Câu 32 trang 120 Sách bài tập Hình học 11 Nâng cao

Đề bài

Cho tứ diện ABCD, đáy là tam giác cân và \(DA \bot mp\left( {ABC} \right),AB = AC = a,BC = {6 \over 5}a\). Gọi M là trung điểm của BC. Vẽ AH vuông góc với MD (H thuộc đường thẳng MD).

a) Chứng minh rằng \(AH \bot mp\left( {BC{\rm{D}}} \right)\).

b) Cho \(A{\rm{D}} = {4 \over 5}a\). Tính góc giữa hai đường thẳng AC và DM.

c) Gọi G₁, G₂ lần lượt là các trọng tâm của tam giác ABC và tam giác DBC. Chứng minh rằng \({G_1}{G_2} \bot mp\left( {ABC} \right)\).

Lời giải chi tiết

a) Vì M là  trung điểm của BC nên \(AM \bot BC\), mặt khác \(DA \bot \left( {ABC} \right)\) nên BC vuông góc với mp(DAM), từ đó \(BC \bot AH\).

Mà \(DM \bot AH\).

Vậy \(AH \bot mp\left( {DBC} \right)\).

b) Kẻ MN song song với AC (N ∈ AB) thì góc giữa DM và AC bằng góc giữa DM và MN, đó là \(\widehat {DMN}\) hoặc \({180^0} - \widehat {DMN}\).

Ta có:

\(\eqalign{  & MN = {1 \over 2}AC = {a \over 2},AN = {a \over 2}.  \cr  & D{N^2} = D{A^2} + A{N^2} = {{16} \over {25}}{a^2} + {{{a^2}} \over 4} = {{89} \over {100}}{a^2}  \cr  & A{M^2} = A{B^2} - B{M^2} = {a^2} - {{9{{\rm{a}}^2}} \over {25}} = {{16{{\rm{a}}^2}} \over {25}}  \cr  &  \Rightarrow AM = {{4{\rm{a}}} \over 5}. \cr} \)

Mặt khác \(A{\rm{D}} = {{4{\rm{a}}} \over 5}\) do đó \(DM = {{4{\rm{a}}\sqrt 2 } \over 5}\).

\(\eqalign{  & D{N^2} = D{M^2} + M{N^2} - 2{\rm{D}}M.MN\cos \widehat {DMN}  \cr  & {{89} \over {100}}{a^2} = {{2.16{a^2}} \over {25}} + {{{a^2}} \over 4} - 2.{{4a\sqrt 2 } \over 5}.{a \over 2}\cos \widehat {DMN}  \cr  &  = {{153{a^2}} \over {100}} - {{4{a^2}\sqrt 2 } \over 5}\cos \widehat {DMN}  \cr  &  \Rightarrow {{4{a^2}\sqrt 2 } \over 5}\cos \widehat {DMN} = {{64{a^2}} \over {100}}  \cr  &  \Rightarrow \cos \widehat {DMN} = {{2\sqrt 2 } \over 5}. \cr} \).

Vậy góc giữa AC và DM là α mà \(\cos \alpha  = {{2\sqrt 2 } \over 5}\) .

c) Dễ thấy G₁G₂ // DA mà DA ⊥ (ABC) nên \({G_1}{G_2} \bot \left( {ABC} \right)\).