Bài 3.3 trang 129 SBT hình học 11

Đề bài

Cho tứ diện ABCD. Gọi P và Q lần lượt là trung điểm của các cạnh AB và CD. Trên các cạnh AC và BD lần lượt ta lấy các điểm M, N sao cho

\(\displaystyle {{AM} \over {AC}} = {{BN} \over {B{\rm{D}}}} = k\left( {k > 0} \right)\)

Chứng minh rằng ba vectơ \(\displaystyle \overrightarrow {PQ} ,\overrightarrow {PM} ,\overrightarrow {PN} \) đồng phẳng.

Lời giải chi tiết

Ta có:

\(\displaystyle \eqalign{
& \overrightarrow {PQ} = {1 \over 2}\left( {\overrightarrow {PC} + \overrightarrow {P{\rm{D}}} } \right) \cr 
& = {1 \over 2}\left[ {\left( {\overrightarrow {AC} - \overrightarrow {AP} } \right) + \left( {\overrightarrow {B{\rm{D}}} - \overrightarrow {BP} } \right)} \right] \cr 
& = {1 \over 2}\left[ {\left( {\overrightarrow {AC} + \overrightarrow {B{\rm{D}}} } \right) - \underbrace {\left( {\overrightarrow {AP} + \overrightarrow {BP} } \right)}_{\overrightarrow 0 }} \right] \cr 
& = {1 \over 2}.{1 \over k}\left( {\overrightarrow {AM} + \overrightarrow {BN} } \right) \cr} \) 

Vì \(\displaystyle \overrightarrow {AC}  = {1 \over k}.\overrightarrow {AM} \) và \(\displaystyle \overrightarrow {B{\rm{D}}}  = {1 \over k}.\overrightarrow {BN} \)

Đồng thời \(\displaystyle \overrightarrow {AM}  = \overrightarrow {AP}  + \overrightarrow {PM} \) và \(\displaystyle \overrightarrow {BN}  = \overrightarrow {BP}  + \overrightarrow {PN} \), nên \(\displaystyle \overrightarrow {PQ}  = {1 \over {2k}}\left( {\overrightarrow {PM}  + \overrightarrow {PN} } \right)\) vì \(\displaystyle \overrightarrow {AP}  + \overrightarrow {BP}  = \overrightarrow 0 \)

Vậy \(\displaystyle \overrightarrow {PQ}  = {1 \over {2k}}\overrightarrow {PM}  + {1 \over {2k}}\overrightarrow {PN} \)

Do đó ba vectơ \(\displaystyle \overrightarrow {PQ} ,\overrightarrow {PM} ,\overrightarrow {PN} \) đồng phẳng.