Câu 1.
Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ sử dụng lý thuyết xác suất nhị thức.
a) Tính xác suất để Bình đạt đúng 8 điểm
Bình cần đúng 16 câu để đạt 8 điểm (vì mỗi câu đúng được 0,5 điểm).
- Số câu chắc chắn đúng là 10 câu.
- Số câu còn lại là 10 câu, trong đó Bình cần đúng thêm 6 câu nữa.
Xác suất để Bình trả lời đúng một câu trong 10 câu còn lại là $\frac{1}{4}$ (vì có 4 đáp án và chỉ có 1 đáp án đúng).
Xác suất để Bình trả lời sai một câu trong 10 câu còn lại là $\frac{3}{4}$.
Ta sử dụng công thức xác suất nhị thức:
\[ P(X = k) = \binom{n}{k} p^k (1-p)^{n-k} \]
Trong đó:
- \( n = 10 \) (số câu còn lại)
- \( k = 6 \) (số câu cần đúng)
- \( p = \frac{1}{4} \) (xác suất đúng một câu)
Thay vào công thức:
\[ P(X = 6) = \binom{10}{6} \left( \frac{1}{4} \right)^6 \left( \frac{3}{4} \right)^4 \]
Tính toán:
\[ \binom{10}{6} = \frac{10!}{6!4!} = 210 \]
\[ \left( \frac{1}{4} \right)^6 = \frac{1}{4096} \]
\[ \left( \frac{3}{4} \right)^4 = \frac{81}{256} \]
Nhân các giá trị lại:
\[ P(X = 6) = 210 \times \frac{1}{4096} \times \frac{81}{256} = 210 \times \frac{81}{1048576} = \frac{17010}{1048576} \approx 0.0162 \]
b) Tính xác suất để Bình đạt được từ 9 điểm trở lên
Để đạt từ 9 điểm trở lên, Bình cần đúng ít nhất 18 câu (vì mỗi câu đúng được 0,5 điểm).
- Số câu chắc chắn đúng là 10 câu.
- Số câu còn lại là 10 câu, trong đó Bình cần đúng thêm 8 câu hoặc nhiều hơn.
Ta tính xác suất cho các trường hợp \( X = 8 \), \( X = 9 \), và \( X = 10 \).
Xác suất \( X = 8 \):
\[ P(X = 8) = \binom{10}{8} \left( \frac{1}{4} \right)^8 \left( \frac{3}{4} \right)^2 \]
\[ \binom{10}{8} = 45 \]
\[ \left( \frac{1}{4} \right)^8 = \frac{1}{65536} \]
\[ \left( \frac{3}{4} \right)^2 = \frac{9}{16} \]
\[ P(X = 8) = 45 \times \frac{1}{65536} \times \frac{9}{16} = 45 \times \frac{9}{1048576} = \frac{405}{1048576} \approx 0.000386 \]
Xác suất \( X = 9 \):
\[ P(X = 9) = \binom{10}{9} \left( \frac{1}{4} \right)^9 \left( \frac{3}{4} \right)^1 \]
\[ \binom{10}{9} = 10 \]
\[ \left( \frac{1}{4} \right)^9 = \frac{1}{262144} \]
\[ \left( \frac{3}{4} \right)^1 = \frac{3}{4} \]
\[ P(X = 9) = 10 \times \frac{1}{262144} \times \frac{3}{4} = 10 \times \frac{3}{1048576} = \frac{30}{1048576} \approx 0.0000286 \]
Xác suất \( X = 10 \):
\[ P(X = 10) = \binom{10}{10} \left( \frac{1}{4} \right)^{10} \left( \frac{3}{4} \right)^0 \]
\[ \binom{10}{10} = 1 \]
\[ \left( \frac{1}{4} \right)^{10} = \frac{1}{1048576} \]
\[ \left( \frac{3}{4} \right)^0 = 1 \]
\[ P(X = 10) = 1 \times \frac{1}{1048576} \times 1 = \frac{1}{1048576} \approx 0.00000095 \]
Tổng xác suất để đạt từ 9 điểm trở lên:
\[ P(X \geq 8) = P(X = 8) + P(X = 9) + P(X = 10) \]
\[ P(X \geq 8) \approx 0.000386 + 0.0000286 + 0.00000095 \approx 0.00041555 \]
Đáp số:
a) Xác suất để Bình đạt đúng 8 điểm là khoảng 0.0162.
b) Xác suất để Bình đạt từ 9 điểm trở lên là khoảng 0.00041555.
Câu 2.
Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện từng phần một cách chi tiết.
Phần a) Chứng minh $SC \perp (AHK)$
1. Xác định các hình chiếu vuông góc:
- H là hình chiếu vuông góc của A lên SB.
- I là hình chiếu vuông góc của A lên SS.
- K là hình chiếu vuông góc của A lên SD.
2. Chứng minh $SC \perp AH$:
- Vì $SA \perp (ABCD)$ nên $SA \perp AB$ và $SA \perp AD$.
- Do đó, $SA \perp (SAB)$ và $SA \perp (SAD)$.
- Mặt khác, vì H là hình chiếu của A lên SB nên $AH \perp SB$.
- Vì K là hình chiếu của A lên SD nên $AK \perp SD$.
- Kết hợp với $SA \perp (ABCD)$, ta có $SA \perp BC$.
- Vì ABCD là hình vuông nên $BC \perp CD$.
- Do đó, $SC \perp (SAB)$ và $SC \perp (SAD)$.
- Từ đó suy ra $SC \perp AH$ và $SC \perp AK$.
3. Kết luận:
- Vì $SC \perp AH$ và $SC \perp AK$, nên $SC \perp (AHK)$.
Phần b) Chứng minh điểm I thuộc mặt phẳng (AHK)
1. Xác định vị trí của I:
- I là hình chiếu của A lên SS, do đó I nằm trên đường thẳng SS.
2. Chứng minh I thuộc (AHK):
- Vì $SA \perp (ABCD)$ nên $SA \perp AB$ và $SA \perp AD$.
- Do đó, $SA \perp (SAB)$ và $SA \perp (SAD)$.
- Vì H là hình chiếu của A lên SB nên $AH \perp SB$.
- Vì K là hình chiếu của A lên SD nên $AK \perp SD$.
- Kết hợp với $SA \perp (ABCD)$, ta có $SA \perp BC$.
- Vì ABCD là hình vuông nên $BC \perp CD$.
- Do đó, $SC \perp (SAB)$ và $SC \perp (SAD)$.
- Từ đó suy ra $SC \perp AH$ và $SC \perp AK$.
3. Kết luận:
- Vì $I$ là hình chiếu của $A$ lên $SS$, và $SS$ nằm trong mặt phẳng $(SAB)$ và $(SAD)$, do đó $I$ cũng nằm trong mặt phẳng $(AHK)$.
Đáp số:
- a) $SC \perp (AHK)$
- b) Điểm I thuộc mặt phẳng (AHK).
Câu 3.
Để tính khoảng cách giữa hai đường thẳng AB' và A'C', ta thực hiện các bước sau:
1. Tìm diện tích đáy ABC:
- Ta biết rằng thể tích của lăng trụ ABC.A'B'C' là 1.
- Gọi diện tích đáy ABC là S và chiều cao của lăng trụ là h.
- Thể tích của lăng trụ được tính bằng công thức: \( V = S \times h \).
Do đó:
\[
1 = S \times h \implies S = \frac{1}{h}
\]
2. Tính diện tích tam giác AB'C':
- Ta biết rằng \( AB' = 1 \) và \( A'C' = \sqrt{2} \).
- Hai đường thẳng AB' và A'C' vuông góc với nhau, tức là góc giữa chúng là 90°.
- Diện tích tam giác AB'C' được tính bằng công thức:
\[
S_{AB'C'} = \frac{1}{2} \times AB' \times A'C' = \frac{1}{2} \times 1 \times \sqrt{2} = \frac{\sqrt{2}}{2}
\]
3. Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng AB' và A'C':
- Khoảng cách giữa hai đường thẳng AB' và A'C' là chiều cao hạ từ điểm B' xuống đường thẳng A'C'.
- Gọi khoảng cách này là d.
- Diện tích tam giác AB'C' cũng có thể được tính bằng công thức:
\[
S_{AB'C'} = \frac{1}{2} \times A'C' \times d
\]
- Thay giá trị diện tích đã tính vào:
\[
\frac{\sqrt{2}}{2} = \frac{1}{2} \times \sqrt{2} \times d
\]
- Giải phương trình để tìm d:
\[
\frac{\sqrt{2}}{2} = \frac{\sqrt{2}}{2} \times d \implies d = 1
\]
Vậy khoảng cách giữa hai đường thẳng AB' và A'C' là 1.
Câu 4.
Để tính thể tích hình chóp S.ABC, ta thực hiện các bước sau:
1. Xác định các thông số cơ bản:
- Hình chóp S.ABC có đáy là tam giác đều ABC với cạnh a.
- Mặt phẳng (SAC) vuông góc với mặt phẳng (ABC).
- Góc giữa hai mặt phẳng (SAB) và (SBC) với mặt phẳng (ABC) lần lượt là \(60^\circ\) và \(45^\circ\).
2. Xác định chiều cao của hình chóp từ đỉnh S xuống đáy ABC:
- Vì (SAC) vuông góc với (ABC), nên đường cao hạ từ S xuống AC sẽ nằm trong mặt phẳng (SAC) và vuông góc với AC.
- Gọi H là chân đường cao từ S xuống AC, ta có SH là đường cao của tam giác SAC.
3. Tính chiều cao SH:
- Tam giác SAC là tam giác nhọn, do đó ta có thể sử dụng các tính chất của tam giác để tính SH.
- Gọi M là trung điểm của AC, ta có AM = MC = \(\frac{a}{2}\).
- Tam giác SAM là tam giác vuông tại M, do đó ta có:
\[
SH = SA \cdot \sin(60^\circ)
\]
- Ta biết rằng góc giữa (SAB) và (ABC) là \(60^\circ\), do đó góc giữa SA và mặt phẳng (ABC) cũng là \(60^\circ\). Từ đó ta có:
\[
SH = SA \cdot \sin(60^\circ) = SA \cdot \frac{\sqrt{3}}{2}
\]
4. Tính diện tích đáy ABC:
- Diện tích tam giác đều ABC là:
\[
S_{ABC} = \frac{a^2 \sqrt{3}}{4}
\]
5. Tính thể tích hình chóp S.ABC:
- Thể tích hình chóp S.ABC là:
\[
V_{S.ABC} = \frac{1}{3} \times S_{ABC} \times SH
\]
- Thay các giá trị đã tính vào công thức trên:
\[
V_{S.ABC} = \frac{1}{3} \times \frac{a^2 \sqrt{3}}{4} \times SA \cdot \frac{\sqrt{3}}{2}
\]
- Ta cần tính SA. Vì góc giữa (SBC) và (ABC) là \(45^\circ\), ta có:
\[
SA = \frac{a}{\sqrt{2}}
\]
- Thay SA vào công thức thể tích:
\[
V_{S.ABC} = \frac{1}{3} \times \frac{a^2 \sqrt{3}}{4} \times \frac{a}{\sqrt{2}} \times \frac{\sqrt{3}}{2}
\]
\[
V_{S.ABC} = \frac{1}{3} \times \frac{a^2 \sqrt{3}}{4} \times \frac{a \sqrt{3}}{2 \sqrt{2}}
\]
\[
V_{S.ABC} = \frac{1}{3} \times \frac{a^3 \cdot 3}{8 \sqrt{2}}
\]
\[
V_{S.ABC} = \frac{a^3 \sqrt{2}}{8}
\]
Vậy thể tích hình chóp S.ABC là:
\[
V_{S.ABC} = \frac{a^3 \sqrt{2}}{8}
\]