hình học giải tích không gian chọn lọc đáy là tam giác

Chứng minh tứ diện BCMN có các cặp cạnh đối vuông góc.. Chứng tỏ khi đó tâm mặt cầu nội tiếp và ngoại tiếp trùng nhau.. Vậy, tâm mặt cầu ngoại tiếp và tâm mặt cầu nội tiếp của SABC trùng

TỨ DIỆN

VẤN ĐỀ I: CÁC BÀI TOÁN CHỌN LỌC VỀ CHÓP TAM GIÁC

Ví dụ 1: Cho tứ diện ABCD có AD⊥(ABC , AC) =AD=4cm, AB 3cm, BC= =5cm.Tính khoảng cách từ A đến (BCD )

Ví dụ 2: Cho hình chóp tam giác đều SABC cạnh đáy là a Gọi M, N là trung điểm

SB, SC Tính theo a diện tích AMN∆ biết (AMN) (⊥ SBC )

Giải:

Gọi O là hình chiếu của S trên (ABC) ⇒ Ο là trọng tâm ABC∆

Gọi I là trung điểm BC

Ví dụ 3: Cho hình chóp SABC có đáy là ABC∆ vuông tại C, SA⊥(ABC ,) CA a,=

CB=b, SA= Gọi D là trung điểm AB h

1 Tính cosin góc ϕ giữa AC và SD

2 Tính d AC,SD , d BC,SD ( ) ( )

Giải:

Trong (ABC vẽ tia Ax) ⊥AC

Chọn hệ trục tọa độ Axyz sao cho: A 0; 0; 0 , C 0; a; 0 , S 0; 0; h ( ) ( ) ( )

2 GI cắt d tại N Chứng minh tứ diện BCMN có các cặp cạnh đối vuông góc

3 Chứng minh AM.AN không đổi khi M di động trên d

Ví dụ 5: Cho tứ diện OABC có OA, OB, OC đôi một vuông góc AC 2OB= ,

BC=2OA Vẽ OM⊥AC tại M, ON⊥BC tại N

ODtan

1 Tìm điều kiện của h để ( )α cắt cạnh SC tại K Tính diện tích ABK.∆

2 Tính h theo a để ( )α chia hình chóp thành hai phần có thể tích bằng nhau

Chứng tỏ khi đó tâm mặt cầu nội tiếp và ngoại tiếp trùng nhau

Giải:

Trong mặt phẳng (ABC) vẽ Hy⊥HA

Chọn hệ trục tọa độ Hxyz sao cho: ( ) a 3 ( )

12a

+

−+

Vậy, tâm mặt cầu ngoại tiếp và tâm mặt cầu nội tiếp của SABC trùng nhau

Ví dụ 7: Cho hai mặt phẳng ( )P và ( )Q vuông góc với nhau, có giao tuyến là đường thẳng ∆ Trên ∆ lấy hai điểm A và B với AB a.= Trong ( )P lấy điểm C, trong ( )Q lấy điểm D sao cho AC, BD cùng vuông góc với ∆ và AC=BD=AB Tính bán kính mặt cầu ngoại tiếp ABCD và d A, BCD ( ) theo a

Giải:

Chọn hệ trục tọa độ Axyz sao cho: A 0; 0; 0 , B 0; a; 0 , C 0; 0; a , D a; a; 0 ( ) ( ) ( ) ( )

Phương trình mặt cầu ( )S : x2+y2+z2−2α − β −x 2 y 2 zγ =0

2 2 2

x Δ

D A

C

B

BÀI TẬP TỰ LUYỆN

Bài tập 1: Cho ABC∆ vuông tại A có AB a, AC 2a.= = Trên đường thẳng vuông góc (ABC tại A lấy điểm S sao cho SA) =3a AD là đường cao tam giác ABC.∆ E, F

là trung điểm của SB, SC H là hình chiếu của A trên EF

1 Chứng minh H là trung điểm của SD

2 Tính cosin góc CP giữa hai mặt phẳng (ABC , ACF ) ( )

Bài tập 3: Cho tứ diện OABC có các cạnh OA, OB, OC đôi một vuông góc với nhau

H là hình chiếu của O trên (ABC )

OH⊥ ABC tại H Gọi A , B , C lần lượt là hình chiếu của H lên các mặt 1 1 1

(OBC , OAC , OAB ) ( ) ( )

1 Tính thể tích tứ diện HA B C 1 1 1

2 Gọi S là điểm đối xứng H qua O Chứng minh tứ diện SABC đều

3 Chứng minh OH không vuông góc (A B C 1 1 1)

Bài tập 5: Cho tứ diện OABC và OA, OB, OC đôi một vuông góc và OA a,=

OB=a 2, OC c a,c= ( >0 ) Gọi D là đỉnh đối diện O của hình chữ nhật

OADB, M là trung điểm BC mặt phẳng ( )α qua A và M cắt (OCD) theo đường thẳng vuông góc AM

1 Gọi E là giao điểm ( )α với OC Tính OE

2 Tính khoảng cách từ C tới mặt phẳng ( )α

3 Tính diện tích thiết diện tạo bởi ( )α và chóp C.OADB

Bài tập 6: Cho tứ diện OABC có OA, OB, OC đôi một vuông góc

OA a, OB= =b, OC= c

1 Gọi I là tâm mặt cầu nội tiếp ( )S của OABC Tính bán kính r của ( )S

2 Gọi M, N, P là trung điểm BC, CA, AB Chứng minh rằng góc giữa (NOM của ) (OMP) là vuông khi và chỉ khi

1 Tính OH, OG và S∆ABC theo a, b, c

2 Chứng minh ABC∆ có ba góc nhọn và a tan A2 =b tan B c tan C.2 = 2

Bài tập 8: Cho ABC∆ đều cạnh a Trên đường thẳng d⊥(ABC) tại A lấy điểm S,SA=h

1 Tính d A, SBC ( ) theo a và h

2 Đường thẳng ∆ ⊥(SBC) tại trực tâm H của SBC,∆ chứng tỏ ∆ luôn đi qua điểm

cố định khi S di động trên d

3 ∆ cắt d tại S' Tính h theo a để SS' nhỏ nhất

Bài tập 11: Cho tứ diện SABC có ABC∆ vuông cân tại B, AB a, SA= ⊥(ABC) và

SA a= 2 Gọi D là trung điểm của AC

1 Chứng minh khoảng cách từ A đến (SBC gấp đôi khoảng cách từ D đến ) (SBC )

2 Mặt phẳng ( )α qua A và vuông góc SC, α( ) cắt SC và SB tại M và N

- Chứng minh AMN∆ là thiết diện giữa ( )α và tứ diện SABC

- Tính thể tích hình chóp SAMN

3 Tính cosin góc ϕ giữa mặt phẳng (ASC) và (SCB)

Bài tập 15: Cho ABC∆ đều có đường cao AH=2a Gọi O là trung điểm của AH Trên đường thẳng vuông góc với (ABC tại O lấy điểm S sao cho OS) =2a

1 Tính góc cosin ϕ góc giữa (BSA) và (SAC)

2 Trên đoạn OH lấy điểm I Đặt OI=m 0 m a ( < < ) Mặt phẳng ( )α qua I vuông góc với AH cắt các cạnh AB, AC, SC, SB tại M, N, P, Q

- Tính diện tích thiết diện MNPQ theo a và x

- Tìm m để diện tích MNPQ là lớn nhất

Bài tập 20: Cho tứ diện SABC có ABC∆ vuông cân tại B, AB a, SA= ⊥(ABC) và

SA a AH= ⊥SB tại H, AK⊥SC tại K

1 Chứng minh rằng HK⊥SC

2 Gọi I=HK∩BC Chứng minh rằng B là trung điểm của CI

3 Tính sin góc ϕ giữa SB và (AHK )

4 Xác định tâm và bán kính mặt cầu ngoại tiếp SABC

Bài tập 21: Trong mặt phẳng ( )α có góc vuông xOy M, N lần lượt di động trên cạnh Ox, Oy sao cho OM ON a.+ = Trên đường thẳng vuông góc với ( )α tại O lấy điểm S sao cho OS=a

1 Tìm vị trí M, N để thể tích SOMN lớn nhất

2 Khi thể tích SOMN lớn nhất, hãy tính:

- d O, SMN  ( )

- Bán kính mặt cầu ngoại tiếp SOMN

3 Khi M, N dị động sao cho OM ON a+ = chứng minh OSM OSN MSN+ + =90 °

VẤN ĐỀ I: CÁC BÀI TOÁN CHỌN LỌC VỀ CHÓP TAM GIÁC

Bài tập 1: Chọn hệ trục tọa độ Axyz sao cho: A 0; 0; 0 , B a; 0; 0 , C 0; 2a; 0 , ( ) ( ) ( )

B

C D

đường trung bình trong SBC∆ D 4a 2a; ; 0

5 5

2 Tính cosin góc CP giữa hai mặt phẳng (ABC , ACF ) ( )

Ta có BC⊥(SAD)⇒FE⊥(SAD) do FE song song với BC

10

32






B D

Thay x, y, z vào phương trình (ABC ta được: )

cos α +cos β cos cos n ,n cos n , n cos n , n

Vậy cos2α +cos2β+cos2γ =1

Bài tập 4: Chọn hệ trục tọa độ Oxyz: O 0; 0; 0 , A a; 0; 0 , B 0; a; 0 , C 0; 0; a( ) ( ) ( ) ( )

A

H

2 Chứng minh tứ diện SABC đều

Ta có AB AC= =BC=a 2

Vậy tứ diện SABC đều

3 Chứng minh OH không vuông góc (A B C 1 1 1)

3 Tính diện tích thiết diện tạo bởi ( )α và chóp C.OADB

Trong (OCD gọi K) =EG∩CD⇒ Thiết diện là tứ giác AKME

abcr

H

2 2 2 2 2 2

abcOH

2Ssin A

Tương tự cho b tan B c tan C.2 = 2

Bài tập 8: Gọi I là trung điểm AB Trong (ABC vẽ Ay) ⊥AB

x

z

y H

I

C A

Bài tập 11: Trong mặt phẳng (ABC ,) vẽ Ay⊥AB

Chọn hệ trục tọa độ Axyz sao cho A 0; 0; 0 , B a; 0; 0 , C a; a; 0 , S 0; 0; a 2 ( ) ( ) ( ) ( )

d D, SB

6

22

y x

8a3

a

3a

R H

2 Chứng minh rằng B là trung điểm của CI

Vậy B là trung điểm của CI

3 Tính sin góc ϕ giữa SB và (AHK )

4 Xác định tâm và bán kính mặt cầu ngoại tiếp SABC

Gọi J x ; y ; z( 0 0 0) suy ra phương trình mặt cầu ( )S có dạng: