn nhận vấn đề nhiều góc cạnh từ tìm phương án nhanh gọn để giải hiệu Những yếu tố cần thiết đường thành công học sinh tương lai 1.3 Đối tượng nghiên cứu: Đề tài áp dụng phần tính thể tích khối đa diện khoảng cách chương trình hình học lớp 12, học sinh ơn thi THPT Quốc gia 1.4 Phương pháp nghiên cứu: Trên sở lý thuyết sách giáo khoa, trước tốn khoảng cáchtrong hình học khơng gian hướng dẫn học sinh tự đặt câu hỏi cho tốn tính theo cách làm thơng thường khơng, làm cách giải có q khăn khơng.Từ học sinh tự tìm đường khác để giải toán sở yếu tố giải đơn giản.Thơng qua hệ thống câu hỏi mang tính chất gợi mở vấn đề đến cách giải học, sinh tự tìm cách làm tốn kiến thức trang bị Để học sinh tiếp cận vấn đề chia dạng thành dạng, hệ thống ví dụ từ dễ đến khó, trước giải ví dụ có câu hỏi gợi mở phân tích để hướng học sinh tới suy nghĩ tìm giải quyết.Sau ví dụ có lời giải tập tham khảo để học sinh tự luyện tập – NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận Để thực đề tài cần dựa kiến thức sau: 2.1 Định nghĩa Khoảng cách từ điểm đến đường thẳng +) Định nghĩa: Trong không gian cho điểm A đường thẳng d Gọi H hình chiếu vng góc điểm A lên d Độ dài đoạn AH gọi khoảng cách từ điểm A đến đường thẳng d +) Kí hiệu: d A, d A +) Nhận xét: d A, d AM, M d H Nếu d’//d d (d, d ') d A, d , A d , P kí hiệu d (d, d ') khoảng cách hai đường thẳng song song d d’ 2.1 Định nghĩa Khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng +) Định nghĩa: Trong không gian cho điểm A mặt phẳng (P) Gọi H hình chiếu vng góc điểm A lên mặt phẳng (P) Độ dài đoạn AH gọi khoảng cách từ điểm A đến mặt phẳng (P) SangKienKinhNghiem.net +) Kí hiệu: d A,( P) +) Nhận xét: d A,( P) AM, M ( P) Nếu a // (P) d a,( P) d A,( P) , A ( P) , kí hiệu d a,( P) để khoảng cách đường thẳng a mặt phẳng (P) trường hợp chúng song song với Nếu (P) // (Q) A M H P d ( P ),(Q) d A,(Q) d B,( P ) , A ( P ), B (Q) , kí hiệu d ( P ),(Q) để khoảng cách hai mặt phẳng song song (P) (Q) 2.1 Định nghĩa Khoảng cách hai đường thẳng chéo +) Định nghĩa: Trong không gian cho hai đường thẳng chéo a b -) Đường thẳng vuông góc với hai đường thẳng a b đồng thời cắt a b gọi đường vuông góc chung hai đường thẳng chéo a b -) Gọi A a , B b Đoạn thẳng AB A a gọi đoạn vng góc chung hai đường thẳng chéo a b -) Độ dài đoạn AB gọi khoảng cách hai đường thẳng chéo a b b +) Kí hiệu: d a, b B +) Nhận xét: d a, b MN, M a, N b 2.1.4 Thể tích khối chóp khối lăng trụ +) Thể tích khối chóp V B.h , B diện tích đáy khối chóp, h chiều cao khối chóp Chiều cao khối chóp khoảng cách từ đỉnh đến mặt đáy hình chóp +) Thể tích khối lăng trụ V B.h , B diện tích đáy lăng trụ, h chiều cao lăng trụ Chiều cao lăng trụ khoảng cách từ đỉnh đáy đến đáy lăng trụ khoảng cách hai đáy lăng trụ * Một số công thức cần sử dụng: - Công thức hệ thức lượng tam giác vng,cơng thức xác định đường cao,cơng thức hình chiếu - Cơng thức xác định đường cao hình chóp thơng qua cơng thức thể tích: d ( S , ( ABC )) 3VS ABC S ABC 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Quảng Xương trường dày truyền thống dạy học Nhiều năm qua trường ln dẫn đầu thành tích học sinh giỏi xếp SangKienKinhNghiem.net tốp đầu thành tích giáo dục tỉnh Dưới lãnh đạo Ban giám hiệu, đội ngũ giáo viên ln trăn trở tìm tòi, đổi phương pháp giảng dạy nhằm nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện cho học sinh Nhà trương không trọng truyền thụ tri thức mà cịn phát triển tư cho học sinh thơng qua học, làm hành trang vững cho em bước vào tương lai.Tuy nhiên môn học hình học khơng gian mơn học khó đại đa số học sinh đặc biệt học sinh trung bình yếu.Khi giải tốn hình học khơng gian, tiến hành theo bước khơng tâm lý học sinh thường nản bỏ qua Theo số liệu thống kê trước dạy đề tài lớp 12C5 trực tiếp giảng dạy năm học 2016 - 2017 trường THPT Quảng Xương 1, kết sau: Năm học Lớp Sĩ số Số học sinh giải trước thực đề tài 2016 12C5 47 - 2017 Đứng trước thực trạng tên nghĩ nên hướng cho em tới cách giải khác sở kiến thức SGK Song song với việc cung cấp tri thức trọng rèn rũa kỹ giải toán, phát triển tư cho học sinh để sở học sinh không học tốt phần mà làm tảng cho phần kiến thức khác 2.3 Các giải pháp tiến hành giải vấn đề Để tính khoảng cách từ điểm tới mặt phẳng, khoảng cách giứu hai đường thẳng chéo tính cách trực tiếp dựa vào công thức tính thể tích khối lăng trụ V B.h , Khối chóp V B.h , Khối hộp chữ nhật V abc , …rồi suy khoảng cách Sau ta xét số dạng toán ứng dụng thể tích, dạng tơi đưa số tốn ví dụ minh hoạ, sở lý thuyết có hướng dẫn học sinh tự đặt câu hỏi lựa chọn cách giải ngắn gọn DẠNG 1: Sử dụng thể tích để tính khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng Chúng ta sử dụng cơng thức tính thể tích khối chóp để tính khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng Cơ sở vấn đề gắn khoảng cách cần tính với chiều cao khối chóp sử dụng cơng thức tính h 3V Sau ví dụ minh họa: B Ví dụ (Câu 38 – Đề minh họa lần năm 2017 Bộ GD & ĐT) Cho hình chóp tứ giác S.ABCD có đáy hình vng cạnh 2a Tam giác SAD cân S mặt bên (SAD) vng góc với mặt phẳng đáy Biết thể tích khối chóp S.ABCD a Tính khoảng cách h từ B đến mặt phẳng (SCD) SangKienKinhNghiem.net A h a B h a C h a D h a Nhận xét: Khoảng cách từ điểm B đến mặt phẳng (SCD) chiều cao hình chóp B.SCD Lời giải Chọn đáp án B Ta có h d B, SCD 3VB.SCD dt SCD S A B H D C Gọi H trung điểm AD, ta có: SH AD SH ABCD (gt) SH đường cao hình chóp S.ABCD Ta có 1 VS ABCD SH AB SH 2a a SH 2a 3 Mặt khác ABCD hình vuông nên : 1 dt ( ABCD) VB.SCD VS BCD VS ABCD a a 2 3 Mà SH ABCD CD SH ; CD AD (gt) CD SAD CD SD dt (BCD) Tam giác SCD vuông D 1 SD.CD SH HD CD 2 1 1 3a 2 2 SH AD CD 4a 2a a 4 dt SCD Mặt khác a 3VB.SCD VB.SCD d B, SCD .dt SCD a d B, SAD 32 a 3a 3 dt SCD Vậy h a Chọn đáp án B Ví dụ (BT 1.18 SBT Hình Học 12) : Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A’B’C’D’ có AB a, BC 2a, AA ' a Lấy điểm M cạnh AD cho AM 3MD Tính theo a khoảng cách từ điểm M đến mp(AB’C) SangKienKinhNghiem.net Nhận xét: Khoảng cách từ điểm M đến mp(AB’C) độ dài đường cao kẻ từ M hình chóp M.AB’C Lời giải D C Ta có 3VM AB 'C dt VAB ' C MA 3 Từ VM AB 'C VD AB 'C DA 4 VD AB 'C VB ' ADC BB '.dt VADC a3 BB ' AD.DC 3 a a3 VM ADC 4 d M , AB ' C M B A Ta có AC AB BC a , B ' C BB '2 BC a , D' C' A' B' AB ' AB BB '2 a VACB ' cân C Lấy H trung điểm AB’, ta có 3a 3a dt VAB ' C CH AB ' CH CA2 AH 2 a3 a Vậy d M , AB ' C 42 (đvđd) 3a 2 Ví dụ Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD hình vng cạnh a , SA = a M N trung điểm AB CB Hình chiếu vng góc đỉnh S lên mp(ABCD) trùng với giao điểm H AN DM Tính theo a khoảng cách từ điểm H đến mặt phẳng (SDN) Nhận xét: Khoảng cách từ điểm H đến mp(SDN) độ dài đường cao kẻ từ H hình chóp H.SND S Lời giải Ta có d H , SND 3VH SND dt VSND +) Gọi H giao điểm AM DN Từ giả thiết ta có SH ABCD Ta có · · · · tan ADM tan BAN ADM BAN · · · DMA BAN DMA ·ADM 900 DM AN AMD vng A có A D H M B N C SangKienKinhNghiem.net AH đường cao 1 AH 2 AH AM AD2 SAH vuông H SH SA2 AH a HD AD2 AH VH SND VS HND 2a AM AD AM AD2 a a a a a 14 a a 3a , HN AN AH , 5 Ta có 1 14 3a 2a a SH HD.HN a 5 5 10 a a 13 3a , SN SH HN , SD SH HD 2 2 13a 18a 5a 2 SN SD ND 14 , · Cos NSD SN SD a 13 3a 65 193 · · sin NSD cos NSD 585 DN HD HN 1 a 13 3a 193 193 · SN SD.sin NSD a 2 585 10 3.a 7 a (đvđd) Vậy d H , SND 10 193a 965 10 dt VSND Ví dụ (Trích đề KB - 2013) Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD hình vng cạnh a , mặt bên SAB tam giác nằm mặt phẳng vng góc với đáy Tính theo a khoảng cách từ điểm A đến mp(SCD) Lời giải Lấy H trung điểm AB SH ABCD SH đường cao hình chóp S.ABCD VA.SCD VS ACD VS ABCD = a3 SH dt VABCD 12 S A D H B C SangKienKinhNghiem.net Tính SC a 2, SD a VSCD cân đỉnh S Lấy I trung điểm CD, tính SI a a2 Do d A, SCD a (đvđd) dt VSCD Ví dụ (Trích đề KA,A1 – 2014) Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD hình vng cạnh a, SD 3a , hình chiếu vng góc S mp(ABCD) trung điểm cạnh AB Tính theo a khoảng cách từ điểm A đến mp(SBD) Lời giải Ta có d A, SBD 3VA.SBD dt VSBD S Từ gt ta có SH đường cao hình chóp S.ABCD VA.SBD VS ABD VS ABCD SH dt ABCD Ta có a , HD HA2 AD D A SH SD HD a VA.SBD H a3 Tính BD a 2, SA SB SH HB a B C SB SD BD 2 11 · · cos BSD , sin BSD 2.SB.SD 5 2a a 11 · Vậy d A, SBD (đvđd) dt VBSD SB.SD.sin BSD 11 Ví dụ (Trích đề KB - 2014) Cho lăng trụ tam giác ABC.A’B’C’có đáy tam giác cạnh a Hình chiếu vng góc A’ mp(ABC) trung điểm H cạnh AB, góc đường thẳng A’C mặt đáy 600 Tính theo a khoảng cách từ điểm B đến mp(ACC’A’) A' Lời giải Ta có d B, ACC ' A ' d B, ACA ' B' 3VB.AA 'C VB A ' AC VA ' ABC A ' H dt VABC dt VA ' AC Từ gt suy A’H đường cao hình chóp A’.ABC.Ta có H hình chiếu vng góc A’ mp(ABC), C A ' C mp ABC ·A ' CH · A ' H , ABC 600 Ta có CH a A C H B SangKienKinhNghiem.net C' a3 3a VA ' ABC A ' H dt VABC A ' H CH tan 60 CH AC a, A ' C a, AA ' A ' H AH a VAA 'C cân C Lấy I cos 60 trung điểm AA’ ta có CI CA2 AI a 2 3a a 15 Vậy d B, ACC ' A ' (đvđd) dt VAA'C CI AA ' Để thấy ưu phương pháp so với phương pháp tính trực tiếp khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng ta xét ví dụ sau: Ví dụ (Trích đề KD – 2007) S Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD hình · · thang, AB BC a, AD a ABC BAD 90 , Cạnh bên SA vng góc với đáy SA a Gọi H hình chiếu vng góc A SB.Tính theo a khoảng cách từ điểm H đến mp(SCD) H Lời giải Ta có BH SCD S d H , SCD d B, SCD HS VSAB BS A I D vng A, có AH đường cao nên SH SA2 B SB SB d H , SCD d B, SCD VB.SCD VS BCD SA.dt VBCD 3 a dt VBCD dt ABCD dt VABD a Lấy I trung điểm AD tứ giác ABIC hình vng VB.SCD IC AB a IC AD VADC vuông C CD AC mà CD SA CD SAC CD SC SH SB SA2 C CD a 2, CS 2a dt VSCD CS CD a 2 3VB.SCD a a d B, SCD Do d H , SCD dt VSCD Tính Lời giải Gọi E giao điểm AB CD Lấy M trung điểm EC, N trung điểm SE, F trung điểm SangKienKinhNghiem.net AD AB BE BC a Ta có tứ giác ABCF hình vng S AB CF a ACF có CF AD a ACD H vuông C F A D CD CA , mà CD AS CD CS N MN đường trung bình ESC MN / / SC MN CD J C B BCE cân B BM CE BM DC M CD BMN BMN SCD Kẻ BJ MN BJ SCD d B, SCD BJ E Ta có NB đường trung bình tam giác SAE NB / / SA NB ABCD NB BM NBM vng B có BJ đường cao nên 1 1 a a a , BM EC , BN SA BJ 2 2 2 2 BJ BM BN 2 d H, SCD HS SH SA 2a , mà BH SCD S BS SB 3a d B, SCD BS d H, SCD a d B, SCD (đvđd) 3 So sánh hai lời giải ta thấy: Ở lời giải thứ sau chuyển việc tính khoảng cách d H , SCD tính khoảng cách d B, SCD học sinh cần sử dụng túy tính tốn biến đổi để tính mà khơng cần phải dựng khoảng cách từ điểm B đến mặt phẳng (SCD) mà cho việc dựng không đơn giản cho đa số học sinh *Kết luận Như việc tính khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng hồn tồn sử dụng thơng qua việc tính thể tích khối chóp, đồng thời q trình tính khoảng cách sử dụng kết hợp với tính chất: - Nếu AB / / P d A, P d B, P - Nếu AB P O d A, P OA d B, P OB - Nếu B trung điểm OA d A,( P) 2d B,( P) 10 SangKienKinhNghiem.net DẠNG 2: Sử dụng thể tích để tính khoảng cách hai đường chéo Bài Tốn tính khoảng cách hai đường thẳng chéo tốn khó học sinh Để tính khoảng cách hai đường thẳng chéo ta có ba đường: sử dụng định nghĩa, tính đường gián tiếp, hay sử dụng cơng thức hình học tọa độ cách chuyển Tốn sang Tốn Hình Học tọa độ Như nói phần trên, việc chuyển Tốn sang Hình Học tọa độ nên sử dụng sử dụng tốt cho lớp Toán đặc trưng Tính cách sử dụng định nghĩa dựng đoạn vng góc chung hai đường thẳng chéo tính độ dài đoạn thẳng Tuy nhiên kinh nghiệm thân tìm hiểu thực tiễn cho thấy việc dựng đoạn vng góc chung hai đường thẳng chéo thực dễ dàng hai đường thẳng vng góc với mà thơi Chính mà đường nên sử dụng hai đường thẳng chéo vng góc tốn u cầu dựng Vì tơi muốn hướng học sinh tới cách tính gián tiếp khác nhờ ứng dụng tốn tính thể tích tứ diện Cơ sở vấn đề Toán: Bài Toán (Bài 38tr10 Bài tập HH 12 nâng cao - NXBGD 2008) Cho tứ diện ABCD Gọi d khoảng cách A hai đường thẳng AB CD, góc hai đường thẳng Chứng minh VABCD AB.CD.d sin Các lời giải: Lời giải Dựng hình bình hành BCDE, ta có: VABCD VABED VDABE B Do CD // BE nên CD // mp(ABE) ·AB, BE ·AB, CD , E d D, ABE .dt ABE d AB, CD d CD, ABE d D, ABE , 1 AB.BE.sin AB.CD.sin 2 VDABE AB.CD.d sin D C N B dt ABE Vậy VABCD A M Lời giải Dựng hình hộp AMBN.FDEC ngoại tiếp tứ diện ABCD Ta có d d AB, CD d AMBN , FDEC , ·AB, MN ·AB, CD C F E D 11 SangKienKinhNghiem.net 1 d AB.MN sin d AB.CD.sin 2 1 VCANB VAMBN FDEC , VABCD VAMBN FDEC AB.CD.d sin 6 VAMBN FDCE d dt AMBN VACFD VBCED VDAMB Bài tốn có dạng phát biểu khác sau: Cho hai đường thẳng chéo d d’ Đoạn thẳng AB có độ dài a trượt d, đoạn thẳng CD có độ dài b trượt d’ Chứng minh khối tứ diện ABCD tích khơng đổi (Bài tập tr26 SGKHH12 - NXB GD 2008) Vậy thể tích tứ diện phần sáu tích cặp cạnh khoảng cách hai cạnh sin góc tạo hai đường thẳng chứa hai cặp cạnh đối nói Nhận xét: Với AB CD hai đường thẳng chéo nhau, khoảng cách chúng cho công thức d AB, CD 6VABCD Vậy để tính AB.CD.sin ·AB, CD khoảng cách hai đường thẳng chéo AB CD thực theo bước sau: B1 Tính thể tích khối tứ diện ABCD B2 Tính độ dài đoạn thẳng AB, CD sin ·AB, CD B3 Áp dụng công thức d AB, CD 6VABCD , ta có khoảng cách cần AB.CD.sin ·AB, CD tính Theo cách tính học sinh tránh việc phải dựng hình khó khăn Sau hệ thống ví dụ minh họa Ví dụ Cho hình chóp S.ABCD có đáy hình vng ABCD cạnh a, SA = h vng góc với mặt phẳng (ABCD) Tính khoảng cách cặp đường thẳng sau: a) SB CD b) SC BD c) SC AB Lời giải Ta có d SB, CD 6VSBCD · , CD SB.CD.sin SB S Từ giả thiết ta có SA đường cao hình chóp S.ABCD VS BCD I J 1 a2h VS ABCD SA.dt ABCD 6 Tam giác SAB vuông A CD a, SB SA2 AB a h · , CD SB · , AB SBA · AB // CD SB SA h · sin SBA AB a h2 Từ d SB, CD a (đvđd) D H A E O B C 12 SangKienKinhNghiem.net b) Ta có d SC , BD 6VSBCD · , BD SC.BD.sin SC AC BD a , SC SA2 AC h 2a · , BD sin 900 Ta có AC BD, SA BD BD SAC BD SC sin SC Vậy d SC, BD ah 2h2 4a2 c) Ta có d AB, SC (đvđd) 6VSABC a2h VSABC VSABCD , · , AB AB.SC.sin SC · SA CD, CD AD CD SD sin SCD SD SC · , CD SCD · Ta có AB a, SC 2a h AB// CD ·AB, SC SC d AB, SC h.a a2 h2 a h2 2a h Vậy (đvđd) Ví dụ Cho tứ diện OABC có OA, OB, OC đơi vng góc với OA = OB = OC = a Gọi I trung điểm BC Hãy dựng đoạn vng góc chung tính khoảng cách cặp đường thẳng chéo nhau: a) OA BC b) AI OC Lời giải a) Ta có d OA, BC 6VOABC · , BC OA.BC.sin OA A OA OB OA OBC OA OA OC đường cao kẻ từ A tứ diện OABC Ta có VOABC OA.dt VOBC OA.OB.OC a3 , · , BC 900 OA = a, BC a , OA BC OA · , BC Vậy d OA, BC OI a sin OA 6VAIOC c)Ta có d AI , OC AI OC.sin ·AI , OC E K O J a3 VAIOC VOABC , OC a, AI OA2 OI a 2 12 Lấy J trung điểm OB IJ / /OC , ·AI , OC ·AI , IJ ¶ Ta có cos AIJ IA IJ AJ ¶ sin AIJ IA.IJ C F I B ¶ sin ·AI , OC sin AIJ 13 SangKienKinhNghiem.net Vậy d OC, AI a (đvđd) Ví dụ (Trích đề KA - 2010) Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD hình vng cạnh a M, N trung điểm AB AD, H giao điểm CN với MD Biết SH ABCD , SH a Tính khoảng cách Z DM SC theo a Lời giải Ta có d DM , SC 6VSDMC · , SC DM SC.sin DM D Từ gt ta có SH đường cao hình chóp SDCM C N H VSDMC SH dt VDMC M B Do ABCD hình vng M, N lần A lượt trung điểm AB AD · · · · · · CDN DAM (c-g-c) DCN ADM HDC HCD HDC HDN 90 DM CN Ta có DM DA2 AM a DC 2a a , CN , , CH CN 19 a2 , dt VDMC CH DM 2 a Từ gt SH ABCD SH DM VSDMC SH dt VDMC DM SHC DM SC SC SH HC a · , SC 900 sin DM , SC Vậy d DM , SC a (đvđd) DM 19 Ví dụ (Trích đề KA – 2011) Cho hình chóp S.ABC có đáy tam giác vuông cân B, AB = BC = 2a, mp(SAB) (SAC) vng góc với mp(ABC) Gọi M trung điểm AB, mặt phẳng qua SM song song với BC cắt AC N Biết SBC , ABC 60 Tính khoảng cách AB SN theo a Lời giải Ta có d AB, SN d AM , SN 6VSAMN AM SN sin ·AM , SN Từ gt SA ABC nên SA đường cao hình chóp S.ABC 1 VS ABC SA.dt VABC , dt VABC BA.BC 2a Do SA BC do SA ABC , AB BC BC SB 14 SangKienKinhNghiem.net Vậy BC ABC SBC , SB BC , S · AB BC , SBA 900 do VSAB vuông · SBA · ABC , SBC 600 VSAB vuông A nên SA AB.tan 600 2a Ta có mp qua SM song song với BC cắt mp(ABC) theo giao tuyến qua M song song với BC, giao tuyến cắt AC N M trung điểm AB nên N trung điểm AC D A N C M B 1 2a 3 VSAMN VSABC SA.dt VABC 2 3 Ta có AM a, AC 2a 2, AN a 2, SN SA2 AN a 14 Dựng hình bình hành AMND, ta có AD MN a, ND AM a, SD SA2 AD a 13 NS ND SD 14a a 13a · cos SND NS ND 2.a 14.a 14 13 13 · · , SN sin SND · sin SND sin ·AM , SN sin DN 14 14 a 39 Vậy d AB, SN (đvđd) 13 uuuu · r uuur Nhận xét: Ta có cos ·AM , SN cos AM , SN Ví dụ (Trích đề KA,A1 - 2012) Cho hình chóp S.ABC có đáy ABC tam giác cạnh a Hình chiếu vng góc S mp(ABC) điểm H thuộc cạnh AB cho HA = 2HB Góc đường thẳng SC mp(ABC) 60 Tính khoảng cách hai đường thẳng SA BC theo a Lời giải 6VSABC Ta có d SA, BC · , BC SA.BC.sin SA Từ giả thiết ta có SH đường cao hình chóp S.ABC nên a2 , HA a, VSABC SH dt VABC , dt VABC 3 CH CA2 AH 2CA AH cos 600 a 15 SangKienKinhNghiem.net Do H hình chiếu vng góc S mp(ABC) · , ABC 600 · C SC ABC SCH SC a 21 SH CH tan 60 VSABC a3 12 S 5a Ta có BC a, SA SH AH , uur uur uu SA.BC · r uur · , BC cos SA , cos SA , BC SA.BC uur uur uur uur uur uur uur uur uur B K SA.BC SA SC SB SA.SC SA.SB , uur uur SA2 SB AB uur uur SA2 SC AC SA.SB , SA.SC 2 uur uur a · , BC sin SA · , BC SA.BC ,cos SA 5 Vậy d SA, BC a 42 C H I A (đvđd) Ví dụ Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A1B1C1D1 có kich thước tương ứng AB = 10, AD = 15, AA1 = 20 Tính khoảng cách cặp đường thẳng B1D1 AC, AB A1C Lời giải 6VD1B1BC +) d B1 D1 , AC : Ta có d B1D1 , BC · D , BC B D BC.sin B 1 VD1B1BC D1C1.dt VB1BC D1C1.BB1.BC · D , BC sin B · D ,AD A1B1.BB1.BC , sin B 1 1 1 · D A B1 A1 Vậy d B D , BC sin B 1 1 B1D1 A1B1.BB1.BC BB1 20 (đvđd) A1B1 B1D1.BC B1D1 +) d AB, A1 C : 6VA1 ABC Ta có d AB, A1C , · AB A C.sin AB, A C 1 A1 D1 B1 C1 H A B D C 16 SangKienKinhNghiem.net VA1 ABC AA1 AB.BC AA12 AD A1D · · · sin AB, A1C sin A1C , CD sin A1CD A1C A1C AA1 AB.BC AA1.BC 6 (đvđd) Vậy d AB, A1C AA12 AD AA12 AD AB A1C A1C Để thấy ưu điểm phương pháp ta so sánh lời giải ví dụ sau: Ví dụ Cho tứ diện OABC có OA, OB, OC đơi vng góc với OA = OB = OC = a Gọi I trung điểm BC Hãy dựng đoạn vng góc chung tính khoảng cách cặp đường thẳng chéo AI OC Lời giải (Sử dụng định nghĩa) A Lấy J trung điểm OB IJ / /OC OC / / AIJ Vậy mp(AIJ) chứa AI song song với OC Do IJ // OC, OC OAB IJ OAB AIJ OAB E K Dựng OK vng góc với AJ K OK AIJ O Từ K kẻ đường thẳng song song với OC cắt AI E Từ E dựng đường thẳng song song với OH cắt OC F C F J I B Khi EF đoạn vng góc chung AI OC, đường thẳng EF đường vng góc chung AI OC Ta có AOJ vng O nên 1 a OK 2 OK OA OJ Vậy d OC, AI EF OK a (đvđd) Lời giải (Chuyển tính khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng) Lấy J trung điểm OB IJ / /OC OC / / AIJ Vậy mp(AIJ) chứa AI song song với OC d OC , AI d O, AIJ 3VOAIJ Ta có dt AJI 17 SangKienKinhNghiem.net 1 a3 VOAIJ VIOAJ VIOAB VCOAB , AIJ vuông J (do IJ//OC, OC OAB , 24 a a a OI , IJ , AI OA2 OI a , AJ OA2 OJ 2 2 dt AIJ a2 a a Vậy d AI , OC (đvđd) AJ.IJ d O, AIJ 5 Lời giải 3.(sử dụng công thức tính thể tích tứ diện) Ta có d AI , OC 6VAIOC AI OC.sin ·AI , OC a3 VAIOC VOABC , OC a, AI OA2 OI a 2 12 Lấy J trung điểm OB IJ / /OC , ·AI , OC ·AI , IJ IA IJ AJ ¶ ¶ sin AIJ Ta có cos AIJ IA.IJ Vậy d OC, AI ¶ sin ·AI , OC sin AIJ a (đvđd) Nói ưu điểm tuyệt đối cách dùng thể tích để tính khoảng cách hai đường thẳng chéo so với hai cách hay dùng trước chuyển tính khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng dựng đường vng góc chung khơng phải mà cịn tùy thuộc vào đặc thù toán, chẳng hạn trường hợp hai đường thẳng chéo vng góc vơí việc dựng đường vng góc chung dễ dàng Tuy nhiên chắn hướng giải tốt cho tốn tính khoảng cách hai đường thẳng chéo đại đa số học sinh cách giải dễ sử dụng nhiều so với việc phải dựng đoạn vng góc chung hai đường thẳng chéo tính khoảng cách chúng *Kết luận: Có thể sử dụng việc tính thể tích để tính khoảng cách hai đường thẳng chéo 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm Sau hướng dẫn học sinh vận dụng tỉ số thể tích số tập cụ thể tiến hành kiểm tra tiếp thu khả áp dụng học trò lớp kết sau Năm học Lớp Sĩ số 2016 - 2017 12C5 47 Số học sinh giải trước thực đề tài 30 Sáng kiến kinh nghiệm mở rộng khai thác tốn khó để dạy cho đối tượng học sinh thi học sinh giỏi 3– KẾT LUẬN –KIẾN NGHỊ 18 SangKienKinhNghiem.net 3.1.Kết luận : Khi áp dụng chuyên đề vào giảng dạy học sinh mơn Tốn lớp 12C5 trường trường THPT Quảng Xương 1, nhận thấy em học sinh hứng thú với môn học, nhiều em cảm thấy bất ngờ mà số toán tưởng chừng khơng thể giải khơng có cơng cụ tỉ số thể tích, lại giải cách đơn giản, dễ hiểu Chính em cảm thấy hứng thú với môn học nên tơi nhận thấy chất lượng mơn Tốn nói riêng, kết học tập em học sinh nói chung nâng lên rõ rệt, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục nhà trường.Ngoài em học cách tìm tịi, khám phá tự đặt câu hỏi tìm cách giải vấn đề nhanh gọn hiệu 3.2.Kiến nghị: - Đối với nhà trường, đồng nghiệp giảng dạy phần hình khơng gian nên để hướng dẫn học sinh biết phân chia lắp ghép khối đa diện, cần đơn giản hóa tốn khoảng cách cách sử dụng cách gián tiếp, cần sử dụng mơ hình hình học khơng gian, phần mềm hỗ trợ vẽ hình khơng gian để hs dễ hình dung - Đối với Sở GD Đào tạo: Có thể làm riêng phần mềm tin học hình khơng gian theo lý thuyết toán sách giáo khoa để giáo viên tỉnh sử dụng giảng dạy, giúp học sinh trực quan quan sát hình từ dạy hình khơng gian thêm sinh động, tạo hứng thú học tập cho học sinh XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hoá, ngày 15 tháng năm 2017 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Nguyễn Thị Sáu 19 SangKienKinhNghiem.net ... để giải số tốn khoảng cách hình học khơng gian lớp 12” 1.2 Mục đích nghiên cứu: Đề tài góp phần trang bị thêm cho học sinh phần kiến thức hình học khơng gian đồng thời giúp học sinh thấy mối liên... thống câu hỏi mang tính chất gợi mở vấn đề đến cách giải học, sinh tự tìm cách làm tốn kiến thức trang bị Để học sinh tiếp cận vấn đề chia dạng thành dạng, hệ thống ví dụ từ dễ đến khó, trước giải... Nhà trương không trọng truyền thụ tri thức mà phát triển tư cho học sinh thông qua học, làm hành trang vững cho em bước vào tương lai.Tuy nhiên mơn học hình học khơng gian mơn học khó đại đa số