Câu hỏi:
Xét khối chóp \(S.ABC\) có đáy ABC là tam giác vuông cân tại A, SA vuông góc với đáy, khoảng cách từ A đến mặt phẳng (SBC) bằng 3. Gọi \(\alpha \) là góc giữa hai mặt phẳng (SBC) và (ABC), tính \(\cos \alpha \) khi thể tích khối chóp S.ABC nhỏ nhất.
Phương pháp giải:
Tính thể tích \({{V}_{S.ABC}}=\frac{1}{3}SA.{{S}_{ABC}}\) theo \(\cos \alpha \).
Lời giải chi tiết:
Gọi M là trung điểm của BC ta có: \(\left\{ \begin{align} & BC\bot AM \\ & BC\bot SA \\ \end{align} \right.\Rightarrow BC\bot \left( SAM \right)\)
Trong (SAM) kẻ \(AH\bot SM\Rightarrow AH\bot BC\Rightarrow AH\bot \left( SBC \right)\Rightarrow AH=3\)
Ta có :
\(\left\{ \begin{align} & \left( SBC \right)\cap \left( ABC \right)=BC \\ & AM\bot BC \\ & SM\bot BC \\ \end{align} \right.\Rightarrow \widehat{\left( \left( SBC \right);\left( ABC \right) \right)}=\widehat{\left( AM;SM \right)}=\widehat{SMA}=\alpha \)
\(\Rightarrow AM=\frac{AH}{\sin \alpha }=\frac{3}{\sin \alpha }\Rightarrow BC=2AM=\frac{6}{\sin \alpha }\)
\(\Rightarrow {{S}_{ABC}}=\frac{1}{2}AM.BC=\frac{1}{2}.\frac{3}{\sin \alpha }.\frac{6}{\sin \alpha }=\frac{9}{{{\sin }^{2}}\alpha }\)
Trong tam giác vuông SAM có: \(SM=\frac{AM}{\cos \alpha }=\frac{3}{\sin \alpha \cos \alpha }\)
\(\begin{align} & \Rightarrow SA=\sqrt{S{{M}^{2}}-A{{M}^{2}}}=\sqrt{\frac{9}{{{\sin }^{2}}\alpha {{\cos }^{2}}\alpha }-\frac{9}{{{\sin }^{2}}\alpha }}=\frac{3\sqrt{1-{{\cos }^{2}}\alpha }}{\sin \alpha \cos \alpha }=\frac{3}{\cos \alpha } \\ & \Rightarrow {{V}_{S.ABC}}=\frac{1}{3}SA.{{S}_{ABC}}=\frac{1}{3}\frac{3}{\cos \alpha }.\frac{9}{{{\sin }^{2}}\alpha }=\frac{9}{\left( 1-{{\cos }^{2}}\alpha \right)\cos \alpha } \\ \end{align}\)
Đặt \(t=\cos \alpha \,\,\left( 0<t<1 \right)\Rightarrow f\left( t \right)=\frac{9}{\left( 1-{{t}^{2}} \right)t}\)
\(\begin{align} & f\left( \frac{1}{3} \right)=\frac{243}{8};\,\,f\left( \frac{\sqrt{3}}{3} \right)=\frac{27\sqrt{3}}{2};\,\,f\left( \frac{\sqrt{2}}{2} \right)=18\sqrt{2};\,\,f\left( \frac{2}{3} \right)=\frac{243}{10} \\ & \Rightarrow \underset{x\in \left( 0;1 \right)}{\mathop{\min }}\,f\left( t \right)=f\left( \frac{\sqrt{3}}{3} \right) \\ \end{align}\)
Chọn B.