Để giải bài toán này, ta cần tính tích vô hướng của hai vectơ \(\overrightarrow{PM}\) và \(\overrightarrow{CN}\) trong hình tứ diện đều \(OABC\) với các cạnh đôi một vuông góc.
Bước 1: Xác định tọa độ các điểm
Giả sử \(O\) là gốc tọa độ \((0, 0, 0)\).
- Vì \(OA\), \(OB\), \(OC\) đôi một vuông góc và có độ dài bằng \(a\), ta có thể đặt:
- \(A(a, 0, 0)\)
- \(B(0, a, 0)\)
- \(C(0, 0, a)\)
Bước 2: Xác định tọa độ các trung điểm
- \(M\) là trung điểm của \(OB\), nên tọa độ của \(M\) là:
\[
M\left(\frac{0+0}{2}, \frac{a+0}{2}, \frac{0+0}{2}\right) = (0, \frac{a}{2}, 0)
\]
- \(N\) là trung điểm của \(OC\), nên tọa độ của \(N\) là:
\[
N\left(\frac{0+0}{2}, \frac{0+0}{2}, \frac{a+0}{2}\right) = (0, 0, \frac{a}{2})
\]
- \(P\) là trung điểm của \(AB\), nên tọa độ của \(P\) là:
\[
P\left(\frac{a+0}{2}, \frac{0+a}{2}, \frac{0+0}{2}\right) = \left(\frac{a}{2}, \frac{a}{2}, 0\right)
\]
- \(Q\) là trung điểm của \(AC\), nên tọa độ của \(Q\) là:
\[
Q\left(\frac{a+0}{2}, \frac{0+0}{2}, \frac{0+a}{2}\right) = \left(\frac{a}{2}, 0, \frac{a}{2}\right)
\]
Bước 3: Tính các vectơ \(\overrightarrow{PM}\) và \(\overrightarrow{CN}\)
- Vectơ \(\overrightarrow{PM}\) có tọa độ:
\[
\overrightarrow{PM} = M - P = \left(0 - \frac{a}{2}, \frac{a}{2} - \frac{a}{2}, 0 - 0\right) = \left(-\frac{a}{2}, 0, 0\right)
\]
- Vectơ \(\overrightarrow{CN}\) có tọa độ:
\[
\overrightarrow{CN} = N - C = \left(0 - 0, 0 - 0, \frac{a}{2} - a\right) = \left(0, 0, -\frac{a}{2}\right)
\]
Bước 4: Tính tích vô hướng \(\overrightarrow{PM} \cdot \overrightarrow{CN}\)
Tích vô hướng của hai vectơ \(\overrightarrow{PM}\) và \(\overrightarrow{CN}\) là:
\[
\overrightarrow{PM} \cdot \overrightarrow{CN} = \left(-\frac{a}{2}\right) \cdot 0 + 0 \cdot 0 + 0 \cdot \left(-\frac{a}{2}\right) = 0
\]
Vậy, tích vô hướng \(\overrightarrow{PM} \cdot \overrightarrow{CN}\) bằng \(0\).