Câu hỏi:
Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD có AB=a,SA=a√3. Gọi G là trọng tâm tam giác SCD và α là góc giữa đường thẳng BG và SA. Tính cosα.
Phương pháp giải:
+) Gọi M là trung điểm của CD, O=AC∩BD,H=AM∩OD. Chứng minh ∠(BG;SA)=∠(BG;HG).
+) Áp dụng định lí Cosin trong tam giác.
Lời giải chi tiết:
Gọi M là trung điểm của CD, O=AC∩BD,H=AM∩OD.
Xét tam giác ACD có H là trọng tâm tam giác ⇒MHMA=13.
Ta có: MHMA=MGMS=13⇒HG//SA (Định lí Ta-lét đảo)
⇒α=∠(BG;SA)=∠(BG;HG).
Ta có HG=13SA=a√33.
H là trọng tâm tam giác ACD ⇒OH=13OD=13.12.BD=16BD
⇒BH=12BD+16BD=23BD=23.a√2.
Ta có BM=√a2+a24=a√52,SM=√3a2−a24=a√112.
Áp dụng định lí Cosin trong tam giác SBM ta có:
cos∠SMB=SM2+BM2−SB22SM.BM=11a24+5a24−3a22a√112.a√52=2√5555
Ta có GM=13SM=a√116.
Áp dụng định Cosin trong tam giác BMG ta có:
BG2=MB2+MG2−2MB.MG.cos∠SMB=5a24+11a236−2.a√52.a√116.2√5555=119a2⇒BG=√11a3
Áp dụng định lí Cosin trong tam giác BHG ta có:
cos∠BGH=GB2+GH2−BH22.GB.GH=11a29+a23−8a292.a√113.a√33=23.3√3322=√3311>0.
Vậy cosα=√3311.
Chọn A.