CHYÊN ĐỀ HÌNH CHÓP
GÓC – KHOẢNG CÁCH
Quan hệ song song – vuông góc là một mảng vô cùng quan trọng trong chương trình
hình học không gian nói chung và trong những bài toán có liên quan đến hình chóp nói riêng. Và
một trong những ứng dụng quan trọng nhất của quan hệ song song – vuông góc trong việc giải các
bài toán hình học không gian cũng như các bài toán có liên quan đến hình chóp là tìm góc và
khoảng cách.Ta đến với những bài toán sau:
Bài 1: Cho (),(
(
=
(
= (,(P)), MAM = , MAA =
) (A (
,,.
Gi i :
( ')
(
( )
(), A (P)
AA (P)
* AA // (Q)
MA (P)
MMNA
N = ch M/(P)
MA // MN
MM // AN
O
MA AN
A'
H
N
=
AA2 = AM2 – AM2
A
= AN2 + MN2 – (AN2 + MN2)
= AN2 – AN2
AA AN
=
MM2 = AA2 + AN2 = MA2 + MA2 – 2MA.MA.cos
A = cot .x
AN = cot .x
MA =
x
sin
:
x
sin
MA =
1
1
cos
2
2
2
sin .sin
sin sin
cos
cot2 + cot2 = 2 + cot2 + cot2 - 2
sin .sin
x2(cot2 + cot2) = x2
cos = sin .sin
Bài 2:
=
=
CA, SF CB. CMR:
a. SC EF
b.
tan 4 ( SCI ) EB
1
tan 4 ( SCA) AB
Gi i :
C
2
= BC2 – SB2 = 4SA2 – SB2
SC2 = AC2 – SA2 = 4SB2 – SA2
SA = SB AC = AB
* SE =
SC.SA
AC
SF =
F
E
SC.SB
AB
S
SE = SF
B
:
ê
SC
I
2
SC
EF CE
SC 2
AC
:
AB CA AC
AC 2
:
=
2 .SA (do
2
AC
2
SC 2
2 SC 2
.
EF =
AC 2
2 AC
SA 1
CS
3
SAC =
cos cos
:
AC 2
AC
6
2
3
2 3
6
AB
CS = AC 2 SA2 = SA 3 =
2
2 3 6
3
EF 3
.
.
. AB = AB
(1)
:
=
2 2 2
4
AB 4
=
A
1
AB
SI
6
2
* tan SCI =
SC
6
6
AB
2
SA
SA
3
tan SCA =
SC SA 3
3
4
tan SCI 1
(2)
tan 4 SCA 4
tan 4 ( SCI ) EB 1 3
:
1
tan 4 ( SCA) AB 4 4
Bài 3:
=
,N
=
ê
4
b. ((SAM),(SMN)) =
2
:
a. ((SAM),(SAN)) =
Gi i :
S
a. AM SA, AN SA MAN = ((SAM),(SAN))
SA = (SAM) (SAN)
=
:
4
2
2 AM AN 2 MN 2
cos MAN =
2
2 AM . AN
A
D
N
B
M
C
2. a 2 (a x)2 . a 2 (a y)2 = a2 + (a – x)2 + a2 + (a – y)2 – (x2 + y2)
2[a2 + (a – x)2].[a2 + (a – y)2] = [4a2 – 2a(x + y)]2
a4 + a2[2a2 – 2a(x + y) + x2 + y2] + (a2 + x2 – 2ax)(a2 + y2 – 2ay) = 2[2a2 – a(x + y)]2.
a4 + 2a4 – 2a3(x + y) + a4 + a2(x2 + y2) + 4a2xy – 2a3(x + y) + x2y2 – 2axy(x + y) = 8a4 – 8a3(x +
y) + 2a2(x2 + y2) + 4a2xy
x2y2 + 4a3(x + y) = 2axy(x + y) +4a4
(SAM) (SMN)
SM ( M
:
NM ' SM
NM ' ( SAM )
SM ( SAM ) ( SMN )
NM SA
:
(ABCD) SA NM
: M
MN (SAM)
MN AM
:
2
+ MN2 = AN2
a2 + (a – x)2 + x2 + y2 = a2 + (a – y)2
2x2 = 2ax – 2ay
x2 = a(x – y).
Bài 4:
D. AB = 2a, AD = CD = a
=
2.
b
Gi i :
S
K
=
CAB =
hay CA CB
2
BC = AC = a 2 , SD = a 3
SC = 2a
SC2 + BC2 = SB2.
SC CB
= SCA =
:
I
A
:
=
6,
D
.
4
E
=
I = ch A/SC
SC CB
CB ( SAC ) AI
AC CB
SC
AI (SBC)
AI SB
SB (AIK)
AK SB
KI SB (A, SB, C) = AKI
:
=
AK =
a 2.2a
2 3
a.
3
a 6
SI
KI
SI .BC a.a 2
3
KI
a
SB BC
SB
3
a 6
a 2 4a 2
AI2 + KI2 = a2 +
=
= AK2
3
3
H
C
B
sin AKI =
AKI =
3
AI
a
3
AK a 2 3
2
3
SC CE
(( SCB), ( SCD)) = ECB
SC CB
+ SE.SD = SC2 SE =
DE =
4a 2
4 3
=
a
3
a 3
4 3
3
4
3
a CE2 = DE.SE =
a.
a a2
3
3
3
3
BD a 5
SD 2 SB 2 BD 2 2 2
+ SB a 6 cos ESB
2SD.SB
3
SD a 3
BE2 = SE2 + SB2 – 2.SE.SB.cos ESB
=
2 2 4 3
2
16 2
.
a. 6a a 2
a + 6a2 – 2.
3
3
3
3
4 2
2
a 2a 2 a 2
CE 2 CB 2 EB 2
3 6
cos ECB =
= 3
2.CE.CB
3
2 3
2.
a. 2a
3
6
ECB = arccos
3
Bài 5: Cho
ê
Gi i :
S
Q
P
A
M
O
B
E
P'
D
C
SO AB
(SAB) (ABCD) = AB
SO (ABCD)
SO
BC (SAB)
AE = MC = SE =
AM = EC =
Q'
a
2
AB
a 5
2
MC // AE
(MC,SA) = (AE,SA)
AE 2 SA2 SE 2
=
2. AE.SA
a2
5
5
5
2a
.a
2
2 5
a 3
sin (MC,SA) =
=
5
2
1
1
1 a 3 a
a3 3
: S.AMC = SO.SAMC = SO.DC.MA = .
.a. =
3
6
6 2
2
24
1
1
: VS . AMC SA.MC.sin MC , SA .d SA, MC VS.AMC = SA.MC.sin (MC,SA).d(SA,MC)
6
6
3
a 3
1 a 5 2 5
= a.
.
.d ( SA, MC )
24
6
2
5
a 3
d(SA,MC) =
4
cos (MC,SA) =
b.
g PQ // AD (Q SA)
PQ // BC
// SO
QQ (ABCD)
(ABCD) (P (ABCD))
(PQBC) = ch (PQBC)/(ABCD)
:
=
P OD, Q OA
=
SP
x
SD a 2
x SD = a 2
D)
SP
x
OP '
PD a 2 x P ' D
OP ' SP
x
OD SD a 2
OP =
x
a 2
. a2
a2
4
OP ' OQ '
x
OD OA a 2
OQ '
x 2
4
PQ / / AD
P ' Q '/ / AD
P ' Q ' ch( PQ) / ( ABCD)
PQ AB PQ =
S
+
’ ’
5x2 x2 x 2
8
8
2
1
1 a x 2
x 2 1
x 2
= .QB.(PQ + BC) =
=
a
a
2
2 2
2
4
2 4
SP PQ
x
SD AD a 2
PQ =
x 2
2
1
1
1
AQ SQ
QQ ' AQ SA
x
a 2x
+
1
SH
SA AQ
a 2
a 2x
AQ
a 2x
. 6
QQ =
4
Do QQ QB
2
QB =
=
a x 2 3
Q ' B QQ '
a 2x
4 8
2
2
2
a 2 ax 2 x 2 3 2 3 2
3
a
ax x 2
4
4
8 4
4
8
2
2
=
a2
a 2
x2
x
2
2
1 2 a 2
x2 x 2
SPQBC =
a
x
a
2
2
2 2
x 2
1
1
a 2x
2
cos ((P),(ABCD)) =
2
2
2
2 2a a 2 x x 2
a 2
x
a2
x
2
2
a
a 2x
=
(x) =
x [o;a 2 ]
2a 2 a 2 x x 2
2a
6a 2 3xa 2
2
ax 2 x
2
=
2a a 2 x x
2
2
>0
x [o;a 2 ]
min f(x) = 1
Bài 6:
ê
.
Gi i:
SI BC
(SAI) BC
AI BC
SIA ((SBC), (ABC))
J SA ( J SA ).
: CJ SA
(BJC) SA
BJC ((SAB), (SAC))
Suy ra:
+ (BJC) SA IJ SA
J=J
BJI ((SAI),SAB))
BJ SA
2
BJC
ê BJI
)
2
ê
S (ABC)
=
1
1
ABC
3
1
3
a2
31
S
SH.AI a
HI.tan a
a
.tan tan
SAI 2
2 2
2 2
2 3
8
1
BI
1 a
a2
1
a2
SH 2 AH 2 .
tan 2 a 2
2
sin BJI 2 2.sin 12
3
4.sin
2
2
(SAI) BC I chS (SAI)
1
2
+ SSAB BJ.SA
S
S
SAI
SAB
a2
tan
8
tan 2
SAB
.cos BJI S
SAB
tan 2 4
.cos
12
2
a2
4.sin
.cos ((SAB),(SAI)) S
2
tan 2 4
.cot 2
3
2
3.tan 2 .tan 2
tan 2 4 tan 2
2
4
3tan 2
1
2
Bài 7:
=
ở
ỉ
ê
Gi i:
S
E
D
M
A
C
H
N
B
.cos
2
tan 2 4
12
+
SN CD
SNM ((SBC), (ABCD))
MN
CD
SC.
: BD SH
BD (SHC)
HC BD
BD SC
(BDE) SC (BDE) (SCD)
=
:
S.ABCD,
( hay (BDE) (P))
V1 = VC.EBD , V2
V1
V1
1 CE
V 2.VS.BCD 2 SC
:
SC SN 2 NC2 NH 2 .
1
a
1
a
NC2
1
cos 2 1
2
2 cos
2.cos
cos SNM
2
(BDE) SC BE SC
1
1
SSBC BE.SC SN.BC BE.SC SN.BC
2
2
a 1
a
SN.BC
a
2 cos
BE
SC
a
1
1 cos 2
1
2
2 cos
a2
a.cos
CE BC BE a
2
1 cos
1 cos 2
2
2
2
Suy ra:
a.cos
V1 1
V 2
1 cos 2
a
1 cos 2
2.cos
V1
V
cos 2 1
V V1
V2
cos 2
1 cos 2
Bài 8:
=
=
ê
=
ê
=
=
(M BC, N CD)
:
1)
a. SOM SMN
b. SON SMN
PQ = d(SM, ON)
:
: SOM SMN .
’
’ SM).
NM ' SM
NM ' (SON)
SM SON SMN
:
NM' SO
ABCD SO NM
:
:
’ MN SOM MN OM
SON SMN
OM 2 MN 2 ON 2
(1)
= CM = b – x
DN = y DN = a – y
BN 2 b 2 (a y ) 2
AN 2 b 2 y 2
MN 2 b x a y
2
2
a2
x2
4
2 BN 2 2AN 2 AB 2 4b 2 2(a y ) 2 2 y 2 a 2
ON 2
4
4
OM 2
ê
e
:
4b 2 2(a y ) 2 2 y 2 a 2 a 2
2
2
x2 b x a y
4
4
2
2
2bx ay 2 x a
: 2bx ay 2 x2 a 2
ê
MN
: 2y2 2b2 a 2 2bx 3ay
PQ SM
PQ ON
2) PQ = d(SM, ON)
(1)
:
2
2
2
ON 2 4b 2 a y 2y a
OQ
4
16
2
2
4b 2 2 a y 2y 2 a 2
2
SQ OQ SO a b
2
2
2
2 2
SM 2 SO 2 OM 2 a 2 b 2
OP 2 SP 2
a 2b2
16
2
a
x2
4
a2
x2
4
4
:
PQ2 SQ 2 SP 2 OP 2 OQ 2
SQ 2 OQ 2 SP 2 OP 2 2OP 2
4b 2 2 a y 2y 2 a 2
2
a b
16
2a b 2b 2y 2 x 2 2ay
2 2
4b 2 2 a y 2y 2 a 2
2
2 2
16
2
:
2a 2 b2 2b2 2y2 x 2 2ay
4a 2 b 2 a 2 4x 2
8
9:
’
’ ’
:
E C'D' CD C'E SC
SC K SC
DK / /C'E
(C 'D ', AD) (C 'E, AD) (DK, AD) ADK
SA CD
CD (SAD) CD SD
CD AD
C'E SC ê
a 6
2
=
’ SC CC '
EC'C
: SDC ồ
AC2
AC2
SC
SA 2 AC2
2a 2
2 14
a
7
C 'E C 'C
(1)
SD
CD
3 2
a 2a 2
2
2 14
3 2
a
a a2
SD.CC ' CC ' SA 2 AD 2
2 35
2
7
a
: ’ =
CD
CD
a
7
8 2 20 2
EC CC '2 C ' E 2
a a 2a
7
7
CD 1 DK CK
(do DK / /EC ')
EC 2 EC ' CC '
35
a
DK
7
CK 14 a
7
cos SCA =
AC a 2
2 7
SC
7
14
a
2
’
’
AK 2 CK 2 AC2 2CK.AC.cosSCA
2 2
14 2 7
a 2a 2 2.a 2.
a.
7
7
7
8
a2
7
2 14
AK
a
7
5
8
a2 a2 a2
2
2
2
DA DK AK
7
7 2 35
+ cos ADK
2.DA.DK
35
35
2a
a
7
2 35
ADK arccos
35
Bài 10:
BAD 60o
3
= a.
4
(ABCD)
:
J
SJ ( H SJ )
SO (ABCD)
BC (SIJ) IH BC
IJ BC
IH (SBC) IH SB
AD // BC IH AD
=
SB)
3
a
4
3
Suy ra : IH = 2.OF = a
4
= J=
ê
= SAD SBC
J
:
=
3
a
8
SIJ AD
SI AD SI d
(do d / /AD / /BC)
SJ AD SJ d
ISJ ((SAD), (SBC))
:
3
a
2
IJ = 2.OI =
SI SJ SO2 OI2
9 2 3 2
3
a a
a
16
16
2
ISJ 60o
SIJ
ISJ 60o
:Ở
:
+ BAD 60o
ABD
3 2
S
a
ABD 4
SO (ABCD)
Suy ra : VS.ABD =
1
SO.S
3
ABD
13
3 2
3 3
a
a
a
34 4
16
:
VS.ABD =
1
SB.AD.d(AD,SB).sin (AD,SB)
6
:
9 2 1 2
13
a a
a
16
4
4
9 2 3 2
21
a a
a
SC = OC2 SO2
16
4
4
AD // BC (AD,SB) (BC,SB) SBC
13 2
21
a a2 a2
SB2 BC2 SC2 16
16 13
cosSBC
2.SB.BC
13
13
2.a.
a
4
2 39
sin SBC
13
SB =
OB2 SO2
(1)
Suy ra: VS.ABD =
3 2
a .d(SB, AD)
12
(2)
:
=
3
a
4
ỉ
ơ
ú
ổ
Bài 11:
=
CH
()
=
CA
6
, SH
a
3
3
J
J
()
:
=
ABC 60o
3
1
3
Suy ra : AK CA
3
AK
3
a tan ABK
ABK 30o
3
AB
3
Á
ụ
ý
e e
:
BI MC NS
1 MS
.
.
1 .
.(1) 1
2 MC
BC MS NI
MS
2
MC
J
J
Á
ụ
e e
:
TA MC JS
MS
.
. 1 (2).
.(1) 1
TC MS JI
MC
TA 1
TC 2
:
Suy ra : BTC
TBA ABC 60o .
: BK TB
(3)
(2)
(1)
ỉ
ỏ
ê
ê
J
ù
ê
JK TB
J ê
3
(4)
: (JBK) TB
4
JBK ((),(ABC))
: JK
cos JBK =
BK 2 2
BJ
3
Bài 12 :
’
6
2 3
6
a, BK
a BJ
a
6
3
2
’ ’
’ ’
’ ù
’
’C.
:
’ ’
’
’
CD ( K CD ).
’
H B'K ).
’
J
’
J
’
:
CD BK
CD (B'BK)
BH B'C
BH (B'DC)
CD BB'
BH DB'
BH B'K
’
’
ê
’
BH B'C
BH A 'B
J
ê
J
Bài 13 :
ụ
=
;
ê
c
:
SK H SK
J
J
ụ
ê
AB
KE AB
KE (SAK) KE BH
KE SA
BH SK
BH (SKE)
+ BH KE
IJ (SKE) IJ KE IJ BD (do BD / /KE)
IJ / / BH
+ IJ (SKE) IJ SC
J
a
2
: KB , KC
a 3
3a
a 13
, KA , KS SA 2 AK 2
2
2
2
=
KH
KB.KA 3a 13
KS
26
3a 13
KH
3
26
KS
a 13 13
2
CJ 3
Suy ra :
J
J
CS 13
SH HJ 10
10
5a 3
:
HJ KC
SK KC 13
13
13
5a 3
BI
5
= J ê
13
BD a 3 13
:
ê
ê
BH BK
1
a 13
BH IJ
SA SK
13
13
( BH // IJ , HJ // BI
J
BÀI TẬP TỰ LUYỆN
mp(ABCD),
:
;
;
, SA
SA a 2 , BSC 45, ASB
6 0.
AC
3
=
2a 6
3
ê
mp(SAD).
4
=
=
ê
5
ở
=
=
=
=
:
=a.
ê
=
ỏ
ổ
0
6
, AC = b,
=
600
:
b
7
=
=
ỏ ơ
e
J
ã
8
ê
J
=
=
e
z
ê
z
NHỮNG BÀI TOÁN VỀ THIẾT DIỆN TRONG HÌNH
CHÓP
Bài 1:
ỉ
ỉ
Gi i:
S
H
M
F
E
I
K
D
C
O
A
B
- ỉ
:
ê
1
MH .SE
MH SE SM SI 1 SI
SME
2
.
.
.
+
1
S
CK SB SC SO 2 SO
CK
.
SB
SBC
2
S
Á
ụ
e e
:
IS AO MC
IS 1
IS
SI 2
.
.
1
. .(1) 1
3
IO
SO 3
IO AC MS
IO 2
S
1 2 1
SME .
S
2 3 3
SBC
-
ơ
S
SMF 1 .
S
3
SDC
Bài 2: Cho h
’
MA' MB' MC'
1.
SA
SB
SC
Gi i:
’
’
S
’
ù
:
-
MA ' SMBC
SA
S
:
ABC
1
.MK .BC
MK NM MA '
MBC 2
.
1
S
AH
NA
SA
. AH .BC
ABC
2
A'
S
A
C
M
-
N
:
S
MB '
MC ' SMAB
MAC ,
.
SB
S
SC
S
K
B
ABC
H
ơ
ABC
MA ' MB ' MC ' SMBC SMAC SMBA S ABC
1
SA
SB
SC
S
S
S
S
ABC
ABC
ABC
ABC
Bài 3:
ú
=4
=
’
’
’
’ ’ ’
Gi i:
’ ’ ’
’
ASC
ra
S
OC < SO.
=
SAC
C’
D’
C' S .
>
B’
D
:
O
A
H
B1
B
C
=
OSC OCS, OSA OAS
2ASC ASC OSC OAS 180 0
ASC 90 0
ĩ
ASC
ù
<
<
ê
1,
B1 ( )
B1 mp(SBC )
ê
’
’
2S
SAC
ê
ú
4ah
4ah AC '.SC AC '. 4a 2 h2 AC '
=
ê
1
’ ’ ’
2a 3
1
4ah
4a 2 h 2
SAC
1
4a 2 h 2
= 2OB = 2a.
3
AB1 3 2a 3 . Suy ra :
2
EC ' B' 30 0 AC ' 2 AB1
2h
3
4a 2 h 2
h 2a 3 SO
’
h 2a 3
’ ’ ’
Bài 4:
mp(
’
’
a)
b)
?
ã
’ ’ ’
’ ’ ’
c)
?
Gi i:
=
ASC
’
:
ê
’
ỉ
’