Câu hỏi:
Cho khối chóp S.ABC có đáy ABC là tam giác vuông cân tại A, AB=a, ∠SBA=∠SCA=900, góc giữa hai mặt phẳng (SAB) và (SAC) bằng 600. Thể tích khối chóp đã cho bằng:
Phương pháp giải:
- Kẻ BH⊥SA, chứng minh CH⊥SA.
- Góc giữa hai mặt phẳng là góc giữa hai đường thẳng lần lượt thuộc hai mặt phẳng và cùng vuông góc với giao tuyến.
- Chứng minh ∠BHC=1200.
- Đặt SH=x, sử dụng định lí Pytago và hệ thức lượng trong tam giác vuông tìm x theo a.
- Chứng minh SH⊥(BHC), từ đó suy ra VABCD=13SBCH.SA.
Lời giải chi tiết:
Dễ dàng chứng minh được ΔSAB=ΔSAC (2 cạnh góc vuông).
Trong (SAB) kẻ BH⊥SA (H∈SA).
Xét ΔABH và ΔACH có:
AB=AC(gt)AHchung∠HAB=∠HAC(doΔSAB=ΔSAC)
⇒ΔABH=ΔACH(c.g.c)⇒∠AHB=∠AHC=900,BH=CH
Do đó CH⊥SA tại H.
Ta có: {(SAB)∩(SAC)=SA(SAB)⊃BH⊥SA(SAC)⊃CH⊥SA
⇒∠((SAB);(SAC))=∠(BH;CH)=600.
⇒∠BHC=600 hoặc ∠BHC=1200.
Nếu ∠BHC=600⇒ΔBCH đều cạnh BC=√AB2+AC2=a√2.
⇒BH=a√2>AB (mâu thuẫn do BH là đường vuông góc, AB là đường xiên).
Suy ra ∠BHC=1200.
Áp dụng định lí Cosin trong tam giác BCH ta có:
BH2+CH2−BC2=2BH.CH.cos1200⇒2BH2−2a2=2BH2.−12⇔3BH2=2a2⇔BH=a√2√3=CH
Áp dụng định lí Pytago trong tam giác vuông ABH ta có:
AH=√AB2−BH2=√a2−2a23=a√3
Đặt SH=x(x>0)⇒SA=x+a√3.
Áp dụng định lí Pytago trong tam giác vuông SBH ta có:
SB=√SH2+HB2=√x2+2a23.
Áp dụng hệ thức lượng trong tam giác vuông SAB ta có:
SB.AB=BH.SA⇔√x2+2a23.a=a√2√3.(x+a√3)⇔√x2+2a23=√2√3.(x+a√3)⇔x2+2a23=23(x+a√3)2⇔x2+2a23=23x2+4ax3√3+2a29⇔4a29−4ax√3+13x2=0⇔(23a−x√3)2=0⇔23a−x√3=0⇔x=2√3a⇒SA=x+a√3=2a√3+a√3=a√3
Ta có: {SA⊥BHSA⊥CH⇒SA⊥(BCH).
Và SBCH=12BH.CH.sin∠BHC=12.(a√2√3)2.√32=a2√36.
⇒VABCD=13SH.SBCH+13AH.SBCH=13SBCH.(SH+AH)=13SBCH.SA=13.a2√36.a√3=a36
Chọn D.