Câu hỏi:
Cho hình chóp S.ABC có đáy là tam giác đều cạnh 2a. Hình chiếu vuông góc của đỉnh S lên mặt phẳng (ABC) là điểm H trên cạnh AB sao cho HA = 2HB. Góc giữa SC và mặt phẳng (ABC) bằng 600. Tính khoảng ách giữa hai đường thẳng SA và BC theo a.
Phương pháp giải:
- Sử dụng định lí: Góc giữa hai đường thẳng chéo nhau là góc giữa đường thẳng này và mặt phẳng song song với nó chứa đường thẳng kia.
- Dựng hình bình hành ABCD, chứng minh d(SA;BC)=d(B;(SAD)).
- Đổi điểm tính khoảng từ H đến (SAD), sử dụng phương pháp dựng 3 nét.
- Xác định góc giữa đường và mặt là góc giữa đường thẳng và hình chiếu của đường thẳng trên mặt phẳng đó.
- Sử dụng tỉ số lượng giác của góc nhọn và hệ thức lượng trong tam giác vuông để tính khoảng cách.
Lời giải chi tiết:
Dựng hình bình hành ABCD, ta có AD // BC nên BC∥(SAD)⊃SA.
⇒d(SA;BC)=d(BC;(SAD))=d(B;(SAD)).
Ta có: BH∩(SAD)=A⇒d(B;(SAD))d(H;(SAD))=BAHA=32 ⇒d(B;(SAD))=32d(H;(SAD)).
Trong (ABCD) kẻ EH⊥AD (do ΔABC đều nên ∠ABC=600⇒∠BAD=1200, do đó điểm E nằm ngoài đoạn thẳng AD về phía A).
Trong (SHE) kẻ HK⊥SE(K∈SE).
Ta có:
{AD⊥HEAD⊥SH⇒AD⊥(SHE)⇒AD⊥HK{HK⊥SDHK⊥SE⇒HK⊥(SAD)⇒d(H;(SAD))=HK
Vì ∠BAD=1200⇒∠HAE=600.
Xét ΔAHE vuông tại E có HE=AH.sin600=23AB.√32=√33.2a=2a√33.
Ta có: SH⊥(ABC) nên HC là hình chiếu của SC lên (ABC) ⇒∠(SC;(ABC))=∠(SC;HC)=∠SCH=600.
Áp dụng định lí Co-sin trong tam giác AHC ta có:
HC2=AH2+AC2−2.AH.AC.cos∠HACHC2=(23.2a)2+(2a)2−2.(23.2a).2a.cos600HC2=28a29⇒HC=2a√73
Xét tam giác vuông SHC có: SH=HC.tan600=2a√73.√3=2a√213.
Áp dụng hệ thức lượng trong tam giác vuông SHE có:
HK=SH.HE√SH2+HE2=2a√213.2a√33√(2a√213)2+(2a√33)2=a√426.
Vậy d(SA;BC)=32HK=a√424.
Chọn D.