Ví dụ 1.
Để xác định khoảng cách từ điểm A đến mặt bên của hình chóp S.ABC, ta thực hiện các bước sau:
1. Xác định đường cao hạ từ A xuống mặt bên:
- Ta cần xác định đường cao hạ từ điểm A xuống mặt bên SBC. Gọi H là chân đường cao này.
2. Chứng minh AH là khoảng cách từ A đến mặt SBC:
- Vì SA vuông góc với đáy ABC, nên SA vuông góc với mọi đường thẳng nằm trong mặt đáy ABC, bao gồm BC.
- Mặt khác, vì H là chân đường cao hạ từ A xuống mặt SBC, nên AH vuông góc với mọi đường thẳng nằm trong mặt SBC, bao gồm SH và HC.
- Do đó, AH là khoảng cách từ điểm A đến mặt SBC.
3. Tính khoảng cách AH:
- Để tính khoảng cách AH, ta cần biết diện tích của tam giác SBC và chiều dài đoạn thẳng SC.
- Diện tích tam giác SBC có thể tính bằng công thức $\frac{1}{2} \times BC \times SH$, trong đó SH là đường cao hạ từ S xuống BC.
- Diện tích tam giác SBC cũng có thể tính bằng công thức $\frac{1}{2} \times SC \times AH$.
- Từ hai công thức này, ta có thể giải ra AH.
4. Kết luận:
- Khoảng cách từ điểm A đến mặt bên SBC là AH.
Vậy khoảng cách từ điểm A đến mặt bên SBC là AH.
Ví dụ 2.
Để giải quyết bài toán này, chúng ta cần biết thêm thông tin về điểm M và vị trí của nó trong hình chóp S.ABC. Tuy nhiên, dựa trên thông tin đã cung cấp, chúng ta sẽ tiếp tục giải quyết phần còn lại của bài toán.
Trước tiên, chúng ta cần xác định các thông tin đã cho:
- Đáy của hình chóp là tam giác SBC.
- Tam giác ABC là tam giác vuông tại A.
- Độ dài cạnh BC = 2a.
- Góc ABC = 60°.
Bây giờ, chúng ta sẽ xác định các thông tin khác:
1. Vì tam giác ABC là tam giác vuông tại A và góc ABC = 60°, nên góc ACB = 30° (vì tổng các góc trong tam giác là 180°).
2. Ta sử dụng tính chất của tam giác vuông có góc 30° để xác định độ dài các cạnh:
- Cạnh AB = BC × sin(30°) = 2a × $\frac{1}{2}$ = a.
- Cạnh AC = BC × cos(30°) = 2a × $\frac{\sqrt{3}}{2}$ = a$\sqrt{3}$.
3. Để xác định vị trí của điểm M, chúng ta cần thêm thông tin về M. Nếu M là trung điểm của cạnh SC, chúng ta sẽ tiếp tục giải quyết bài toán từ đó.
Tuy nhiên, vì chưa có thông tin đầy đủ về điểm M, chúng ta tạm dừng ở đây và chờ thêm thông tin để tiếp tục giải quyết bài toán.
Nếu bạn có thêm thông tin về điểm M, vui lòng cung cấp để chúng ta có thể tiếp tục giải quyết bài toán một cách đầy đủ và chính xác.
Ví dụ 1.
a) Tính chiều cao của hình chóp:
- Vì đáy ABC là tam giác đều cạnh a, nên đường cao từ đỉnh S hạ vuông góc với đáy sẽ đi qua tâm O của tam giác đều ABC.
- Ta có $SO$ là chiều cao của hình chóp S.ABC.
- Tam giác SOA vuông tại O, ta có:
\[ SO^2 + OA^2 = SA^2 \]
\[ SO^2 + \left(\frac{a\sqrt{3}}{3}\right)^2 = (a\sqrt{5})^2 \]
\[ SO^2 + \frac{a^2}{3} = 5a^2 \]
\[ SO^2 = 5a^2 - \frac{a^2}{3} \]
\[ SO^2 = \frac{15a^2 - a^2}{3} \]
\[ SO^2 = \frac{14a^2}{3} \]
\[ SO = \frac{a\sqrt{14}}{\sqrt{3}} = \frac{a\sqrt{42}}{3} \]
Chiều cao của hình chóp là $\frac{a\sqrt{42}}{3}$.
b) Tính khoảng cách từ điểm A đến mặt phẳng (SBC):
- Gọi H là chân đường cao hạ từ A xuống (SBC), ta có AH là khoảng cách từ A đến (SBC).
- Diện tích tam giác SBC là:
\[ [SBC] = \frac{1}{2} \times SB \times SC \times \sin(\angle BSC) \]
- Vì SB = SC = $a\sqrt{5}$ và tam giác SBC cân tại S, ta có:
\[ [SBC] = \frac{1}{2} \times a\sqrt{5} \times a\sqrt{5} \times \sin(60^\circ) = \frac{1}{2} \times 5a^2 \times \frac{\sqrt{3}}{2} = \frac{5a^2\sqrt{3}}{4} \]
- Diện tích tam giác ABC là:
\[ [ABC] = \frac{a^2\sqrt{3}}{4} \]
- Diện tích tam giác SAB là:
\[ [SAB] = \frac{1}{2} \times SA \times AB \times \sin(\angle SAB) = \frac{1}{2} \times a\sqrt{5} \times a \times \sin(90^\circ) = \frac{a^2\sqrt{5}}{2} \]
- Tổng diện tích các mặt bên là:
\[ [SAB] + [SAC] + [SBC] = 2 \times \frac{a^2\sqrt{5}}{2} + \frac{5a^2\sqrt{3}}{4} = a^2\sqrt{5} + \frac{5a^2\sqrt{3}}{4} \]
- Khoảng cách từ A đến (SBC) là:
\[ AH = \frac{3 \times [SBC]}{[SAB] + [SAC] + [SBC]} = \frac{3 \times \frac{5a^2\sqrt{3}}{4}}{a^2\sqrt{5} + \frac{5a^2\sqrt{3}}{4}} = \frac{15a^2\sqrt{3}}{4(a^2\sqrt{5} + \frac{5a^2\sqrt{3}}{4})} = \frac{15a^2\sqrt{3}}{4a^2(\sqrt{5} + \frac{5\sqrt{3}}{4})} = \frac{15\sqrt{3}}{4(\sqrt{5} + \frac{5\sqrt{3}}{4})} = \frac{15\sqrt{3}}{4\sqrt{5} + 5\sqrt{3}} \]
c) Tính khoảng cách từ M đến (SAB):
- Gọi N là chân đường cao hạ từ M xuống (SAB), ta có MN là khoảng cách từ M đến (SAB).
- Diện tích tam giác SAB là:
\[ [SAB] = \frac{1}{2} \times SA \times AB \times \sin(\angle SAB) = \frac{1}{2} \times \frac{a\sqrt{6}}{2} \times a \times \sin(90^\circ) = \frac{a^2\sqrt{6}}{4} \]
- Diện tích tam giác SMB là:
\[ [SMB] = \frac{1}{2} \times SM \times MB \times \sin(\angle SMB) = \frac{1}{2} \times \frac{a\sqrt{6}}{2} \times \frac{a}{2} \times \sin(90^\circ) = \frac{a^2\sqrt{6}}{8} \]
- Diện tích tam giác SMC là:
\[ [SMC] = \frac{1}{2} \times SM \times MC \times \sin(\angle SMC) = \frac{1}{2} \times \frac{a\sqrt{6}}{2} \times \frac{a}{2} \times \sin(90^\circ) = \frac{a^2\sqrt{6}}{8} \]
- Tổng diện tích các mặt bên là:
\[ [SAB] + [SMB] + [SMC] = \frac{a^2\sqrt{6}}{4} + \frac{a^2\sqrt{6}}{8} + \frac{a^2\sqrt{6}}{8} = \frac{a^2\sqrt{6}}{2} \]
- Khoảng cách từ M đến (SAB) là:
\[ MN = \frac{3 \times [SAB]}{[SAB] + [SMB] + [SMC]} = \frac{3 \times \frac{a^2\sqrt{6}}{4}}{\frac{a^2\sqrt{6}}{2}} = \frac{3 \times \frac{a^2\sqrt{6}}{4}}{\frac{2a^2\sqrt{6}}{4}} = \frac{3}{2} \]
Đáp số:
a) Chiều cao của hình chóp: $\frac{a\sqrt{42}}{3}$
b) Khoảng cách từ A đến (SBC): $\frac{15\sqrt{3}}{4\sqrt{5} + 5\sqrt{3}}$
c) Khoảng cách từ M đến (SAB): $\frac{3}{2}$
Ví dụ 2.
Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện các bước sau:
1. Xác định các thông tin đã cho:
- Tam giác ABC là tam giác vuông tại B.
- \( BA = 3a \)
- \( BC = 4a \)
2. Tính độ dài cạnh AC của tam giác ABC:
- Áp dụng định lý Pythagoras trong tam giác vuông ABC:
\[
AC = \sqrt{AB^2 + BC^2} = \sqrt{(3a)^2 + (4a)^2} = \sqrt{9a^2 + 16a^2} = \sqrt{25a^2} = 5a
\]
3. Xác định diện tích đáy ABC:
- Diện tích tam giác ABC là:
\[
S_{ABC} = \frac{1}{2} \times AB \times BC = \frac{1}{2} \times 3a \times 4a = 6a^2
\]
4. Xác định thể tích của hình chóp S.ABC:
- Để tính thể tích của hình chóp S.ABC, chúng ta cần biết chiều cao từ đỉnh S hạ vuông góc xuống đáy ABC. Giả sử chiều cao này là \( h \).
- Thể tích của hình chóp S.ABC là:
\[
V_{S.ABC} = \frac{1}{3} \times S_{ABC} \times h = \frac{1}{3} \times 6a^2 \times h = 2a^2h
\]
Như vậy, để hoàn thành bài toán, chúng ta cần biết thêm thông tin về chiều cao \( h \) từ đỉnh S hạ vuông góc xuống đáy ABC. Nếu có thêm thông tin về chiều cao \( h \), chúng ta có thể tính chính xác thể tích của hình chóp S.ABC.
Kết luận:
- Độ dài cạnh AC của tam giác ABC là \( 5a \).
- Diện tích đáy ABC là \( 6a^2 \).
- Thể tích của hình chóp S.ABC là \( 2a^2h \), với \( h \) là chiều cao từ đỉnh S hạ vuông góc xuống đáy ABC.
Ví dụ 1.
Để tính khoảng cách từ điểm B đến mặt phẳng (SAC) và từ điểm A đến mặt phẳng (SBC), ta sẽ thực hiện các bước sau:
Bước 1: Xác định diện tích các tam giác liên quan
Diện tích tam giác SAC:
- Tam giác SAC là tam giác vuông tại A (vì SA ⊥ (ABCD)).
- Diện tích tam giác SAC là:
\[
S_{SAC} = \frac{1}{2} \times SA \times AC = \frac{1}{2} \times a\sqrt{3} \times a = \frac{a^2\sqrt{3}}{2}
\]
Diện tích tam giác SBC:
- Tam giác SBC là tam giác vuông tại B (vì SB ⊥ BC).
- Diện tích tam giác SBC là:
\[
S_{SBC} = \frac{1}{2} \times SB \times BC = \frac{1}{2} \times 2a\sqrt{3} \times a = a^2\sqrt{3}
\]
Bước 2: Xác định thể tích khối chóp SABC
Thể tích khối chóp SABC có thể tính qua hai tam giác SAC và SBC:
\[
V_{SABC} = \frac{1}{3} \times S_{SAC} \times SB = \frac{1}{3} \times \frac{a^2\sqrt{3}}{2} \times 2a\sqrt{3} = \frac{a^3 \times 3}{3} = a^3
\]
Bước 3: Tính khoảng cách từ điểm B đến mặt phẳng (SAC)
Khoảng cách từ điểm B đến mặt phẳng (SAC) là chiều cao hạ từ B xuống (SAC):
\[
d(B, (SAC)) = \frac{3 \times V_{SABC}}{S_{SAC}} = \frac{3 \times a^3}{\frac{a^2\sqrt{3}}{2}} = \frac{6a^3}{a^2\sqrt{3}} = 2a\sqrt{3}
\]
Bước 4: Tính khoảng cách từ điểm A đến mặt phẳng (SBC)
Khoảng cách từ điểm A đến mặt phẳng (SBC) là chiều cao hạ từ A xuống (SBC):
\[
d(A, (SBC)) = \frac{3 \times V_{SABC}}{S_{SBC}} = \frac{3 \times a^3}{a^2\sqrt{3}} = \frac{3a^3}{a^2\sqrt{3}} = a\sqrt{3}
\]
Kết luận:
- Khoảng cách từ điểm B đến mặt phẳng (SAC) là \( 2a\sqrt{3} \).
- Khoảng cách từ điểm A đến mặt phẳng (SBC) là \( a\sqrt{3} \).
Đáp số:
- \( d(B, (SAC)) = 2a\sqrt{3} \)
- \( d(A, (SBC)) = a\sqrt{3} \)