Giải bài tập SBT Toán 11 Bài 5: Khoảng cách

eLib xin giới thiệu đến quý thầy cô giáo và các em học sinh nội dung giải bài tập bài Khoảng cách trang 162 SBT Hình học 11 bên dưới đây. Thông qua tài liệu này các em vừa ôn tập được kiến thức vừa nâng cao kĩ năng làm bài hiệu quả để từ đó có phương pháp học tập phù hợp. Mời các em cùng tham khảo.

Giải bài tập SBT Toán 11 Bài 5: Khoảng cách

Giải bài tập SBT Toán 11 Bài 5: Khoảng cách

1. Giải bài 3.33 trang 162 SBT Hình học 11

Cho hình lập phương ABCD.A’B’C’D’ cạnh a. Chứng minh rằng khoảng cách từ các điểm A’, B, D; C, B’, D tới đường chéo AC’ bằng nhau. Tính khoảng cách đó.

Phương pháp giải:

Chứng minh AC’ là trục của đường tròn ngoại tiếp tam giác A’BD.

→ Khoảng cách từ các điểm A’, B, D; C, B’, D tới đường chéo AC’.

Hướng dẫn giải:

Điểm A cách đều ba đỉnh của tam giác đều A’BD vì ta có AB = AD = AA' = a

Điểm C’ cũng cách đều ba đỉnh của tam giác đều đó vì ta có C'B = C'D = C'A' = a2

Vậy AC’ là trục của đường tròn ngoại tiếp tam giác A’BD

Tức là đường thẳng AC’ vuông góc với mặt phẳng (A’BD) tại trọng tâm I của tam giác A’BD.

Ta cần tìm khoảng cách A’I.

Ta có A'I = BI = DI = 23 A'O với O là tâm của hình vuông ABCD

Ta lại có:

AO=BD32=a2.32=a62

Vậy AI=23AO=23.a62=a63

Tương tự điểm C’ cách đều ba đỉnh của tam giác đều CB’D’, tính được khoảng cách từ C, B’, D’ tới đường chéo AC’.

2. Giải bài 3.34 trang 162 SBT Hình học 11

Hình chóp S.ABCD có đáy là hình vuông ABCD cạnh a. Các cạnh bên SA=SB=SC=SD=a2. Gọi I và K lần lượt là trung điểm của AD và BC.

a) Chứng minh mặt phẳng (SIK) vuông góc với mặt phẳng (SBC). 

b) Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng AD và SB.

Phương pháp giải:

a) Gọi O là tâm hình vuông ABCD. Chứng minh (SBC) chứa hai đường thẳng cắt nhau vuông góc với (SIK).

b) - Tìm mặt phẳng (P)chứa SB và song song với AD.

- d(AD, SB) = d(AD, (P)

Hướng dẫn giải:

a) Gọi O là tâm hình vuông ABCD, dễ thấy I, O, K thẳng hàng. Vì K là trung điểm của BC nên SKBC.

Ta có

BCSKBCOK}BC(SIK)

Do đó (SBC)(SIK)

b) Hai đường thẳng AD và SB chéo nhau.

Ta có mặt phẳng (SBC) chứa SB và song song với AD.

Do đó khoảng cách giữa AD và SB bằng khoảng cách giữa AD và mặt phẳng (SBC).

Theo câu a) ta có (SIK)(SBC) theo giao tuyến SK.

⇒ Khoảng cách cần tìm là IM, trong đó M là chân đường vuông góc hạ từ I tới SK.

Dựa vào hệ thức IM.SK = SO.IK ⇒ IM=SO.IKSK.

Ta lại có: SK2=SB2BK2=2a2a24=7a24SK=a72

 SO2=SA2OA2=2a2(a22)2=3a22SO=a32=a62

Do đó: IM=SO.IKSK=a62.a:a72=a427

Vậy khoảng cách giữa hai đường thẳng AD và SB là bằng a427.

3. Giải bài 3.35 trang 162 SBT Hình học 11

Cho hình lập phương ABCD.A’B’C’D’.

a) Chứng minh đường thẳng BC’ vuông góc với mặt phẳng (A’B’CD)

b) Xác định và tính độ dài đoạn vuông góc chung của AB’ và BC’

Phương pháp giải:

a) Chứng minh BC' vuông góc với hai đường thẳng cắt nhau thuộc (A'B'CD).

b) - Tìm (P) chứa đường thẳng AB’ và song song với BC’.

- Tìm d là hình chiếu của BC’ trên mặt phẳng (AB’D’).

- Gọi K là giao điểm của d với AB', dựng KL // BC'

→ KL là đoạn vuông góc chung cần tìm.

Hướng dẫn giải:

a) Ta có B’C ⊥ BC’ vì đây là hai đường chéo của hình vuông BB’C’C

Ngoài ra ta còn có: AB(BBCC)ABBC

Từ đó ta suy ra BC(ABCD).

b) Mặt phẳng (AB’D’) chứa đường thẳng AB’ và song song với BC’.

Gọi E, F lần lượt là tâm các hình vuông ADD’A’, BCC’B’.

Kẻ FH ⊥ EB’với H ∈ EB’, khi đó FH nằm trên mặt phẳng (A’B’CD) nên theo câu a) thì FH(ABD).

Do đó hình chiếu BC’ trên mặt phẳng (AB’D) là đường thẳng đi qua H và song song với BC’.

Giả sử đường thẳng đó cắt AB’ tại K thì từ K vẽ đường thẳng song song với FH cắt BC’ tại L.

Khi đó KL là đoạn vuông góc chung cần dựng.

Tam giác B’EF vuông tại F nên từ công thức 1FH2=1FE2+1FB2 ta tính được KL=FH=a33

4. Giải bài 3.36 trang 162 SBT Hình học 11

Cho hình chóp S.ABCD có đáy là nửa lục giác đều ABCD nội tiếp trong đường tròn đường kính AD = 2a và có cạnh SA vuông góc với mặt phẳng đáy (ABCD) với SA=a6.

a) Tính khoảng cách từ A và B đến mặt phẳng (SCD).

b) Tính khoảng cách từ đường thẳng AD đến mặt phẳng (SBC)

Phương pháp giải:

a) - Dựng AH vuông góc với SC → d(A, SCD) = AH.

- Gọi I là trung điểm của AD, chứng minh d(A, SCD) = 2d(B, SCD)

b) - Dựng AD vuông góc với BC tại E.

- Dựng AD vuông góc với SE tại F.

- Chứng minh d(AD, (SBC)) = AF.

Hướng dẫn giải:

a) Vì ABCD là nửa lục giác đều nội tiếp trong đường tròn đường kính AD = 2a nên ta có:

AD // BC và AB = BC = CD = a, đồng thời ACCD,ABBD,AC=BD=a3.

Như vậy:

CDACCDSA}CD(SAC)

Trong mặt phẳng (SAC) dựng AH ⊥ SC tại H ta có AH ⊥ CD và AH ⊥ SC nên AH ⊥ (SCD)

Vậy AH = d(A,(SCD))

Xét tam giác SAC vuông tại A có AH là đường cao, ta có:

1AH2=1SA2+1AC2=1(a6)2+1(a3)2=12a2

Vậy AH2=2a2AH=a2

Gọi I là trung điểm của AD ta có BI // CD nên BI song song với mặt phẳng (SCD).

Từ đó suy ra d(B,(SCD))=d(I,(SCD)).

Mặt khác AI cắt (SCD) tại D nên

d(I,(SCD))=12d(A,(SCD))=12.a2=a22

Do đó: d(B,(SCD))=a22

b) Vì AD // BC nên AD // SBC, do đó d(AD,(SBC))=d(A,(SBC))

Dựng ADBC tại EBC(SAE)

Dựng ADSE tại F ta có:

AFSEAFBC(vìBC(SAE))}AF(SBC)

Vậy AF=d(A,(SBC))=d(AD,(SBC))

Xét tam giác vuông AEB ta có: AE=ABsinABE^=asin600=a32

Xét tam giác SAE vuông tại A ta có:

1AF2=1SA2+1AE2=1(a6)2+1(a32)=96a2

Do đó AF2=6a29AF=a63

Vậy d(AD,(SBC))=AF=a63

5. Giải bài 3.37 trang 162 SBT Hình học 11

Tính khoảng cách giữa hai cạnh đối trong một tứ diện đều cạnh a. 

Phương pháp giải:

Khoảng cách giữa hai cạnh đối bằng độ dài đoạn thẳng nói trung điểm hai cạnh đó.

Hướng dẫn giải:

Giả thiết cho ABCD là tứ diện đều nên các cặp cạnh đối diện của tứ diện đó có vai trò như nhau.

Do đó ta chỉ cần tính khoảng cách giữa hai cạnh AB và CD là đủ. 

Gọi I và K lần lượt là trung điểm của AB và CD.

Tam giác BCD và ACD đều cạnh a nên hai đường trung tuyến BK=AK=a32 

Hay tam giác ABK cân tại K.

I là trung điểm AB nên KIAB.

Tương tự ta có IKCD.

Do đó IK là đoạn vuông góc chung của AB và CD nên nó chính là khoảng cách giữa AB và CD.

Tam giác BKI vuông tại I. Ta có:

IK2=BK2BI2=(a32)2(a2)2=a22

Vậy IK=a22.

6. Giải bài 3.38 trang 162 SBT Hình học 11

Tính khoảng cách giữa hai cạnh AB và CD của hình tứ diện ABCD biết rằng AC=BC=AD=BD=a và AB = p, CD = q.

Phương pháp giải:

Khoảng cách giữa hai cạnh AB và CD bằng độ dài đoạn thẳng nói trung điểm hai cạnh đó.

Hướng dẫn giải:

Gọi I và K lần lượt là trung điểm của AB và CD.

Ta có: ΔACD=ΔBCD(ccc)nên AK = BK (hai đường trung tuyến tương ứng)

ΔABK cân tại K có I là trung điểm AB nên KIAB.

Tương tự ta có IKCD nên IK là đoạn vuông góc chung của AB, CD.

Độ dài đoạn IK là khoảng cách cần tìm:

IK2=BK2BI2=BK2p24

Mà BK2=BC2CK2=a2q24

Vậy IK2=a2p2+q24

Do đó IK=124a2(p2+q2) với điều kiện 4a2(p2+q2)>0.

7. Giải bài 3.38 trang 162 SBT Hình học 11

Hình chóp tam giác đều S.ABC có cạnh đáy bằng 3a, cạnh bên bằng 2a. Gọi G là trọng tâm của tam giác đáy ABC.

a) Tính khoảng cách từ S tới mặt phẳng đáy (ABC).

b) Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng AB và SG

Phương pháp giải:

a) - d(S, (ABC) = SG

- Áp dụng định lý Pytago trong tam gác SAG để tính SG.

b) - d(AB, HG) = GH.

- Áp dụng tính chất trọng tâm để tính GH.

Hướng dẫn giải:

a) SG là trục đường tròn ngoại tiếp tam giác đều ABC nên SG ⊥ (ABC). Ta có 

SG2=SA2AG2=(2a)2[23(3a32)]2=4a23a2=a2

Vậy khoảng cách từ S tới mặt phẳng (ABC) là độ dài của đoạn SG = a

b) Ta có CG ⊥ AB tại H.

Vì GH là đoạn vuông góc chung của AB và SG

Do đó HG=13HC mà HC=3a32 nên HG=a32.

8. Giải bài 3.40 trang 162 SBT Hình học 11

Cho hình lăng trụ tam giác ABC.A’B’C’có tất cả các cạnh bên và cạnh đáy đều bằng a. Các cạnh bên của lăng trụ tạo với mặt phẳng đáy góc 60° và hình chiếu vuông góc của đỉnh A lên mặt phẳng (A’B’C’) trùng với trung điểm của cạnh B’C’.

a) Tính khoảng cách giữa hai mặt phẳng đáy của lăng trụ

b) Chứng minh rằng mặt bên BCC’B’ là một hình vuông.

Phương pháp giải:

a) Gọi I là trung điểm của B'C'. Chứng minh khoảng cách cần tìm là đoạn AI.

b) Chứng minh BCC'B' là hình thoi có một góc vuông → hình vuông.

Hướng dẫn giải:

a) Gọi I là trung điểm của cạnh B’C’.

Theo giả thiết ta có AI ⊥ (A’B’C’) và AAI^=600.

Ta có:  (ABC) // (A’B’C’).

Nên khoảng cách giữa hai mặt phẳng chính là khoảng cách AI.

Do đó AI=AA.sin600=a.32=a32

b)

BCAIBCAI}BC(AIA) BCAA

Mà AA' // BB' // CC' nên B’C’ ⊥ BB’

Vậy mặt bên BCC’B’ là một hình vuông vì nó là hình thoi có một góc vuông.

Ngày:27/10/2020 Chia sẻ bởi:

CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM