Câu hỏi:

155 lượt xem
Tự luận

Cho hình lăng trụ tam giác đều ABC.A'B'C' có AB = a, AA' = 2a. Gọi M, N lần lượt là trung điểm của các cạnh BB' và CC'.

a) Tính theo a thể tích khối tứ diện AA'MN.

b) Tính côsin góc nhị diện [A, MN, A'].

Xem đáp án

Lời giải

Hướng dẫn giải:

Cho hình lăng trụ tam giác đều ABC.A'B'C' có AB = a

a) Ta có VNAA'M=13d(N,(AMA')).SAA'M.

Do CC' // AA' nên CC' // (AA'B'B) nên d(N, (AMA')) = d(C, (AA'B'B)).

Kẻ CH  AB tại H.

Vì BB'  (ABC) nên BB'  CH mà CH  AB nên CH  (AA'B'B).

Do đó d(C, (AA'B'B)) = CH.

Xét tam giác ABC đều cạnh a, CH là đường cao có CH = a32,

suy ra d(C, (AA'B'B)) = a32.

Vì ABB'A' là hình chữ nhật có d(M, AA') = AB = a.

Do đó SAA'M=12d(M,AA').AA' = 12.a.2a = a2.

Vậy VNAA'M=13dN,(AMA')SAA'M=13a32a2=a336.

b) Gọi I là trung điểm của MN.

Vì M, N là trung điểm của BB' và CC' nên CN = C'N, BM = B'M.

Mà AA' = BB' = CC' = 2a nên CN = C'N = BM = B'M = a.

Vì ABC.A'B'C' là hình lăng trụ tam giác đều nên

AB = AC = BC = A'B' = A'C' = B'C' = a.

Xét tam giác CAN vuông tại C, có AN2 = AC2 + CN2 = a2 + a2 = 2a2.

Xét tam giác A'C'N vuông tại C', có A'N2 = A'C'2 + C'N2 = a2 + a2 = 2a2.

Xét tam giác A'B'M vuông tại B', có A'M2 = A'B'2 + B'M2 = a2 + a2 = 2a2.

Xét tam giác ABM vuông tại B, có AM2 = AB2 + BM2 = a2 + a2 = 2a2.

Do đó AN = A'N = A'M = AM.

Xét tam giác A'MN có A'M = A'N nên tam giác A'MN cân tại A' mà A'I là trung tuyến nên A'I đồng thời là đường cao hay A'I  MN.

Xét tam giác AMN có AM = AN nên tam giác AMN cân tại A mà AI là trung tuyến nên AI đồng thời là đường cao hay AI  MN.

Vì A'I  MN và AI  MN nên [A, MN, A'] = AIA'^.

Vì I là trung điểm của MN mà MN = BC = a nên MI = IN = MN2=a2.

Xét tam giác A'MI vuông tại I, có A'I=A'M2MI2=2a2a24=a72.

Xét tam giác ANI vuông tại I, có AI=AN2NI2=2a2a24=a72.

Áp dụng định lí côsin trong tam giác AA'I, ta có:

cosAIA'^=AI2+A'I2AA'22AIA'I=7a24+7a244a227a24=17.

Vậy côsin góc nhị diện [A, MN, A'] bằng -17.​

CÂU HỎI HOT CÙNG CHỦ ĐỀ