Hướng dẫn học sinh rèn luyện kĩ năng tính khoảng cách trong hình học không gian lớp 11

1. MỞ ĐẦU
1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.
Trong môn toán ở trường phổ thông phần hình học không gian giữ một vai
trò, vị trí hết sức quan trọng. Ngoài việc cung cấp cho học sinh kiến thức, kĩ năng
giải toán hình học không gian, còn rèn luyện cho học sinh đức tính, phẩm chất của
con người lao động mới: cẩn thận, chính xác, có tính kỉ luật, tính phê phán, tính
sáng tạo, bồi dưỡng óc thẩm mĩ, tư duy sáng tạo cho học sinh.
Trong chương trình giáo dục phổ thông nói chung và trong các kỳ thi chính
thức của các trường THPT và của Bộ Giáo Dục về môn Toán tôi thấy phần Hình
học không gian hay có trong đề thi, do vậy đây cũng là một vấn đề rất đáng quan
tâm và chú ý.
Trong thực tế quá trình giảng dạy ở trường THPT, tôi nhận thấy học sinh lớp
11 rất e ngại học môn hình học không gian vì các em nghĩ rằng nó trừu tượng, thiếu
tính thực tế. Chính vì thế mà có rất nhiều học sinh học yếu môn học này, vì vậy đa
số các em học sinh gần như không làm tốt được bài thi về Hình học không gian.
Đây là một điều rất đáng tiếc vì phần này sẽ giúp các em có thêm một lượng điểm
trong bài thi môn toán. Và điều tất yếu là không chỉ ảnh hưởng đến kết quả đậu trượt của học sinh mà còn ảnh hưởng tới tương lai của các em và của gia đình các
em.
Trong chương trình toán THPT, mà cụ thể là Hình học không gian lớp 11,
các em học sinh đã được tiếp cận với hình học không gian và được biết các mối
quan hệ trong không gian. Tuy nhiên trong thực tế các bài toán không gian rất
phong phú và đa dạng và đặc biệt là trong các đề thi Trung học phổ thông Quốc gia,
các em sẽ gặp một lớp các bài toán về thể tích, góc, khoảng cách.. mà chỉ có số ít
các em biết phương pháp và tính được góc, khoảng cách và thể tích; nhất là các bài
toán về khoảng cách. Tại sao lại như vậy?
- Lý do chính ở đây là: Trong SGK Hình học lớp 11 nâng cao hiện hành bài
“Khoảng cách” được trình bày ở phần cuối chương III rất là ít và hạn hẹp chỉ có hai
tiết cả lý thuyết và bài tập. Nên trong quá trình giảng dạy, các giáo viên không thể
đưa ra đưa ra được nhiều bài tập cho nhiều dạng để hình thành kỹ năng giải cho
học sinh. Nhưng trong thực tế, để tính được các loại khoảng cách trong không gian
đòi hỏi học sinh phải nắm vững nhiều kiến thức, phải có tư duy ở mức độ cao và

phải có năng lực biến đổi toán học nhanh nhẹn thuần thục.
+ Từ những thực tế nên trên nên tôi lựa chọn vấn đề này mong muốn phần
nào giúp học sinh có kiến thức và tự tin giải quyết tốt vấn đề về khoảng cách trong
không gian góp phần nâng cao chất lượng giáo dục.
1


1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.
- Giúp học sinh nắm vững và có kỹ năng tốt giải quyết bài toán khoảng cách trong
không gian để vận dụng bài thi môn toán trong kỳ thi THPT Quốc Gia.
- Nhằm nâng cao nghiệp vụ chuyên môn và rút kinh nghiệm trong quá trình giảng
dạy
- Qua nội dung của đề tài này tôi mong muốn sẽ cung cấp cho học sinh một số
phương pháp tổng quát, một số kỹ năng cơ bản và phát hiện được vấn đề. Hy vọng
với đề tài nhỏ này sẽ giúp các bạn đồng nghiệp cùng các em học sinh có một cái
nhìn toàn diện cũng như phương pháp giải một lớp các bài toán về khoảng cách
trong không gian.
1.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU :
- Khoảng cách trong không gian.
- Học sinh hai lớp 11C, 11Đ.
- Một số bài toán khoảng cách trong các tài liệu tham khảo và trong các đề thi Đại
học - Cao đẳng - TCCN và đề thi THPT Quốc Gia của Bộ Giáo Dục.
- Từ lý do chọn đề tài, từ cơ sở thực tiễn giảng dạy khối lớp 11 và ôn thi THPT
Quốc Gia ở trường THPT, cùng với kinh nghiệm trong thời gian giảng dạy. Tôi đã
tổng hợp, khai thác và hệ thống hoá lại các kiến thức thành một chuyên đề:
“Hướng dẫn học sinh rèn luyện kỹ năng tính khoảng cách trong hình học
không gian lớp 11’’.
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Phương pháp:
- Nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết.

- Khảo sát điều tra từ thực tế dạy và học .
- Tổng hợp so sánh, đúc rút kinh nghiệm.
Cách thực hiện:
- Tham khảo các tài liệu.
- Trao đổi với đồng nghiệp, tham khảo ý kiến giáo viên cùng bộ môn.
- Liên hệ thực tế trong nhà trường, áp dụng đúc rút kinh nghiệm qua quá trình
giảng dạy.
- Thông qua việc giảng dạy trực tiếp ở các lớp khối 11.
- Tham gia đầy đủ các buổi sinh hoạt tổ, nhóm chuyên môn.
2. NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
2.1. CỞ SỞ LÍ LUẬN
- Nhiệm vụ trung tâm trong trường học THPT là hoạt động dạy của thầy và
hoạt động học của trò, xuất phát từ mục tiêu đào tạo “Nâng cao dân trí, đào tạo
2


nhân lực, bồi dưỡng nhân tài”. Giúp học sinh củng cố những kiến thức phổ thông
đặc biệt là bộ môn toán học rất cần thiết và không thể thiếu trong đời sống của con
người. Môn Toán là một môn học tự nhiên quan trọng và khó với kiến thức rộng, đa
phần các em ngại học môn này.
- Muốn học tốt môn toán các em phải nắm vững những kiến thức cơ bản của
môn toán một cách có hệ thống, biết vận dụng lý thuyết linh hoạt vào từng dạng bài
tập. Điều đó thể hiện ở việc học đi đôi với hành, đòi hỏi học sinh phải có tư duy
logic và cách biến đổi. Giáo viên cần định hướng cho học sinh học và nghiên cứu
môn toán học một cách có hệ thống trong chương trình học phổ thông, vận dụng lý
thuyết vào làm bài tập, phân dạng các bài tập rồi tổng hợp các cách giải.
- Do vậy, tôi mạnh dạn đưa ra sáng kiến kinh nghiệm này với mục đính giúp
cho học sinh THPT vận dụng và tìm ra phương pháp giải khi gặp các bài toán về
khoảng cách trong chương trình hình học không gian lớp 11.
Trong giới hạn của SKKN tôi đề cập đến một số giải pháp cụ thể như sau:

Giải pháp 1:
* Hướng dẫn học sinh nắm được các định nghĩa về khoảng cách.
Giải pháp 2:
* Hướng dẫn học sinh tính khoảng cách từ một điểm đến một mặt
phẳng. Giải pháp 3:
* Hướng dẫn học sinh tính khoảng cách từ một đường thẳng, mặt phẳng đến
một mặt phẳng song song.
Giải pháp 4:
* Hướng dẫn học sinh tính khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau.
2.2. THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI
Học sinh nói chung và học sinh trường THPT Hà Trung bên cạnh một số học
sinh có nhận thức tốt cũng còn không ít học sinh nhận thức còn chậm, chưa hệ
thống được kiến thức và có cảm giác “sợ” hình học không gian.
- Trong sách giáo khoa Hình học 11 chỉ nêu định nghĩa các loại khoảng cách
trong không gian, một vài ví dụ minh họa và thời gian thì ít. Tuy nhiên khi gặp bài
toán khoảng cách có nhiều bài toán đòi hỏi học sinh phải biết vận dụng kết hợp
nhiều kiến thức kĩ năng để đưa các bài toán khoảng cách dạng phức tạp về dạng
đơn giản.
- Khi giảng dạy phần khoảng cách trong không gian hình học lớp 11cho học
sinh tôi nhận thấy:

3


+ Khi gặp bài toán: “Tính khoảng cách từ một điểm đến một mặt thẳng” thì
học sinh thường lúng túng khi đi xác định hình chiếu của điểm đó trên mặt phẳng
cần tính khoảng cách.
+ Khi gặp bài toán: “Tính khoảng cách từ một đường thẳng, mặt phẳng đến
một mặt thẳng song song” thì học sinh thường lúng túng không biết sử dụng điểm
nào trên đường thẳng hoặc mặt phẳng để tính khoảng cách tới mặt phẳng còn lại.

+ Khi gặp bài toán: “Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau” thì
học sinh không xác định được đoạn vuông góc chung của hai đường thẳng chéo
nhau đó hoặc có những bài sử dụng được tính chất thì lại loay hoay đi dựng đường
vuông góc chung dẫn đến mất thời gian và còn tính toán sai.
Lúc này vai trò của người giáo viên là rất quan trọng, phải hướng dẫn chỉ rõ
cho học sinh phương pháp giải từng dạng toán, nên giải như thế nào cho hợp lý đối
với từng loại toán để được một bài toán đúng, tránh được các tình huống rườm rà
phức tạp dễ mắc sai lầm. Trên cơ sở đó hình thành cho học sinh kỹ năng tốt khi giải
quyết các bài toán về khoảng cách.
2.3. CÁC GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ.
Qua nghiên cứu trao đổi và đúc rút kinh nghiệm từ thực tế và ý kiến của
đồng nghiệp tôi mạnh dạn đưa ra hướng giải quyết các vấn đề trên của học sinh với
những giải pháp cụ thể giúp học sinh giải quyết các bài toán về khoảng cách trong
không gian.
2.3.1. Giải pháp 1:
* Hướng dẫn học sinh nắm được các định nghĩa về khoảng cách.
- Định nghĩa 1: Khoảng cách từ điểm M đến mặt phẳng (P) là khoảng cách giữa
hai điểm M và H, trong đó H là hình chiếu của M trên mặt phẳng (P).
Kí hiệu: d ( M ; ( P))
- Định nghĩa 2: Khoảng cách giữa đường thẳng a và mặt phẳng (P) song song với
a là khoảng cách từ một điểm nào đó của a đến mặt phẳng (P).
Kí hiệu: d ( a ; ( P))
- Định nghĩa 3: Khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song là khoảng cách từ một
điểm bất kỳ của mặt phẳng này đến mặt phẳng kia.
d (( P ); (Q))

Nếu (P)//(Q) thì khoảng giữa hai mặt phẳng (P) và (Q) kí hiệu:
- Định nghĩa 4: Khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau là độ dài đoạn
vuông góc chung của hai đường thẳng đó.
Nếu a,b là hai đường thẳng chéo nhau thì khoảng giữa hai đường thẳng a và

b
d ( a ; b)
kí hiệu:
Nhận xét:
4


+ Khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau bằng khoảng cách giữa một trong
hai đường thẳng đó và mặt phẳng song song với nó, chứa đường thẳng còn lại.
+ Khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau bằng khoảng cách giữa hai mặt
phẳng song song lần lượt chứa hai đường thẳng đó.
Sau khi học sinh nắm vững các định nghĩa và tính chất về khoảng cách, giáo
viên hướng dẫn học sinh tính các loại khoảng cách thường gặp trong không gian
thông qua việc phân loại và cách giải cụ thể như sau:
2.3.2. Giải pháp 2:
* Hướng dẫn học sinh tính khoảng cách từ một điểm M đến một mặt phẳng (P).
Để tính khoảng cách từ một điểm đến một mặt mặt phẳng ta có các cách sau:
Cách 1:
+ Tìm mp(Q) chứa M và vuông góc với mp(P) theo giao tuyến ∆
+ Từ M hạ MH vuông góc với ∆ ( H)
+ MH = d(M,(P))
Cách 2:
+ Kẻ ∆//(P). Ta có: d(M,(P))= d(∆,(P))

+ Chọn N. Lúc đó, d M, P d( ,(P))=d N, P
Cách 3:
d M, P
MI
+ Nếu

MN ( P ) I

+ Tính d N , P
+ d M, P

. Ta có:
MI
và NI

dN,P

NI

MI
NI .d N, P

Chú ý: + Điểm N ở đây ta phải chọn sao cho tìm khoảng cách từ N đến mặt phẳng
(P) dễ hơn tìm khoảng cách từ M đến mp(P).
+ Ta có thể dùng công thức thể tích để tính khoảng cách từ một điểm đến
một mặt phẳng. Cách làm này sẽ được đề cập đến trong lớp 12.
Ví dụ 1: Cho hình chóp đều S.ABC, đáy ABC có cạnh bằng a, mặt bên tạo với đáy
d ( A,( SBC))
một góc α. Tính

theo a và α.

Phân tích: Đây là một bài toán quen thuộc tuy nhiên khi gặp học sinh trung bình
thường lúng túng vì không xác định được góc giữa mặt bên và mặt đáy, thêm vào
đó việc xác định hình chiếu H của điểm A trên mặt phẳng (SBC) làm cho học sinh
khó định hình là điểm H nằm ở đâu. Vì vậy để giải quyết bài toán này học sinh cần

5


trả lời được câu hỏi: Góc giữa mặt bên và mặt đáy là góc nào? Mặt phẳng nào
chứa A và vuông góc với (SBC)? Từ đó sẽ xác định được hình chiếu của A trên mặt
phẳng (SBC).
S
Lời giải:
+ Gọi I là trung điểm của BC.
SI BC BC (SAI)
+ Ta có:

+

và SIA

AI BC

H

Kẻ AH SI (H SI) mà SI (SAI ) (SBC)

C

nên AH (SBC) . Do đó, d (A,(SBC )) AH +
Mặt khác, xét tam giác vuông AHI có:
a3
.
AH AI.sin
.sin

2
Vậy d ( A,(SBC )) AH

A

I

B

a 3
2 .sin

Nhận xét:
Khi học sinh giải quyết thành thạo bài toán này các em sẽ giải quyết được tất cả các bài toán về hình chóp
tam giác hoặc tứ diện có tính chất tương tự để tính khoảng cách từ một đỉnh của đáy tới mặt bên. Sau đó giáo viên
tiếp tục mở rộng cho hình chóp tứ giác.

Ví dụ 2: Cho hình chóp S.ABCD đáy ABCD là hình vuông cạnh a,
SA=2a,

SA (ABCD)

,

a) Tính d (A,(SBC))
d ( A,(SBD))

b) Tính
[3].
Phân tích: Đây là dạng hình chóp có một cạnh bên vuông góc với mặt đáy. Để tính

khoảng cách theo yêu cầu giáo viên chỉ cần đặt câu hỏi gợi mở để học sinh phát
hiện mặt phẳng (SAB) chứa A và vuông góc với (SBC) trong câu a; cũng như mặt
S
phẳng (SAC) chứa A và vuông góc với (SBD)
trong câu b.
Lời giải:
a) Kẻ AH SB (H SB) (1)

Ta có: SA (ABCD )
và AB

SA

BC (*)

H

BC (gt) (**) .

K
D

A
O
B

6
C

Từ (*) và (**) suy ra:
Từ (1) và (2) ta có:

BC (SAB) BC

AH (2)

AH (SBC) hay d ( A,(SBC )) AH
+ Mặt khác, xét tam giác vuông SAB có:
1
1
1
5 AH
2a
AH 2

AB 2

SA 2

5

4a2

.

d ( A,( SBC)) 2a
5

. Vậy

b) Gọi O AC BD

SB (K

Kẻ AK

SO) (1)

Ta có: SA (ABCD )
Từ (*) và (**) suy ra:

BD

SA

BD (*) và AC

(SAC)

BC

AK (2)

BD (gt) (**) .
.

Từ (1) và (2) ta có: AK (SBD) hay d (A,(SBD )) AK
+ Mặt khác, xét tam giác vuông SAO có:

d (A,(SBD))
Vậy
Nhận xét:

AK 2

1

1

1

AO 2

SA 2

9 AK
4a2

2a
3.

2
a
3.

Bài toán có thể yêu cầu tính khoảng cách từ D đến mặt phẳng (SBC) hoặc khoảng khoảng cách từ C đến
mặt phẳng (SBD) với chú ý:

d (D ,(SBC )) d ( A,(SBC)) ; d (C ,(SBD )) d (A,(SBD))

Từ đó giúp học sinh nhận thấy các cách hỏi khác của bài toán để khi gặp các em
không thấy lạ.
Ví dụ 3: Cho hình chóp S.ABCD đáy ABCD là hình vuông cạnh a, tam giác SAB
(SAB ) (ABCD)
của AB và AD. Tính
đều,
. Gọi I, F lần lượt là trung điểm

d (I ,(SFC)) [3].
Phân tích: Đây là dạng hình chóp có một mặt bên vuông góc với mặt đáy. Để tính
khoảng cách theo yêu cầu giáo viên cần đặt vấn đề để học sinh học sinh tìm ra:
S
Hình chiếu của đỉnh S trên mặt đáy là điểm
nào? CF và DI có mối quan hệ như thế nào?
Từ đó học sinh sẽ phát hiện ra mặt phẳng nào
chứa I và vuông góc với (SFC).
Lời giải:
Gọi K

FC

ID

B

I

A

F

C
H
K

7
D


+

Kẻ IH SK (H K) (1)
(SAB) (ABCD)
(SAB) (ABCD) AB

SI (SAB)

SI (ABCD)

SI AB

+ Ta có:
SI FC (*)

+ Mặt khác, Xét hai tam giác vuông AID và DFC có: AI=DF, AD=DC.

Suy ra: AID DFC AID DFC , ADI DCF
mà AID ADI 90

0

+ Từ (*) và (**) ta có:

IH (SFC)

IK

1

1

IH 2 SI 2
d ( I ,( SFC)) 3a 2 .
10

Vậy

FC ID

(**)

(2).

hay d (I ,(SFC )) IH .

a 5, 1
2 DK 2

2

3a 5

hay

FC (SID ) IH FC

Từ (1) và (2) suy ra:
SI a 3 , ID
Ta có:

0

DFC ADI 90

1

1

5

DC 2

DF 2

a2

1

32

IH

IK 2

9 a2

DK a 5
5

3a 2
8

.

8

AB a, AD a 3

Ví dụ 4: Cho lăng trụ ABCD.A’B’C’D’, ABCD là hình chữ nhật,
Hình chiếu vuông góc của A’ trên (ABCD) trùng với giao điểm của AC và BD. Tính
d ( B ',( A ' BD)) [1].
Lời giải:
+ Gọi O là giao điểm của AC và BD.
Vì B’C//A’D nên B’C//(A’BD). Do đó,

B'
C'

d ( B ',( A ' BD ))
d ( B ' C ,( A ' BD))

d (C ,( A ' BD))
+ Trong mặt phẳng (ABCD) kẻ

A'
D'

CH BD, (H BD) (1) .

Mặt khác, A ' O ( ABCD ) A ' O CH (2)

B

Từ (1) và (2) suy ra:
CH (A ' BD ) d (B ',(A ' BD )) CH

C
O

A

H D

8



1

CH 2

+ Xét tam giác vuông BCD có:
d ( B ',( A ' BD )) CH a 3
4
Vậy:

1

1

BC 2

CD 2

4 CH

a 3

3a2

4 .

ABC 300 ,

Ví dụ 5: Cho hình chóp S.ABC có đáy ABC là tam giác vuông tại A,
( SBC ) ( ABC)
SBC
d (C ,( SAB))
là tam giác đều cạnh a,
. Tính
[1].

Lời giải:
+ Trong mặt phẳng (ABC) vẽ hình chữ nhật
S
ABDC. Gọi M, I, J lần lượt là trung điểm của
BC, CD và AB. Lúc đó, CD//(SAB) hay
+ Trong mặt phẳng (SIJ) kẻ
IH SJ, (H SJ) (1)

IJ

D

AB

Mặt khác, ta có:
;
SM (ABC)
AB SM
AB (SIJ ) AB IH (2)
Từ (1) và (2) suy ra:

IH

H
I
C

(SAB)

B

M
J

hay d (C ,(SAB )) IH

A

+ Xét tam giác SIJ có:

S
SIJ

1 IH.SJ
2

1 SM .IJ IH
2

IJ AC BC.sin30

SJ .
a SM a 3

0

Với:

2 ,
IH

SM .IJ

SM.IJ

a 39

2 ,

d (C ,( SAB))
13 . Vậy

SJ

a

SJ
Do đó:
Nhận xét:
Trong ví dụ 4, ví dụ 5 ta đã sử dụng cách 2
để tính khoảng cách. Việc tính theo cách 1 sẽ
phức tạp hơn và khó khăn hơn.
Ví dụ 6: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là
hình thang vuông tại A và D, AB=AD=a, CD=2a,

MJ 2 a 13 4 .
39
13
S
H

D

C

M

SD ( ABCD) , SD=a.
A

B

a) Tính d (D ,(SBC))

9


E


d ( A,( SBC))

b) Tính
[3].
Lời giải:
Gọi M là trung điểm của CD, E là giao điểm của hai đường thẳng AD và BC.
a) Trong mặt phẳng (SBD) kẻ
1
BM AD

DH SB, (H

SB) (1)

CD

BC

+ Vì 2 Tam giác BCD vuông tại B hay . Mặt khác, vì

(**)

.

BD (*)

SD ( ABCD ) SD BC

. Từ (*) và (**) ta có: BC (SBD ) BC DH (2) . Từ (1) và (2) suy ra:

DH (SBC) hay

d (D ,(SBC )) DH
1

DH

1

2

SD
+ Xét tam giác vuông SBD có:
d ( D,( SBC)) 2 3
a
3
Vậy
d ( A,( SBC )) AE AB 1
b) Ta có: d ( D ,( SBC )) DE C
2
D
d ( A,( SBC ))
1 d ( d ,( SBC)) a 3

2

1

3

BD 2

2 a2

DH

2a 3
3 .

d ( A,( SBC)) a 3

3 . Vậy
2
3
Ví dụ 7: Cho hình chóp S.ABC có đáy ABC là tam giác vuông tại B, BA=3a,
0
BC=4a, ( SBC ) ( ABC ), SB 2 a 3, SBC 30 . Tính d (B ,(SAC)) [1].

Lời giải:
+ Trong mặt phẳng (SBC) kẻ

MN AC (N AC)
MH

SM BC (M BC)

; trong mặt phẳng (ABC) kẻ

; trong mặt phẳng (SMN) kẻ

S

SN (N SN).

Suy ra, MH (SAC ) d (M ,(SAC )) MH
0
+ Ta có: SM SB. sin30 a 3 ,

BM

SB. cos300 3a

CM a ,

H
M

B

N

MN AB.CM 3a
AC5.
A

C


10


1
MH 2
MH
Xét tam giác vuông SMN có:
d ( B ,( SAC ))
+ Mặt khác, ta có: d ( M ,( SAC ))

1
1
28

2
2
SM
MN
9a2
3 d ( M ,( SAC))
a
28

3a
28

BC 4 d ( B ,( SAC )) 4.d ( M ,( SAC))
M
C

6a
7

d(B,(SAC))

6a
Vậy
7.
Nhận xét:
Trong ví dụ 6, ví dụ 7 ta sử dụng cách 3 để tính khoảng cách. Việc đi tìm hình
chiếu sẽ phức tạp và tính toán khó khăn hơn, dễ mắc phải sai lầm trong tính toán.
2.3.3. Giải pháp 3:
* Hướng dẫn học sinh tính khoảng cách từ một đường thẳng, mặt phẳng đến
một mặt phẳng song song.

Phương pháp:
- Dùng định nghĩa khoảng cách từ một đường thẳng, mặt phẳng đến một mặt
phẳng song song.
- Tính khoảng cách đó dựa vào khoảng cách từ một điểm đến một mặt
phẳng.
Ví dụ 8: Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a,

cạnh bên bằng a 2 . Tính d ( AD ,( SBC)) [2].

d ( AD ,( SBC))

Phân tích: Đây là dạng hình chóp đều và AD//(SBC) nên
là
khoảng cách từ một điểm bất kỳ thuộc AD đến mặt phẳng (SBC). Vấn đề đặt ra là
sử dụng điểm nào trên AD để khoảng cách tính là đơn giản nhất? Khi đó giáo viên
cần lưu ý cho học sinh thấy được đối với dạng này luôn sử dụng tới đường cao của
hình chóp từ đó học sinh sẽ phát hiện ra điểm cần sử dụng là trung điểm của AD.
Lời giải:
+ Gọi O là giao điểm của AC và BD. I, J lần lượt là trung điểm của AD và BC.
AD / / SBC

d ( AD, ( SBC )) d ( I , ( SBC))

+ Vì
+ Trong mp(SIJ) kẻ

IH

SJ ,(H

SJ ) (1)

.

11


S

Theo giả thiết ta có:
SO (ABCD) SO BC BC (SIJ )
IJ / /AB IJ BC

H

IH BC (2)

Từ (1), (2) suy ra:

A

IH ( SBC) hay

d ( AD , ( SBC )) d ( I ,( SBC )) IH
+ Xét tam giác SIJ có:
S

1
SIJ

IH.SJ

SO.IJ IH

Với: IJ=a,
SO.IJ
SJ

2

AO

2

C

3 ,SJSB2 BJ2
2
2 a 21 .
d ( AD , ( SBC)) 2 21
a
7
Vậy
7

SO SA

J

O

SO.
IJ
SJ .

2

2

IH

1

I

D

B

a. 7

a.

Nhận xét: Giáo viên nên nêu

4 . Suy ra:

vấn đề để học sinh phát hiện ra được

d ( AD , ( SBC )) d ( I ,( SBC)) 2.d (O ,( SBC )) 2.OH . Khi đó bài toán sẽ gọn gàng

hơn nhiều.
Ví dụ 9: Cho hình hộp thoi ABCD.A’B’C’D’ có tất cả các cạnh đều bằng a và các
góc

BAD BAA' DAA' 60

0

. Tính khoảng cách giữa hai mặt đáy (ABCD) và

(A’B’C’D’) [4].
Lời giải:
Gọi H là hình chiếu của A’ trên mặt phẳng
(ABCD).
Vì (ABCD)//(A’B’C’D’)

B'

d ( ABCD ), ( A’ B’C’ D’) d A’, ( ABCD ) A ' H Th

A'

eo bài ra ta có:
Tam giác ABD
cân tại A và góc
ABD đều B D a
BAD 60

C'

D'

0

Chứng minh tương tự A’B=A’D=a
Do A’A=A’B=A’D và tam giác ABD đều suy ra
H là trọng tâm tam giác ABD.
AH

2 AO
3

2.a 3
3
2

B

a 3

Ta có:
3
Trong tam giác A’AH vuông tại H ta có:

C

O
60

A

0

H
D

12


a

2

a

32

a 6

3

A'HA'A2 AH2

3

=

a 6

Vây khoảng cách giữa hai mặt đáy (ABCD) và (A’B’C’D’) là 3 .
Nhận xét:
Qua ví dụ 8, ví dụ 9 ta nhận thấy để tính khoảng cách từ một đường thẳng,
mặt phẳng đến một mặt phẳng song song ta đi tính khoảng cách từ một điểm bất kỳ
thuộc đường thẳng hoặc mặt phẳng đến mặt phẳng. Việc lựa chọn điểm đó phụ
thuộc vào dữ kiện của bài toán sao cho khoảng cách đó tính được thuận lợi nhất.
2.3.4. Giải pháp 4:
* Hướng dẫn học sinh cách tính khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau
d và d’
Cách 1:
+ Xác định đường thẳng vuông góc chung của d và d’
+ Tính độ dài đoạn vuông góc chung.
Cách 2:
+Tìm mp(P) chứa d’ và song song với d
d ( d , d ') d ( d ,( P )) d ( A,( P))
+ Khi đó

với A là một điểm bất kỳ thuộc d

Chú ý: mp(P) có thể có sẵn hoặc chúng ta phải dựng (Cách dựng: qua một điểm

B d'

dựng đường thẳng ∆ song song với d, lúc đó mp(P)≡(d’,∆)).

Ví dụ 10:
Cho tứ diện ABCD có AB=a, tất cả các cạnh còn lại bằng 3a. Tính d ( AB , CD)
Lời giải:
A
+ Gọi I, J lần lượt là trung điểm của CD và AB.

+ Vì ACD và ACD là các tam giác đều nên:
ACD
J
CD AI ,CD BI CD (AIB ) CD IJ (1) Mặt khác,
ACD
nên tam giác AIB cân tại I. Do

đó, IJ

D

AB (2)

B

+ Từ (1), (2) suy ra: IJ là đường vuông góc chung
của AB và CD.
IJAI

+ Ta có:

2

AJ

2

3a 3 2

a

2

2

2

C

a 26
2

I

.
13


d ( AB , CD)

a 26

Vậy
2
Ví dụ 11: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a. Gọi M, N
lần lượt là trung điểm của AB và AD, H là
giao điểm của CN và DM,
SH ( ABCD ), SH a 3 . Tính d ( DM , SC) [1].
Lời giải:

S

HK SC(1), (K SC)
+ Trong mp(SCH) kẻ
.
SH (ABCD)
+ Mặt khác

DM

( ABCD)

K

SH DM (*)

D

Xét hai tam giác vuông AMD và DNC có AM=DN,
AD=DCAMD DNC .

C

N

AMD DNC

H

0

Từ đó ta

có

ADM DCN

DNC ADM 90

DM

CN (**) .

Từ (*), (**) suy ra:

A

và: AMD ADM 90

0

0

NHD 90

DM

M

B

hay

(SCH ) DM

HK (2)

.

Từ (1), (2) suy ra: HK là đoạn vuông góc chung của DM và SC.

HC

+ Ta có: HCD DCN

CD
CN
1

Xét tam giác vuông SHC ta có: HK

2

2

2a 3

a2
C
D

1
HC

2

2

DN
1
HS

2

2

3
5
3a

.
HK a 15

2

5

d ( DM , SC ) HK a 15

Vậy
5 .

Nhận xét:
Trong ví dụ 10, ví dụ 11 để tính khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo
nhau ta đi xác dịnh đoạn vuông góc chung của hai đường thẳng đó. Ở ví dụ 10 đay
là hai cạnh đối diện của tứ diện có tính chất đặc biệt nên thường nghĩ tới đoạn
thẳng nối trung điểm của hai cạnh đó. Còn trong ví dụ 11 hai đường thẳng chéo
nhau vuông góc với nhau nên việc dựng đoạn vuông góc chung cũng đơn giản.

14


Ví dụ 12: Cho hình lăng trụ đứng ABC.A’B’C’, đáy ABC là tam giác đều cạnh a,
AA'

a 2
d ( AB , CB ') [2].
A
2 . Tính
Phân tích: Ở ví dụ này việc dựng đoạn vuông
I
góc chung khá phức tạp. Nhưng chú ý rằng :
AB / /(CA ' B ') d ( AB , CB ') d ( AB , (CA ' B '))
Nên ta giải quyết bài toán như sau:
Lời giải:
+ Gọi I, J lần lượt là trung điểm của AB và A’B’.
AB / /( CA ' B ') d ( AB , CB ') d ( AB , (CA ' B ')) A'

Ta có:

A ' B ' (IJ )

B

H

Ta
C'
J

có: d ( I , (CA ' B '))
+ Trong mp(CIJ) kẻ

C

IH CJ (1), (H CJ)

B'

A ' B ' (vì ∆ABC

(vì ABC. A’B’C’ là hình lăng trụ đứng) và là IC

tam giác đều) nên A ' B ' (CIJ ) IH A ' B ' (2) .
Từ (1), (2) suy ra: IH (CA'B')

hay d ( AB , CB ') IH
1

+ Xét tam giác vuông CIJ có: IH
d ( AB , CB ') IH

Vậy

1
2

IC

2

IJ

1

4

2

32
a

a 30

2
a

2

10 IH
3a

a 30

2

10

10

Nhận xét:
Trong ví dụ 12 ta đã sử dụng cách 2 để tính khoảng cách. Việc tính theo cách
1 sẽ phức tạp hơn và khó khăn hơn. Điều này còn thể hiện ở ví dụ 13 đến ví dụ 15.
Ví dụ 13: Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a,
cạnh bên bằng

a

2

. Tính

d ( AD , SB)

[2].

S

Lời giải:
SBCd ( AD, SB ) d ( AB , ( SBC))
+

Vì
+
Gọi O là giao điểm của AC và BD. I, J lần lượt
là trung điểm của AD và BC.
AD//
+

H
A

Trong mp(SIJ) kẻ IH SJ ,(H SJ ) (1) .

I

D

B
J

O
C

15


SO (ABCD) SO BC BC (SIJ ) IH BC (2)

IJ / / AB IJ BC

Theo giả thiết ta có:

Từ (1), (2) suy ra:
IH ( SBC) hay d ( AD , SB ) IH
+ Xét tam giác SIJ có:
SO SA

2

AO

2

a.

Vậy d ( AD , SB ) IH

1
SO.IJ . Với: IJ=a,
IH .SJ
SO.IJ IH
2
2
SJ
a. 7
3
2
2
IH SO.IJ 2 a 21 .
,SJSB BJ
2
4 . Suy ra:

SJ
7
2 a 21
S SIJ

1

7

Ví dụ 14 : Cho hình chóp S.ABCD, có đáy ABCD là hình vuông cạnh a, tam giác

d ( SA, BD)

SAD là tam giác đều, (SAD) vuông góc với mặt phẳng đáy. Tính
[2].
Phân tích: Ở ví dụ này việc dựng đoạn vuông góc chung khá phức tạp. Hơn nữa
trong hình vẽ chưa có sẵn một mặt phẳng nào chứa một đường thẳng và song song
với đường thẳng còn lại trong hai đường thẳng cần tính khoảng cách. Nhưng chú ý
rằng ta có thể dựng được một mặt phẳng như vậy dựa vào hình chiếu của S trênmặt
phẳng (ABCD).
S
Lời giải:
+ Qua A kẻ đường thẳng d song song với BD.
Gọi O là giao điểm của AC và BD; I, M lần lượt
H
là trung điểm của AD và OD; N là giao điểm
D
C
của d và IM.
+ Ta có:

d ( SA, BD ) d (( SA, d ), BD ) d ( M ,( SA, d))
+ Trong mp(SMN) kẻ

MH SN (1), (H SN)

M
N

I
A

O
B

Theo giả thiết:

SI AD

SI ( ABCD ) SI d (*)

(SAD) (ABCD)
d / /BD
d MN (**)

BD AO

Mặt khác ta có:

Từ (*), (**) suy ra:
Từ (1), (2) suy ra:

.

AO / /MN

d (SMN ) d MH (2)

MH

(SA, d)

.

.
16


S
+ Xét tam giác SMN có:
SI

a 3

,MN AO a 2

2

SMN

1 MH .SN

2

1 SI .MN MH
2
2
2
SI IN a 10

, SN

4

2

SI .MN
SN
với
MH SI.MN
SN

. Do đó,

a 15
5

d ( SA, BD) a 15
5
Vậy
Ví dụ 15: Cho hình chóp S.ABC có đáy ABC là tam giác vuông tại B, AB=BC=2a,
hai mặt phẳng (SAB) và (SAC) cùng vuông góc với mặt phẳng (ABC). Gọi M là

trung điểm của AB, mặt phẳng qua SM và song song với BC cắt AC tại N, góc giữa
d ( AB , SN ) [1].
hai mặt phẳng (SBC) và (ABC) bằng 600. Tính
S

Giải:
+ Gọi I là trung điểm của BC.
Do MN//BC nên N là trung điểm của AC. Do đó, IN//

H

AB hay d ( AB , SN ) d ( AB , ( SNI )) .
AJ IN ,(J IN ) (*)

J

+ Trong mp(ABC) kẻ

A

Trong mp(SAJ) kẻ AH SJ ,(H SJ ) (1)

N

+ Theo giải thiết ta có:

C

(SAB) (ABC)

M

SA ( ABC ) SA IN (**)

I

(SAC) (ABC)
Từ (*), (**) ta có:

(2)

IN (SAJ ) IN AH (2)

B

. Từ (1),

ta có: AH (SIN ) d ( AB , SN ) AH .
0

0

+ Ta có: (( SBC ),( ABC )) SBA 60SA AB. tan 60 2 a 3 ; AJ BI a .

+ Xét tam giác vuông SAJ có:
1
AH

2

1
SA

2

d ( AB , SN ) AH

Vậy

1
AJ

2

13
2

12a

a. 156

AH a. 12
13 .

13

Lời bình:
Qua các ví dụ về tính khoảng cách nói chung và khoảng cách giữa hai đường
thẳng chéo nhau trong không gian nói riêng chúng ta thấy rằng đây là một dạng bài
toán hay, mặc dù việc tính toán không đơn giản. Để giải quyết bài toán không

những đòi hỏi học sinh có kỹ năng tính toán mà còn phải biết tư duy, biết cách nhìn
17


hình không gian và biết quy lạ về quen. Khi đó vai trò của người giáo viên là rất
quan trọng trong việc định hướng giải quyết bài toán sao cho ngắn gọn và dễ hiểu
nhất. Đáp ứng được với hình thức thi trắc nghiệm khách quan đang áp dụng.

d ( AM , B ' C)

d ( MN , AC)

2.3.5. Một số bài tâp:
a 3
Bài tập 1: Cho hình chóp S.ABCD, SA=a, các cạnh còn lại bằng

minh: SA SC . Tính

d ( S ,( ABCD))

2 . Chứng

Bài tập 2: Cho hình lăng trụ đứng ABC.A’B’C’, đáy ABC là tam giác vuông tại B,
AB=a, AA’=2a. Gọi M là trung điểm của A’C’, I là giao điểm của AM và A’C. Tính
d(A,(IBC))

Bài tập 3: Cho hình chóp S.ABC, SA
ABC
d(A,(SBC))

3a , SA

1200 . Tính

( ABC ), AB 2 a ,


Bài tập 4: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình thang,
BA=BC=a, AD=2a,

SA ( ABCD) SA a 2
,

ABC BAD 900

. Gọi H là hình chiếu của A trên SB.

d ( H ,( SCD))

Chứng minh rằng tam giác SCD vuông và tính
Bài tập 5: Cho hình chóp S.ABCD, có đáy ABCD là hình thoi tâm O cạnh a,

BCD 600 đường cao SO=a. Tính

d ( AD , SB)

Bài tập 6: Cho hình lăng trụ đứng ABC.A’B’C’ có đáy ABC là tam giác vuông cân
AA ' a 2
tại B, BA=BC=a,
. Gọi M là trung điểm của BC. Tính

Bài tập 7 : Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a,
E là điểm đối xứng với D qua trung điểm của SA. Gọi M, N lần lượt là trung điểm

MN BD
của AE và BC. Chứng minh rằng:
. Tính
Bài tập 8: Cho hình chóp S.ABCD, đáy ABCD là hình vuông tâm O, cạnh a,
SA^(ABCD) và SA = a. Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng:
a) SC và BD.
b) AC và SD.
6
Bài tập 9: Cho hình chóp S.ABCD, có SA ^ (ABCD) và SA = a , đáy ABCD là
nửa lục giác đều nội tiếp trong đường tròn đường kính AD = 2a.
a) Tính các khoảng cách từ A và B đến mặt phẳng (SCD).
b) Tính khoảng cách từ đường thẳng AD đến mặt phẳng (SBC).

18


c) Tính diện tích thiết diện của hình chóp S.ABCD với mặt phảng (P) song song
a3

với mp(SAD) và cách (SAD) một khoảng bằng 4 .
2.4. HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
- Sáng kiến kinh nghiệm này giúp cho tôi và các đồng nghiệp thực hiện tốt
nhiệm vụ và nâng cao chất lượng giáo dục, giúp học sinh hình thành tư duy logic
kỹ năng phân tích để đi đến một hướng giải đúng và thích hợp khi gặp bài toán
khoảng cách từ phức tạp đưa về dạng đơn giản, cơ bản và giải được một cách dễ
dàng.
- Đề tài được sử dụng để giảng dạy và bồi dưỡng cho các em học sinh khối

11 và khối 12 hệ THPT và làm tài liệu tham khảo cho các thầy cô giảng dạy môn
Toán. Các thầy cô và học sinh có thể sử dụng các bài toán trong đề tài này làm bài
toán gốc để đặt và giải quyết các bài tập cụ thể.
- Đề tài này tôi đã kiểm nghiệm trong các năm học giảng dạy lớp 11, và ôn
tập cho các em học sinh lớp 12 ôn thi Đại học và THPT Quốc Gia, đã được học
sinh đồng tình và đạt được kết quả cao, nâng cao khả năng giải quyết các bài toán
khoảng cách trong không gian. Các em hứng thú học tập hơn, ở những lớp có
hướng dẫn kỹ các em học sinh với mức học từ trung bình hay trung bình khá trở lên
đã có kỹ năng giải các bài tập. Học sinh biết áp dụng tăng rõ rệt.
- Đợt đầu mới học theo SGK tôi tiên hanh kiêm tra trên ca hai lơp vơi nôi
dung như nhau đã có kêt qua thu đươc như sau:
Lơp Si sô Điểm Gioi
Điểm Kha
Điểm TB
Điểm yếu kém
Sô Hs
%
Sô Hs
%
Sô Hs
%
Sô Hs
%
11C
42
1
2,4
3
7,1
15

35,7
23
54,8
11D 39
1
2,6
4
10,3
14
35,9
20
51,2
Sau môt thơi gian day theo chuyên đề này tôi tiêp tuc tiên hanh kiêm tra trên
ca hai lơp cũng vơi nôi dung như nhau đã có kêt qua thu đươc như sau:
Điểm Gioi
Điểm Kha
Điểm TB
Điểm yếu kém
Lơp Si sô
Sô Hs
%
Sô Hs
%
Sô Hs
%
Sô Hs
%
11C
42
7

16,7
12
28,6
17
40,5
6
14,2
11Đ
39
8
20,5
13
33,3
13
33,3
5
12,8
Nhận xét:
* Tỉ lệ học sinh đạt loại khá, giỏi tăng nhiều so với kết quả kiểm tra trước.

19


* Tỉ lệ học sinh đạt loại trung bình đã giảm nhiều so với kết quả kiểm tra trước. và
đặc biệt tỉ lệ học sinh chưa đạt yêu cầu đã giảm rõ rệt.
- Với kết quả như trên đối với các lớp có lực học trung bình hay trung bình khá, kể
cả các lớp có lực học dưới trung bình đã làm cho đa số học sinh đều cảm thấy mình
đã học giỏi hơn, mình có hứng thú học tập cao hơn trước. Điều này đã làm cho các
bậc phụ huynh yên lòng về kết quả học tập của con em mình, từ đó đã thúc đẩy
phong trào học tập của nhà trường và của cả các địa phương trong khu vực.

3. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ
3.1. Kết luận:
- Trên đây là những giải pháp mà tôi đúc rút được trong quá trình giảng dạy
tại trường THPT.
- Như vậy tôi thấy các phương pháp nêu trên đã có hiệu quả cao hơn. Theo
tôi khi dạy phần khoảng cách trong hình học không gian lớp 11 giáo viên cần chỉ rõ
các dạng toán và cách giải tương ứng để học sinh nắm được bài tốt hơn.
- Trong chương trình giáo dục phổ thông nói chung và trong các kỳ thi chính
thức của các trường THPT và của Bộ Giáo Dục về môn Toán tôi thấy phần kiến
thức liên quan đến khoảng cách rất hay có trong đề thi (có thể trực tiếphoặc gián
tiếp), do vậy đây cũng là một vấn đề rất đáng quan tâm và chú ý cho đa số các em
học sinh và giáo viên trong việc ôn luyện thi THPT Quốc Gia. Tôi thấy vấn đề này
có rất nhiều khả năng để nghiên cứu và mở rộng hơn, sâu hơn trong lĩnh vực
nghiên cứu khoa học.
+ Mặc dù cố gắng tìm tòi, nghiên cứu song chắc chắn còn có nhiều thiếu sót và
hạn chế. Tôi rất mong được sự quan tâm của tất cả các đồng nghiệp bổ sung và góp
ý cho tôi để bản sáng kiến kinh nghiệm này ngày càng được hoàn thiện và ứng
dụng trong thực tế tốt hơn nữa.
3.2. Kiến nghị:
- Đề nghị các cấp lãnh đạo tạo điều kiện giúp đỡ học sinh và giáo viên có
nhiều hơn nữa tài liệu sách tham khảo đổi mới và phòng thư viện để nghiên cứu
học tập nâng cao kiến thức chuyên môn nghiệp vụ .
- Nhà trường cần tổ chức các bổi trao đổi phương pháp giảng dạy. Có tủ sách
lưu lại các tài liệu chuyên đề bồi dưỡng ôn tập của giáo viên hàng năm để làm cơ
sở nghiên cứu phát triển chuyên đề.

20