Cho hình chóp SABC có đáy là tam giác ABC (góc A=90°), AB=a, AC=. Biết hình chiếu vuông góc của S lên mặt phẳng ABC nằm trong tam giác ABC và các mặt bên đều tạo với mặt đáy góc 60°
a. Gọi H là hình chiếu của S trên (ABC). Tính SH
b. Tính góc giữa 2 mặt phẳng (SAB) và (SAC)
Quảng cáo
2 câu trả lời 113
$\color{blue}{\text{Phân tích giả thiết}}$
$\color{blue}{\text{Gọi } H \text{ là hình chiếu vuông góc của } S \text{ trên } (ABC)\text{.}}$
$\color{blue}{\text{Kẻ } HM \perp AB, HN \perp AC, HP \perp BC \text{. Theo định lý ba đường vuông góc, ta có các góc tạo bởi các mặt bên và đáy lần lượt là:}}$
$\color{blue}{\text{Xét các tam giác vuông } \triangle SHM, \triangle SHN, \triangle SHP \text{ có chung cạnh } SH \text{ và các góc nhọn bằng nhau (60°), nên:}}$
$\color{blue}{\text{Vì } H \text{ nằm trong tam giác } ABC \text{ và cách đều ba cạnh, nên **H là tâm đường tròn nội tiếp** tam giác } ABC\text{.}}$
$\color{blue}{\text{a. Tính SH}}$
$\color{blue}{\text{Đầu tiên, ta tính các cạnh của tam giác vuông } ABC \text{ (giả sử } AC = a\sqrt{3} \text{ do đề bài bị khuyết giá trị):}}$
$\color{blue}{AB = a, AC = a\sqrt{3}}$
$\color{blue}{BC = \sqrt{AB^2 + AC^2} = \sqrt{a^2 + 3a^2} = 2a}$
$\color{blue}{\text{Bán kính đường tròn nội tiếp } r \text{ của tam giác vuông được tính bằng công thức:}}$
$\color{blue}{\text{Trong tam giác vuông } \triangle SHM \text{, ta có:}}$
$\color{blue}{\text{b. Tính góc giữa 2 mặt phẳng (SAB) và (SAC)}}$
$\color{blue}{\text{Chọn hệ trục tọa độ } Oxyz \text{ với } A(0;0;0), B(a;0;0), C(0;a\sqrt{3};0)\text{.}}$
$\color{blue}{\text{Tọa độ điểm } H(r; r; 0) \text{ vì } H \text{ là tâm nội tiếp tam giác vuông tại } A \text{.}}$
$\color{blue}{\text{1. Vectơ pháp tuyến mặt phẳng (SAB):}}$
$\color{blue}{\text{Mặt phẳng (SAB) đi qua } A(0,0,0) \text{ và } B(a,0,0) \text{ có } \vec{n}_1 = [\vec{AB}, \vec{AS}] \text{. Tính toán ta được } \vec{n}_1 = (0; -\frac{a(3-\sqrt{3})}{2}; \frac{a(\sqrt{3}-1)}{2})\text{.}}$
$\color{blue}{\text{Rút gọn: } \vec{n}_1 = (0; -\sqrt{3}; 1)\text{.}}$
$\color{blue}{\text{2. Vectơ pháp tuyến mặt phẳng (SAC):}}$
$\color{blue}{\text{Mặt phẳng (SAC) đi qua } A, C \text{ có } \vec{n}_2 = [\vec{AC}, \vec{AS}] \text{. Tính toán được } \vec{n}_2 = (\frac{a(3-\sqrt{3})}{2}; 0; -\frac{a(\sqrt{3}-1)}{2})\text{.}}$
$\color{blue}{\text{Rút gọn: } \vec{n}_2 = (\sqrt{3}; 0; -1)\text{.}}$
$\color{blue}{\text{3. Tính góc } \alpha \text{ giữa hai mặt phẳng:}}$
$$\color{blue}{\cos \alpha = \frac{|\vec{n}_1 \cdot \vec{n}_2|}{|\vec{n}_1| \cdot |\vec{n}_2|} = \frac{|0 \cdot \sqrt{3} + (-\sqrt{3}) \cdot 0 + 1 \cdot (-1)|}{\sqrt{0^2 + (-\sqrt{3})^2 + 1^2} \cdot \sqrt{(\sqrt{3})^2 + 0^2 + (-1)^2}}$$
$\color{blue}{\text{Vậy góc giữa (SAB) và (SAC) là } \alpha = \arccos\left(\frac{1}{4}\right) \approx 75,5^\circ\text{.}}$
#$\color{red}{\text{u}}\color{orange}{\text{y}}\color{yellow}{\text{e}}\color{green}{\text{n}}\color{blue}{\text{c}}\color{indigo}{\text{u}}\color{violet}{\text{t}}\color{red}{\text{e}}\color{orange}{\text{c}}\color{yellow}{\text{o}}\color{green}{\text{r}}\color{blue}{\text{e}}$
Khi các mặt bên của hình chóp cùng tạo với đáy một góc α, và hình chiếu H của đỉnh S nằm trong tam giác đáy, thì H chính là tâm đường tròn nội tiếp của tam giác đáy ABC.
a. Tính SH1. Tính các cạnh của tam giác ABC:
-
AB=a
-
AC=a3
-
Vì △ABC vuông tại A, theo định lý Pythagoras:
BC=AB2+AC2=a2+(a3)2=2a
2. Xác định bán kính đường tròn nội tiếp r: Gọi r là bán kính đường tròn nội tiếp △ABC. Ta có công thức diện tích: SABC=p⋅r (với p là nửa chu vi).
-
Diện tích SABC=21AB⋅AC=2a23
-
Nửa chu vi p=2a+a3+2a=2a(3+3)
-
Suy ra r=pS=2a23:2a(3+3)=3+3a3=2a(3−1)
3. Tính chiều cao SH: Gọi M là hình chiếu của H lên AB. Khi đó góc ∠SMH=60∘ (góc giữa mặt bên và đáy). Trong tam giác vuông SHM:
Để tính góc giữa hai mặt phẳng này, ta có thể sử dụng phương pháp tọa độ hóa để đơn giản hóa việc tính toán.
1. Thiết lập hệ trục tọa độ: Chọn A(0,0,0), B(a,0,0), C(0,a3,0). Tọa độ điểm H(r,r,0) vì H là tâm đường tròn nội tiếp của tam giác vuông tại A.
Tọa độ đỉnh S sẽ là S(xH,yH,SH).
2. Tìm vectơ pháp tuyến:
-
Vectơ pháp tuyến của (SAB) là n1 và của (SAC) là n2.
-
Mặt phẳng (SAB) đi qua A(0,0,0) và B(a,0,0) nên phương trình có dạng z=k⋅y.
-
Mặt phẳng (SAC) tương tự có dạng z=m⋅x.
Sau khi tính toán dựa trên tích có hướng:
-
n1=(0,SH,−r)
-
n2=(SH,0,−r)
3. Tính góc ϕ:
Thay SH=r3 vào:
Vậy góc giữa hai mặt phẳng là ϕ=arccos(0.25)≈75.5∘.
Quảng cáo
Bạn cần hỏi gì?
Câu hỏi hot cùng chủ đề
-
Đã trả lời bởi chuyên gia
32640 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
27850 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
26821 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
25806 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
20290
