Bài 7 trang 224 Sách bài tập Hình học lớp 12 Nâng cao.

Trong không gian cho các điểm A, B, C

    Trong không gian cho các điểm A, B, C lần lượt thuộc các tia Ox, Oỵ, Oz vuông góc với nhau từng đôi một sao cho \(OA = a\;(a > {\rm{ }}0),OB = a\sqrt 2 ,\) \(OC{\rm{ }} = {\rm{ }}c{\rm{ }}\;(c{\rm{ }} > 0).\) Gọi D là đỉnh đối diện với O của hình chữ nhật AOBD và M là trung điểm của đoạn BC. (P) là mặt phẳng đi qua AM và cắt mặt phẳng (OCD) theo một đường thẳng vuông góc với đường thẳng AM.

    a) Gọi E là giao điểm của (P) với đường thẳng OC, tính độ dài đoạn thẳng OE.

    b) Tính tỉ số thể tích của hai khối đa diện được tạo thành khi cắt khối chóp C.AOBD bởi mặt phẳng (P).

    c) Tính khoảng cách từ điểm C đến mặt phẳng (P).

    Giải

    (h.111)

             

    a) Cách 1: Giả sử I là giao điểm của OD và AB, F là giao điểm củá mp(P) với CD. Khi đó dễ thấy ba đường thẳng EF, AM và CI đồng quy tại trọng tâm G của tam giác ABC.

    Đặt \(\overrightarrow {OE} {\rm{ }} = {\rm{ }}k.\overrightarrow {OC} .\)

    Từ giả thiết GA \( \bot \) GE, ta có \(\overrightarrow {GA} .\overrightarrow {GE}  = 0.\)

    Mặt khác \(\overrightarrow {GA} .\overrightarrow {GE}  = \left( {\overrightarrow {OA}  - \overrightarrow {OG} } \right).\left( {\overrightarrow {OE}  - \overrightarrow {OG} } \right)\)

    \( = \left[ {\overrightarrow {OA}  - {1 \over 3}\left( {\overrightarrow {OA}  + \overrightarrow {OB}  + \overrightarrow {OC} } \right)} \right].\)

    \(\left[ {k\overrightarrow {OC}  - {1 \over 3}\left( {\overrightarrow {OA}  + \overrightarrow {OB}  + \overrightarrow {OC} } \right)} \right]\)

    \( =  - {1 \over 3}\overrightarrow {O{A^2}}  + {1 \over 9}\overrightarrow {O{A^2}}  + {1 \over 9}\overrightarrow {O{B^2}}  + {1 \over 9}\overrightarrow {O{C^2}}  - {1 \over 3}k\overrightarrow {O{C^2}} \) (Vì \(\overrightarrow {OA} .\overrightarrow {OB}  = \overrightarrow {OB} .\overrightarrow {OC}  = \overrightarrow {OC} .\overrightarrow {OA}  = 0\))

    \( =- {1 \over 3}{a^2} + {1 \over 9}{a^2} + {2 \over 9}{a^2} + {1 \over 9}{c^2} - {k \over 3}{c^2}\) (vì \(OA = a,OB = a\sqrt 2 ,OC = c\)).

    Vậy \(\overrightarrow {GA} .\overrightarrow {GE}  = 0 \Leftrightarrow {1 \over 9}{c^2} - {k \over 3}{c^2} = 0 \Leftrightarrow k = {1 \over 3}.\) Vậy \(OE = {1 \over 3}c.\)

    Cách 2. Chọn hệ toạ độ Đề-các vuông góc Oxyz như hình 111 thì

    \(A{\rm{ }} = {\rm{ }}\left( {a{\rm{ }};{\rm{ }}0{\rm{ }};{\rm{ 0}}} \right),{\rm{ }}B{\rm{ }} = \left( {0;a\sqrt 2 ;0} \right){\rm{, }}D = {\rm{ }}\left( {a{\rm{ }};a\sqrt 2 ;{\rm{ }}0} \right),\)

    \({\rm{ }}C = {\rm{ }}\left( {0{\rm{ }};{\rm{ }}0{\rm{ }};{\rm{ }}c} \right),\)\(M = \left( {0;{{a\sqrt 2 } \over 2};{c \over 2}} \right),\) Sử dụng giả thiết của bài toán, ta lập được phương trình của mặt phẳng (P) là \(c\sqrt 2 \left( {x{\rm{ }} - a} \right) - {\rm{ }}cy{\rm{ }} + {\rm{ }}3a\sqrt 2 z{\rm{ }} = {\rm{ }}0\).

    Giao điếm của (P) với trục Oz là \(E{\rm{ }} = {\rm{ }}\left( {0{\rm{ }};{\rm{ }}0{\rm{ }};{c \over 3}} \right)\), suy ra \(OE{\rm{ }} = {c \over 3}.\)

    b) Vì \(\overrightarrow {OE}  = {1 \over 3}\overrightarrow {OC} \) , giao tuyến EF của (P) với (OCD) song song với OD nên \(\overrightarrow {DF}  = {1 \over 3}\overrightarrow {DC} \) . Ta có

    \(\eqalign{  & {{{V_{C.AEF}}} \over {{V_{C.AOD}}}} = {{CE} \over {CO}}.{{CF} \over {CD}} = {2 \over 3}.{2 \over 3} = {4 \over 9},  \cr  & {{{V_{C.MEF}}} \over {{V_{C.BOD}}}} = {{CM} \over {CB}}.{{CE} \over {CO}}.{{CF} \over {CD}} = {1 \over 2}.{2 \over 3}.{2 \over 3} = {2 \over 9}. \cr} \)

    Vậy \({V_{C.AEMF}} = \left( {{4 \over 9} + {2 \over 9}} \right){1 \over 2}{V_{C.AOBD}} = {1 \over 3}{V_{C.AOBD}}\), từ đó \({{{V_{C.AEMF}}} \over {{V_{AEMFDBO}}}} = {1 \over 2}.\)

    c) Cách 1. Tứ giác lồi AEMF có các đường chéo AM, EF vuông góc nên có diện tích :

    \({S_{AEMF}} = {1 \over 2}AM.FE\)

    \( = {1 \over 2}\sqrt {A{O^2} + O{J^2} + J{M^2}} .{2 \over 3}OD\) (J là trung điểm của OB)

    \( = {1 \over 2}\sqrt {{a^2} + {{{a^2}} \over 2} + {{{c^2}} \over 4}} .{2 \over 3}\sqrt {{a^2} + 2{a^2}}  = {{\sqrt 3 } \over 6}a\sqrt {6{a^2} + {c^2}} .\)

    Vậy khoảng cách từ C đến mp(P) là

    \(d\left( {C{\rm{ }},{\rm{ }}\left( P \right)} \right) = {{3{V_{C.AEMF}}} \over {{S_{AEMF}}}} = {{{a^2}c{{\sqrt 2 } \over 3}} \over {{{\sqrt 3 } \over 6}a\sqrt {6{a^2} + {c^2}} }} = {{2ac\sqrt 6 } \over {3\sqrt {6{a^2} + {c^2}} }}.\)

    Cách 2. Sử dụng cách 2 của câu a), ta tính được khoảng cách từ điểm \(C(0{\rm{ }};{\rm{ }}0{\rm{ }};c)\) đến mp(P) có phương trình \(c\sqrt 2 \left( {x - a} \right) - cy{\rm{ }} + {\rm{ }}3a\sqrt 2 z{\rm{ }} = {\rm{ }}0\) là

    \(d\left( {C,\left( P \right)} \right) = {{\left| { - ac\sqrt 2  + 3ac\sqrt 2 } \right|} \over {\sqrt {2{c^2} + {c^2} + {\rm{ }}18{a^2}} }} = {{2ac\sqrt 6 } \over {3\sqrt {{c^2} + {\rm{ 6}}{a^2}} }}.\)

    Xemloigiai.com

    SBT Toán 12 Nâng cao

    Lời giải chi tiết, đáp án bài tập SBT Giải tích, Hình học 12 Nâng cao. Tất cả lý thuyết, bài tập vận dụng, thực hành Toán 12 Nâng cao

    PHẦN SBT GIẢI TÍCH 12 NÂNG CAO

    PHẦN SBT HÌNH HỌC 12 NÂNG CAO

    CHƯƠNG I: ỨNG DỤNG ĐẠO HÀM ĐỂ KHẢO SÁT VÀ VẼ ĐỒ THỊ CỦA HÀM SỐ

    CHƯƠNG II: HÀM SỐ LŨY THỪA, HÀM SỐ MŨ VÀ HÀM SỐ LÔGARIT

    CHƯƠNG III: NGUYÊN HÀM, PHÂN TÍCH VÀ ỨNG DỤNG

    CHƯƠNG IV: SỐ PHỨC

    CHƯƠNG I: KHỐI ĐA DIỆN VÀ THỂ TÍCH CỦA CHÚNG

    CHƯƠNG II: MẶT CẦU, MẶT TRỤ, MẶT NÓN

    CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ TRONG KHÔNG GIAN

    Lớp 12 | Các môn học Lớp 12 | Giải bài tập, đề kiểm tra, đề thi Lớp 12 chọn lọc

    Danh sách các môn học Lớp 12 được biên soạn theo sách giáo khoa mới của bộ giáo dục đào tạo. Kèm theo lời giải sách bài tập, sách giáo khoa, đề kiểm tra 15 phút, 45 phút (1 tiết), đề thi học kì 1 và học kì 2 năm học 2025 ngắn gọn, chi tiết dễ hiểu.

    Toán Học

    Vật Lý

    Hóa Học

    Ngữ Văn

    Sinh Học

    GDCD

    Tin Học

    Tiếng Anh

    Công Nghệ

    Lịch Sử & Địa Lý

    Tác giả & Tác phẩm

    Đọc nhiều nhất