Câu hỏi:
Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình thang vuông tại A và D. AB=AD=2a;DC=a . Điểm I là trung điểm đoạnAD, mặt phẳng (SIB) và (SIC) cùng vuông góc với mặt phẳng (ABCD). Mặt phẳng (SBC) tạo với mặt phẳng (ABCD) một góc 60∘. Tính khoảng cách từ D đến(SBC) theo a.
Phương pháp giải:
- Sử dụng định lí: Hai mặt phẳng cùng vuông góc với mặt phẳng thứ ba thì giao tuyến của chúng sẽ vuông góc với mặt phẳng thứ ba đó để chứng minh SI⊥(ABCD).
- Đổi về bài toán tính khoảng cách từ chân đường cao đến mặt phẳng (SBC).
- Tìm góc giữa mặt phẳng (SBC);(ABCD): Góc giữa hai mặt phẳng là góc giữa hai đường thẳng lần lượt thuộc hai mặt phẳng và cùng vuông góc với giao tuyến.
- Áp dụng tỉ số lượng giác của góc nhọn trong tam giác vuông để tính khoảng cách.
Lời giải chi tiết:
Ta có {(SBI)⊥(ABCD)(SIC)⊥(ABCD)(SIB)∩(SIC)=SI⇒SI⊥(ABCD)
Trong (ABCD) kéo dài DI cắt BC tại P, khi đó ta có DI∩(SBC)=P.
Áp dụng định lí Ta-lét ta có: PDPA=CDAB=a2a=12 ⇒D là trung điểm của AP.
⇒DP=AD=2a,IP=ID+DP=a+2a=3a.
⇒DPIP=2a3a=23⇒d(D;(SBC))d(I;(SBC))=DPIP=23⇒d(D;(SBC))=23d(I;(SBC)).
Trong (ABCD) kẻ IK⊥BC(K∈BC), trong (SIK) kẻ IH⊥SK(H∈SK) ta có:
{BC⊥SIBC⊥IK⇒BC⊥(SIK)⇒BC⊥IH{IH⊥BCIH⊥SK⇒IH⊥(SBC)⇒d(I;(SBC))=IH
Ta có hình thang ABCD vuông tại A và D có ID=IA=AD2=a; DC=a; AB=2a.
Áp dụng định lí Pytago ta có:
IC=√ID2+CD2=√a2+a2=a√2IB=√IA2+AB2=√a2+4a2=a√5
Kẻ CM⊥AB ta có: AMCD là hình chữ nhật nên CM=AD=2a, MB=AB−AM=2a−a=a.
Áp dụng định lí Pytago trong tam giác vuông BCM có: BC=√BM2+CM2=√a2+4a2=a√5.
Trong (ABCD) kẻ IK⊥BC(K∈BC) ta có:
SBIC=12IK.BC=SABCD−SDIC−SABI=12.AD.(AB+CD)−12ID.CD−12IA.AB=12.2a.(2a+a)−12.a.a−12.a.2a=3a2−12a2−a2=3a22
Lại có
SBIC=12IK.BC⇒3a22=12.IK.a√5⇒IK=3a√55.
Ta có: {(SBC)∩(ABCD)=BCSK⊂(SBC),SK⊥BCIK⊂(ABCD),IK⊥BC ⇒∠((SBC);(ABCD))=∠(SK;IK)=∠SKI=600.
Xét tam giác vuông IHK có: IH=IK.sin∠SKI=3a√55.√32=3a√1510.
Vậy d(D;(SBC))=23d(I;(SBC))=23IH=a√155.
Chọn A.