Chuyên đề Khoảng cách 2023 hay, chọn lọc

Chuyên đề Khoảng cách

Phần 1: Cách tính khoảng cách từ một điểm đến một đường thẳng cực hay

A. Phương pháp giải

– Để tính khoảng cách từ điểm M đến đường thẳng Δ ta cần xác định được hình chiếu H của điểm M trên đường thẳng Δ. Khi đó MH chính là khoảng cách từ M đến đường thẳng. Điểm H thường được dựng theo hai cách sau:

   + Trong mp(M; Δ) vẽ MH vuông góc Δ ⇒ d(M; Δ) = MH

   + Dựng mặt phẳng (α) qua M và vuông góc với Δ tại H ⇒ d(M; Δ) = MH.

– Hai công thức sau thường được dùng để tính MH:

   + Tam giác AMB vuông tại M và có đường cao AH thì 

   + MH là đường cao của tam giác MAB thì 

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho hình chóp tam giác S.ABC với SA vuông góc với (ABC) và SA = 3a. Diện tích tam giác ABC bằng 2a²; BC = a. Khoảng cách từ S đến BC bằng bao nhiêu?

A. 2a               B. 4a               C.3a               D. 5a

Hướng dẫn giải

+ Kẻ AH vuông góc với BC

Ta có: SA ⊥ (ABC) ⇒ SA ⊥ BC

Lại có: AH ⊥ BC nên BC ⊥ (SAH)

⇒ SH ⊥ BC và khoảng cách từ S đến BC chính là SH

+ Ta có tam giác vuông SAH vuông tại A nên ta có

Chọn D

Ví dụ 2: Cho hình chóp ABCD có cạnh AC ⊥ (BCD) và BCD là tam giác đều cạnh bằng a. Biết AC = a√2 và M là trung điểm của BD. Khoảng cách từ C đến đường thẳng AM bằng

Hướng dẫn giải

+ Do tam giác BCD đều cạnh a nên đường trung tuyến CM đồng thời là đường cao và MC = a√3/2

+ Ta có: AC ⊥ (BCD) ⇒ AC ⊥ CM

Gọi H là chân đường vuông góc kẻ từ C đến AM

Ta có: 

Chọn đáp án C

Ví dụ 3: Cho tứ diện SABC trong đó SA; SB; SC vuông góc với nhau từng đôi một và SA = 3a; SB = a; SC = 2a. Khoảng cách từ A đến đường thẳng BC bằng:

Hướng dẫn giải

Chọn đáp án B

Xét trong tam giác SBC vuông tại S có SH là đường cao ta có:

+ Ta dễ chứng minh được AB ⊥ (SBC) ⊃ SH ⇒ AS ⊥ SH

⇒ tam giác SAH vuông tại S.

Áp dụng định lsi Pytago trong tam giác ASH vuông tại S ta có:

Chọn B

Ví dụ 4: Cho hình chóp A.BCD có cạnh AC ⊥ (BCD) và BCD là tam giác đều cạnh bằng a . Biết AC = a√2 và M là trung điểm của BD . Khoảng cách từ A đến đường thẳng BD bằng:

Hướng dẫn giải

Chọn D

Ta có: 

(Định lý 3 đường vuông góc)

⇒ d(A, BD) = AM, CM = a√3/2 (vì tam giác BCD đều).

+ AC vuông góc ( BCD) nên AC vuông góc CM hay tam giác ACM vuông tại C.

⇒ 

Ví dụ 5: Cho hình chóp S.ABCD có SA ⊥ (ABCD) , đáy ABCD là hình thoi cạnh bằng a và ∠B = 60° . Biết SA = 2a. Tính khoảng cách từ A đến SC.

Hướng dẫn giải

Chọn C

Kẻ AH ⊥ SC, khi đó d(A; SC) = AH

+ Do ABCD là hình thoi cạnh bằng a và ∠B = 60° nên tam giác ABC đều ⇒ AC = a

+ Do SA vuông góc (ABCD) nên SA vuông góc AC hay tam giác SAC vuông tại A.

Trong tam giác vuông ta có:

Ví dụ 6: Cho hình chóp S. ABCD có SA ⊥ (ABCD) ; SA = 2a, ABCD là hình vuông cạnh bằng a. Gọi O là tâm của ABCD, tính khoảng cách từ O đến SC.

Hướng dẫn giải

Chọn A

+ Kẻ OH ⊥ SC , khi đó d(O; SC) = OH

+ Ta có: ΔSAC ∼ ΔOHC (g.g) (g-g) nên

Ví dụ 7: Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD có cạnh đáy bằng a và góc hợp bởi một cạnh bên và mặt đáy bằng α. Khoảng cách từ tâm của đáy đến một cạnh bên bằng

Hướng dẫn giải

Chọn D

+ Gọi O là tâm của hình vuông ABCD.

+ Do S.ABCD là hình chóp tứ giác đều nên SO ⊥ (ABCD)

+ Theo giả thiết góc giữa cạnh bên và mặt đáy là α nên : ∠SDO = α

Kẻ OH ⊥ SD, khi đó d(O, SD) = OH

Ta có: BD = a√a nên OD = (1/2)BD = (1/2).a√2 = (a√2)/2

+ Xét tam giác vuông OHD:

OH = OD.sinα = (a√2/2).sinα

Phần 2: Cách tính khoảng cách từ một điểm đến một mặt phẳng (sử dụng hình chiếu) hay, chi tiết

A. Phương pháp giải

Để tính được khoảng từ điểm A đến mặt phẳng (α) thì điều quan trọng nhất là ta phải xác định được hình chiếu của điểm A trên (α)

Cho trước SA ⊥ Δ; trong đó S ∈ (α) và Δ ⊂ (α)

Bước 1: Dựng AK ⊥ Δ ⇒ Δ ⊥ (SAK) ⇒(α) ⊥ (SAK) và (α) ∩ (SAK) = SK

Bước 2: Dựng AP ⊥ SK ⇒ AP ⊥ (α) ⇒ d(A, (α)) = AP

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Trong mặt phẳng (P) cho tam giác đều ABC cạnh a. Trên tia Ax vuông góc với mặt phẳng (P) lấy điểm S sao cho SA = a . Khoảng cách từ A đến (SBC) bằng

Hướng dẫn giải

– Gọi M là trung điểm của BC , H là hình chiếu vuông góc của A trên SM

– Ta có BC ⊥ AM ( trong tam giác đều đường trung tuyến đồng thời là đường cao). Và BC ⊥ SA ( vì SA vuông góc với (ABC)). Nên BC ⊥ (SAM) ⇒ BC ⊥ AH

Mà AH ⊥ SM, do đó AH ⊥ (SBC)

Chọn đáp án C

Ví dụ 2: Cho hình chóp S.ABCD có SA ⊥ (ABCD), đáy ABCD là hình chữ nhật. Biết AD = 2a; SA = a. Khoảng cách từ A đến (SCD) bằng:

Hướng dẫn giải

SA ⊥ (ABCD) nên SA ⊥ CD, AD ⊥ CD

Suy ra (SAD) ⊥ CD

Trong ( SAD) kẻ AH vuông góc SD tại H

Khi đó AH ⊥ (SCD)

Chọn đáp án C

Ví dụ 3: Hình chóp đều S.ABC có cạnh đáy bằng 3a cạnh bên bằng 2a. Khoảng cách từ S đến (ABC) bằng :

A. 2a                 B. a√3                  C. a                 D. a√5

Hướng dẫn giải

+ Gọi O là trọng tâm tam giác ABC.Do tam giác ABC đều nên O là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC

+ Ta có: SA = SB = SC và OA = OB = OC nên SO là trục đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC. Do đó SO ⊥ (ABC)

Chọn đáp án C

Ví dụ 4: Cho hình chóp S.ABC trong đó SA; AB; BC vuông góc với nhau từng đôi một. Biết SA = a√3, AB = a√3 . Khoảng cách từ A đến (SBC) bằng:

Hướng dẫn giải

Chọn D

Kẻ AH ⊥ SB

Ta có: 

Lại có: AH ⊥ SB nên AH ⊥ (SBC)

⇒ d(A; (SBC)) = AH

Trong tam giác vuông SAB ta có:

Ví dụ 5: Cho hình chóp S.ABCD có SA ⊥ (ABCD) , đáy ABCD là hình chữ nhật. Biết AD = 2a; SA = a. Khoảng cách từ A đến (SCD) bằng:

Hướng dẫn giải

Chọn C

Kẻ AH ⊥ SD

Ta có:  nên CD ⊥ (SAD) ⇒ CD ⊥ AH     (1)

Lại có; AH vuông góc SD (2)

Từ (1); (2) ⇒ AH ⊥ (SCD) và d(A, (SCD)) = AH

Trong tam giác vuông SAD ta có:

Ví dụ 6: Cho hình chóp tam giác đều S.ABC cạnh đáy bằng 2a và khoảng cách từ S đến mặt phẳng đáy bằng a√3. Tính khoảng cách từ tâm O của đáy ABC đến một mặt bên:

Hướng dẫn giải

Chọn C

+ Gọi O là trọng tâm của tam giác ABC

Suy ra: OA = OB = OC (do tam giác ABC là tam giác đều)

Lại có: SA = SB = SC (vì S.ABC là hình chóp đều)

⇒ SO là trục của đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC nên SO ⊥ (ABC) và SO = a√3

+ Gọi M là trung điểm của BC

Kẻ OH ⊥ SM, ta có

nên suy ra d(O; (SBC)) = OH.

Ta có: OM = (1/3).AM = (a√3)/3

Xét tam giác vuông SOM đường cao OH có:

Phần 3: Cách tính khoảng cách từ một điểm đến một mặt phẳng (dùng quan hệ song song) hay, chi tiết

A. Phương pháp giải

TH1: Dựng đường thẳng AH // (α) .

Lúc đó: d(A, (α)) = d(H, (α))

TH2: Dựng đường thẳng AH, AH ∩ (α) = {I} .

Lúc đó: 

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho hình chóp S.ABCD có SA ⊥ (ABCD) đáy ABCD là hình chữ nhật. Biết AD = 2a; SA = a . Khoảng cách từ B đến (SCD) bằng:

Hướng dẫn giải

Ta có; AB // CD nên d(B, (SCD))= d(A; (SCD)).

Ta tính khoảng cách từ A đến (SCD) :

SA ⊥ (ABCD) nên SA ⊥ CD; AD ⊥ CD

Suy ra (SAD) ⊥ CD

Trong (SAD) kẻ AH vuông góc SD tại H .

Khi đó AH ⊥ (SCD)

Chọn đáp án C

Ví dụ 2: Cho hình chóp tam giác đều S.ABC cạnh đáy bằng 2a và khoảng cách từ S đến mặt phẳng đáy bằng a√3. Tính khoảng cách từ A đến mp (SBC)

Hướng dẫn giải

Chọn C

+ Gọi O là trọng tâm của tam giác ABC

Suy ra: OA = OB = OC (do tam giác ABC là tam giác đều).

Lại có: SA = SB = SC ( vì S.ABC là hình chóp đều)

⇒ SO là trục của đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC nên SO ⊥ (ABC) và SO = a√3

+ Gọi M là trung điểm của BC.

Kẻ OH ⊥ SM, ta có

Xét tam giác vuông SOM đường cao OH có:

AO cắt (SBC) tại M và AM = 3OM nên d(A, (SBC))= 3.d(O; (SBC)) = 3OH.

Chọn D

Ví dụ 3: Cho hình chóp S.ABC có đáy là tam giác ABC cân tại A, AB = AC = a, ∠BAC = 120°. Hình chiếu vuông góc của đỉnh S trên mặt phẳng (ABC) trùng với trọng tâm G của tam giác ABC. Cạnh bên SC tạo với mặt phẳng đáy một góc α sao cho tanα = 3/√7. Khoảng cách từ điểm C đến mặt phẳng (SAB) tính theo a bằng

Hướng dẫn giải

Chọn B

Ta có:

Gọi H là hình chiếu của J lên AB

Gọi Z là hình chiếu của G lên AB

Gọi I là hình chiếu của G lên SZ.

+ Áp dụng định lí cosin trong tam giác, ta có:

+ áp dụng hệ quả định lí Ta-let cho tam giác BJH

+ Do G là trọng tâm tam giác ABC nên:

Ví dụ 4: Cho hình chóp tam giác đều S.ABC có cạnh đáy bằng a. Góc giữa cạnh bên và mặt đáy bằng 60°. Gọi M, N lần lượt là trung điểm của các cạnh AB, BC. Khoảng cách từ điểm C đến mặt phẳng (SMN) tính theo a bằng

Hướng dẫn giải

Chọn C

Gọi G là trọng tâm tam giác ABC

DO hình chóp S.ABC là hình chóp tam giác đều nên SG ⊥ (ABC)

Theo giả thiết góc giữa cạnh bên và mp (ABC) là 60° nên ∠SCG = 60°

Xét tam giác CAM có CM = CA.sin60° = (a√3)/2 và CG = 2/3.CM = (a√3)/3

Trong tam giác SGC vuông tại G suy ra SG = GC.tanC = GC√3 = ((a√3)/3).√3 = a

Gọi E, F lần lượt là hình chiếu của G trên MN và SE.

Khi đó d(C, (SMN)) = 3 d(G; (SMN))= 3 GF

Ta có :

Trong tam giác SGE vuông tại H suy ra

Ví dụ 5: Cho hình chóp S. ABCD có đáy ABCD là hình chữ nhật tâm I, AB = a, BC = a√3, tam giác SAC vuông tại S. Hình chiếu vuông góc của S xuống mặt phẳng đáy trùng với trung điểm H của đoạn AI. Khoảng cách từ điểm C đến mặt phẳng (SAB) tính theo a bằng

Hướng dẫn giải

Chọn A

Phần 4: Cách tính khoảng cách giữa đường thẳng và mặt phẳng song song cực hay

A. Phương pháp giải

Cho đường thẳng d // (P); để tính khoảng cách giữa d và (P) ta thực hiện các bước:

   + Bước 1: Chọn một điểm A trên d, sao cho khoảng cách từ A đến (P) có thể được xác định dễ nhất.

   + Bước 2: Kết luận: d(d; (P)) = d(A; (P)).

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho hình chóp S. ABCD có SA ⊥ (ABCD), đáy ABCD là hình thang vuông tại A và B; AB = a. Gọi I và J lần lượt là trung điểm của AB và CD. Tính khoảng cách giữa đường thẳng IJ và (SAD)

Hướng dẫn giải

Chọn C

Ta có: I và J lần lượt là trung điểm của AB và CD nên IJ là đường trung bình của hình thang ABCD

Ví dụ 2: Cho hình thang vuông ABCD vuông ở A và D; AD = 2a. Trên đường thẳng vuông góc tại D với (ABCD) lấy điểm S với SD = a√2. Tính khỏang cách giữa đường thẳng CD và (SAB).

Hướng dẫn giải

Chọn A

Vì DC // AB nên DC // (SAB)

⇒ d(DC; (SAB)) = d(D; (SAB))

Kẻ DH ⊥ SA

Do AB ⊥ AD và AB ⊥ SA nên AB ⊥ (SAD)

⇒ DH ⊥ AB lại có DH ⊥ SA

⇒ DH ⊥ (SAB)

Nên d(CD; (SAB)) = DH.

Trong tam giác vuông SAD ta có:

Ví dụ 3: Cho hình chóp O.ABC có đường cao OH = 2a/√3 . Gọi M và N lần lượt là trung điểm của OA và OB. Khoảng cách giữa đường thẳng MN và (ABC) bằng:

Hướng dẫn giải

Chọn D

Vì M và N lần lượt là trung điểm của OA và OB nên

MN // AB

⇒ MN // (ABC)

Khi đó, ta có:

(vì M là trung điểm của OA).

Ví dụ 4: Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD có AB = SA = 2a . Khoảng cách từ đường thẳng AB đến (SCD) bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Gọi O là giao điểm của AC và BD; gọi I và M lần lượt là trung điểm cạnh AB và CD. Khi đó; IM // AD //BC

Do S.ABCD là hình chóp tứ giác đều có O là tâm của hình vuông nên SO ⊥ (ABCD) .

+ Do tam giác SAB là đều cạnh 2a

Chọn đáp án D

Phần 5: Cách tính khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song cực hay

A. Phương pháp giải

Cho hai mặt phẳng (P) và (Q) song song với nhau. Để tính khoảng cách giữa (P) và (Q) ta thực hiện các bước:

   + Bước 1: Chọn một điểm A trên (P) sao cho khoảng cách từ A đến (Q) có thể được xác định dễ nhất.

   + Bước 2: Kết luận: d((P); (Q)) = d(A; (Q)).

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho hình lăng trụ tứ giác đều ABCD.A’B’C’D’ có cạnh đáy bằng a. Gọi M, N, P lần lượt là trung điểm của AD, DC, A’D’. Tính khoảng cách giữa hai mặt phẳng(MNP) và (ACC’).

Hướng dẫn giải

Chọn D

Ta có: M và N lần lượt là trung điểm của AD và CD nên MN là đường trung bình của tam giác ADC.

⇒ MN // AC    (1)

+ Do M; P lần lượt là trung điểm của AD và A’D’ nên MP // AA’ // DD’

Lại có: CC’ // AA’ nên MP // CC’   (2)

Từ (1) và (2) suy ra: ( MNP) // (ACC’)

+ Gọi O là giao điểm của A’C’ và B’D’. Do ABCD.A’B’C’D’ là hình lăng trụ tứ giác đều nên D’O ⊥ (AA’C’C) và d(D’; (ACC’)) = D’O.

Ví dụ 2: Cho hình lăng trụ tam giác ABC.A’B’C’ có các cạnh bên hợp với đáy những góc bằng 60°, đáy ABC là tam giác đều và A’ cách đều A, B; C. Tính khoảng cách giữa hai đáy của hình lăng trụ.

Hướng dẫn giải

Chọn A

+ Vì tam giác ABC đều và AA’ = BA’ = CA’ (giả thiết) nên A’.ABC là hình chóp đều.

Gọi A’H là chiều cao của lăng trụ, suy ra H là trọng tâm tam giác ABC

Lăng trụ ABC.A’B’C’ có các cạnh bên hợp với đáy góc 60° nên ∠A’AH = 60°.

+ Xét tam giác AHA’ có: A’H = AH.tan60° = ((a√3)/3).√3 = a

+ lại có; (ABC) // (A’B’C’) ( định nghĩa hình lăng trụ) nên d((ABC), (A’B’C’)) = d( A’, (ABC)) = A’H = a

Ví dụ 3: Cho hình lăng trụ tam giác ABC.A’B’C’ có cạnh bên bằng a. Các cạnh bên của lăng trụ tạo với mặt đáy góc 60°. Hình chiếu vuông góc của A’lên mặt phẳng (ABC) là trung điểm của BC. Khoảng cách giữa hai mặt đáy của lăng trụ bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Gọi H là trung điểm của BC ⇒ A’H ⊥ (ABC). Các cạnh bên của lăng trụ tạo với mặt đáy là 60° nên ∠A’AH = 60°

+ Xét tam giác A’HA vuông tại H ta có: A’H = AA’.sin60° = (a√3)/2.

+ Do (ABC) // ( A’B’C’) (định nghĩa hình lăng trụ) nên d((ABC); (A’B’C’)) = d(A’; (ABC)) = A’H = (a√3)/2

Chọn đáp án A

Ví dụ 4: Cho hình lăng trụ ABC.AB’C’ có tất cả các cạnh đều bằng a. Góc tạo bởi cạnh bên và mặt phẳng đáy bằng 30°. Hình chiếu H của A trên mặt phẳng (A’B’C’) thuộc đường thẳng B’C’. Khoảng cách giữa hai mặt phẳng đáy là:

Hướng dẫn giải

+ Do hình lăng trụ ABC.A’B’C’ có tất cả các cạnh đều bằng a nên AB’ = AC’.

⇒ tam giác AB’C’ là tam giác cân có AH là đường cao nên đồng thời là đường trung tuyến (do AH ⊥ (A’B’C’)

⇒ HB’ = HC’ và A’H = AC.sin60° = (a√3)/2

+ Do góc tạo bởi cạnh bên và mặt phẳng đáy bằng 30° và có AH ⊥ (A’B’C’) nên ∠AA’H = 30°

Xét tam giác AA’H vuông tại H có:

AH = A’H.tan(AA’H) = (a√3)/2.tan30° = a/2

Chọn đáp án C

Ví dụ 5: Cho hình lập phương ABCD.A’B’C’D; cạnh a. Khoảng cách giữa (AB’C) và (A’DC’) bằng :

Hướng dẫn giải

+ Xét hai mp(AB’C) và (A’DC’) có:

+ Gọi O’ là tâm của hình vuông A’B’C’D’. Gọi I là hình chiếu của D’ trên O’D suy ra I là hình chiếu của D’ trên (A’DC’)

ta có: B’D’ = a√2 và O’D’ = (1/2)B’D’ = (a√2)/2

+ xét tam giác O’D’D vuông tại D’ có:

Vậy d((AB’C) ; (A’DC’)) = (a√3)/3

Chọn đáp án D

Phần 6: Cách tìm Đoạn vuông góc chung của hai đường thẳng chéo nhau

A. Phương pháp giải

* Dựng đoạn vuông góc chung và tính độ dài đoạn đó.

Trường hợp 1: Δ và Δ’ vừa chéo nhau vừa vuông góc với nhau

+ Bước 1: Chọn mặt phẳng (α) chứa Δ’ và vuông góc với Δ tại I .

+ Bước 2: Trong mặt phẳng (α) kẻ IJ ⊥ Δ’

Khi đó IJ là đoạn vuông góc chung và d(Δ, Δ’) = IJ.

Trường hợp 2: Δ và Δ’ chéo nhau mà không vuông góc với nhau

+Bước 1: Chọn mặt phẳng (α) chứa Δ’ và song song với Δ.

+ Bước 2: Dựng d là hình chiếu vuông góc của Δ xuống (α) bằng cách lấy điểm M ∈ Δ dựng đoạn MN ⊥ (α), lúc đó d là đường thẳng đi qua N và song song với Δ.

+ Bước 3: Gọi H = d ∩ Δ’ , dựng HK // MN

Khi đó HK là đoạn vuông góc chung và d(Δ, Δ’) = HK = MN

Hoặc

Bước 1: Chọn mặt phẳng (α) ⊥ Δ tại I .

Bước 2: Tìm hình chiếu d của Δ’ xuống mặt phẳng (α).

Bước 3: Trong mặt phẳng (α), dựng IJ ⊥ d, từ J dựng đường thẳng song song với Δ cắt Δ’ tại H , từ H dựng HM // IJ.

Khi đó HM là đoạn vuông góc chung và d(Δ, Δ’) = HM = IJ.

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông tâm O; SA vuông góc với đáy (ABCD). Gọi K; H theo thứ tự là hình chiếu vuông góc của A và O lên SD Chọn khẳng định đúng trong các khẳng định sau?

A. Đoạn vuông góc chung của AC và SD là AK

B. Đoạn vuông góc chung của AC và SD là CD

C. Đoạn vuông góc chung của AC và SD là OH

D. Các khẳng định trên đều sai

Hướng dẫn giải

+ Ta xét các phương án:

– Phương án A:

Giả sử AK ⊥ AC, do AK ⊥ AB ⇒ AK ⊥ (ABC)

⇒ AK ≡ SA ( vì SA ⊥ (ABC)) ⇒ SA ⊥ SD ⇒ ΔSAD có 2 góc vuông (vô lý)

– Phương án B:

Theo tính chất của hình vuông thì AC và CD không vuông góc với nhau nên đoạn vuông góc chung của AC và SD không phải CD.

– Phương án C:

Giả sử AC ⊥ OH, do AC ⊥ BD ⇒ AC ⊥ (SBD) ⇒ AC ⊥ SO

Lại có: SA ⊥ AC ⇒ vô lý.

⇒ Đoạn vuông góc chung của AC và SD không phải là OH.

Chọn đáp án D

Ví dụ 2: Cho tứ diện đều ABCD có cạnh bằng a. Tính khoảng cách giữa AB và CD.

Hướng dẫn giải

Chọn C

Gọi M và N lần lượt là trung điểm của AB và CD

+ Xét tam giác ACD đều có NA là đường trung tuyến đồng thời là đường cao nên NA = (a√3)/2.

Tương tự: NB = (a√3)/2.

⇒ NA = NB nên tam giác ANB cân tại N

suy ra đường trung tuyến NM đồng thời là đường cao: NM ⊥ AB

+ Chứng minh tương tự ta có NM ⊥ DC, nên d(AB; CD) = MN.

Ví dụ 3: Cho hình chóp S.ABCD có mặt đáy là hình thoi tâm O, cạnh a và ∠BAD = 60° và SO = 3a/4. Biết SA = SC và SB = SD. Hỏi khoảng cách giữa SA và BD bằng bao nhiêu ?

Hướng dẫn giải

+ Vì SA = SC nên tam giác SAC cân tại S ⇒ SO ⊥ AC

Vì SB = SD nên tam giác SBD cân tại S ⇒ SO ⊥ BD.

+ Ta có:

Trong mp(SAC) , kẻ OH ⊥ SA (H ∈ SA). Ta chứng minh OH là đoạn vuông góc chung của SA và BD

Ta có: OH ⊥ SA (cách dựng) và OH ⊥BD ( vì BD⊥( SAC)

⇒ OH là đoạn vuông góc chung của SA và BD. Do đó: d(SA; DB) = OH.

Ta có: Tam giác ABD cân tại A có góc A bằng 60° nên tam giác ABD đều cạnh a.

+ Tam giác SOA vuông tại O, có OH là đường cao, ta có:

Chọn B

Ví dụ 4: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình chữ nhật với AC = a√5; BC = a√2. Đường thẳng SA vuông góc với mặt phẳng đáy. Tính khoảng cách giữa SD và BC

Hướng dẫn giải

Ta tìm đoạn vuông góc chung của SD và BC:

Lại có; DC ⊥ BC nên DC là đoạn vuông góc chung của SD và BC

⇒ d(SD; BC) = DC.

Áp dụng định lí Pyta go vào tam giác vuông ABC có

Chọn đáp án D

Ví dụ 5: Cho tứ diện đều ABCD cạnh a. Khoảng cách giữa hai đường thẳng AB và CD bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Gọi M; N lần lượt là trung điểm các cạnh CD và AB.

Ta chứng minh MN là đoạn vuông góc chung của AB và CD.

+ Do ABCD là tứ diện đều nên ΔACD = ΔBCD

⇒ AM = BM

⇒ Tam giác MAB cân tại M có MN là đường trung tuyến nên đồng thời là đường cao.

⇒ MN ⊥ AB

+ Chứng minh tương tự ta có: MN ⊥ CD

⇒ MN là đoạn vuông góc chung của AB và CD.

⇒ d( AB; CD) = MN

+ Ta có: NB = AB/2 = a/2.

Tam giác BCD đều cạnh a nên BM = BC.sin60° = (a√3)/2

Chọn đáp án B

Ví dụ 6: Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A’B’C’D’ có AB = AA’ = a và AC = 2a. Tính khoảng cách giữa AC’ và CD’

Hướng dẫn giải

Ta có hình chiếu của AC’ trên mặt phẳng (DCC’D’) là DC’ ⊥ D’C nên AC’ ⊥ D’C

⇒ D’C ⊥ (ADC’B’) tại điểm H là trung điểm CD’.

Từ H ta kẻ HK ⊥ AC’

⇒ d(AC’; D’C) = HK (khi đó HK là đoạn vuông góc chung của AC’ và D’C)

Ta tính khoảng cách d từ điểm D đến đường thẳng AC’

+ Áp dụng định li Pytago với tam giác vuông ABC ta có

+ Áp dụng định lí pytago với tam giác vuông DCC’ ta có:

+ Xét tam giác ADC’ có:

Chọn đáp án D

Ví dụ 7: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông tâm O, cạnh a. Biết hai mặt bên (SAB) và (SAD) cùng vuông góc với mặt phẳng đáy và SA = a√2. Khoảng cách giữa BD và SC là

A. độ dài của đoạn thẳng OA.

B. Độ dài của đoạn thẳng BC.

C. khoảng cách từ điểm O đến cạnh SC.

D. Khoảng cách từ điểm S đến đoạn BD.

Hướng dẫn giải

+ Vì hai mặt bên (SAB) và (SAD) cùng vuông góc với mặt phẳng đáy, mà (SAB) ∩ (SAD) = SA

⇒ SA ⊥ (ABCD)

+ Ta có: BD ⊥ SA ( vì SA ⊥ (ABCD). Và BD ⊥ AC (vì ABCD là hình vuông)

⇒ BD ⊥ (SAC) tại O, mà SC ⊂ (SAC) nên d(BD; SC) = d(O; SC)

(Chú ý: trong mp(SAC) kẻ OH vuông góc SC thì OH chính là đoạn vuông góc chung của BD và SC) .

Chọn đáp án C

Phần 7: Đoạn vuông góc chung của hai đường thẳng chéo nhau trong không gian (dùng quan hệ song song)

A. Phương pháp giải

Để tính khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau ta có thể dùng một trong các cách sau:

* Phương pháp 1

Chọn mặt phẳng (α) chứa đường thẳng Δ và song song với Δ’. Khi đó d(Δ, Δ’) = d(Δ’, (α))

* Phương pháp 2

Dựng hai mặt phẳng song song và lần lượt chứa hai đường thẳng. Khoảng cách giữa hai mặt phẳng đó là khoảng cách cần tìm.

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho hình chóp S.ABCD có SA ⊥ (ABCD), đáy ABCD là hình chữ nhật với AC = a√5 và BC = a√2. Tính khoảng cách giữa SD và BC.

Hướng dẫn giải

Chọn D

Ta có: BC // AD (Tính chất hình chữ nhật) mà AD ⊂ (SAD)

⇒ BC // mp(SAD)

d(BC, SD) = d(BC, (SAD)) = d(B, SAD)

Vậy d(SD; BC) = AB = a√3

Ví dụ 2: Cho hình lập phương ABCD.A’B’C’D’ có cạnh bằng a. Khoảng cách giữa BB’ và AC bằng:

Hướng dẫn giải

Chọn C.

+ Ta có: BB’ // CC’ mà CC’ ⊂ (ACC’A’) nên: BB’ // (ACC’A’)

⇒ d( BB’; AC) = d( BB’; (ACC’A’) = d(B; (ACC’A’)

+ Gọi O là giao điểm của AC và BD

⇒ BO ⊥ (ACC’A’) ( tính chất hình lập phương )

Ví dụ 3: Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình thang vuông tại A và B; AB = BC = a và AD = 2a; SA vuông góc với mặt đáy và SA = a. Tính khoảng cách giữa SB và CD?

Hướng dẫn giải

Gọi H là trung điểm AD suy ra : AH = HD = a

+ Tứ giác HDCB có HD // BC và HD = BC = a

⇒ HDCB là hình bình hành.

⇒ CD // HB nên CD // mp(SHB)

+ Do H là trung điểm của AB và CD // (SHB) nên: d(CD; SB) = d(CD ;(SBH))= d(D; (SBH)) = d(A ;(SBH))

+ Tứ diện A. BHS có :

AB = AH = AS và AB ; AH ; SA đôi một vuông góc nên:

Vậy d(SB ; CD) = d( A, (SHB)) = (a√3)/3

Chọn đáp án C

Ví dụ 4: Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình vuông cạnh a. Đường thẳng SA vuông góc với mặt phẳng đáy, SA = a. Khoảng cách giữa hai đường thẳng SB và CD nhận giá trị nào trong các giá trị sau?

A. a                 B. a√2                 C. a√3                 D. 2a

Hướng dẫn giải

Ta có: CD // AB nên CD // (SAB)

⇒ d(CD; AB) = d(CD; (SAB)) = d(D; SAB)) = AD = a

(vì AD ⊥ AB và AD ⊥ SA nên AD ⊥ (SAB))

Chọn phương án A

Ví dụ 5: Cho tứ diện OABC trong đó OA; OB; OC đôi một vuông góc với nhau và OA = OB = OC = a. Gọi I là trung điểm BC. Khoảng cách giữa AI và OC bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Gọi J là trung điểm OB. Kẻ OH vuông góc AJ tại H

+ Tam giác AOJ vuông tại O , có OH là đường cao

+ Do I và J lần lượt là trung điểm của BC và BO nên IJ là đường trung bình của tam giác ABC và IJ // OC

Mà IJ ⊂ (AIJ) nên OC // (AIJ) .

+ Ta có 3 đường thẳng OA; OB; OC đôi một vuông góc nên OC ⊥ (OAB)

⇒ IJ ⊥ (OAB) và IJ ⊥ OH    (1)

Lại có: AJ ⊥ OH    (2)

Từ ( 1) và (2) suy ra: OH ⊥ (AIJ)

+ Khi đó; d(AI; OC) = d(OC; (AIJ)) = d(O; (AIJ)) = OH = a/√5

Chọn đáp án B

Ví dụ 6: Cho hình vuông ABCD và tam giác đều SAD nằm trong hai mặt phẳng vuông góc với nhau và AD = a. Tính khoảng cách giữa AD và SB

Hướng dẫn giải

Gọi E, F lần lượt là trung điểm AD và B.

+ Tam giác SAD là tam giác đều nên SE ⊥ AD   (1)

+ Lại có; hai mp(ABCD) và (SAD) cắt nhau theo giao tuyến AD và nằm trong hai mặt phẳng vuông góc với nhau   (2) .

Từ (1) và (2) suy ra: SE ⊥ (ABCD) .

+ Gọi H là hình chiếu vuông góc của E lên SF. Ta chứng minh EH ⊥ (SBC).

Thật vậy, ta có: EH ⊥ SF ( cách dựng) và EH ⊥ BC (do BC ⊥ (SEF)

⇒ EH ⊥ (SBC) .

+ Do AD // BC; SB ⊂ (SBC) và EH ⊥ (SBC)

⇒ d(AD: SB) = d(AD; (SBC) = d(E; (SBC)) = EH

+ Xét tam giác vuông SEF có:

trong đó: SE = a√3; EF = AB = a

⇒ EH = (a√21)/7

Chọn đáp án B

Ví dụ 7: Cho hình lập phương ABCD.A’B’C’D’ có cạnh bằng a. Khoảng cách giữa BB’ và AC bằng

Hướng dẫn giải

Gọi I là giao điểm của AC và BD.

+ Vì ABCD.A’B’C’D’ là hình lập phương nên BI ⊥ (AA’C’C).

+ Ta có: BD = BC√2 = a√2 nên IB = BD/2 = (a√2)/2

+ khi đó:

d(BB’; AC)= d(BB’;( AA’C’C) = IB = (a√2)/2

Chọn đáp án C

Ví dụ 8: Cho hình chóp S.ABC có đáy ABC là tam giác vuông tại B; AB = a cạnh bên SA vuông góc với đáy và SA = a√2. Gọi M là trung điểm của AB. Khoảng cách giữa SM và BC bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Gọi N là trung điểm của cạnh đáy AC.

+ Tam giác ABC có MN là đường trung bình nên MN // BC

⇒ BC // ( SMN) mà SM ⊂ (SMN) nên :

d(SM; BC) = d(BC; (SMN)) = d(B; (SMN)) = d(A; (SMN))

Gọi H là hình chiếu vuông góc của A trên đoạn SM.

+ Ta chứng minh: MN ⊥ (SAM):

Chọn đáp án A

Ví dụ 9: Cho lăng trụ tam giác đều ABC. A₁B₁C₁ có cạnh đáy bằng a, cạnh bên bằng b Tính khoảng cách giữa AB và CC₁

Hướng dẫn giải

Gọi M là trung điểm của AB

+ Ta có: CC₁ // AA₁ mà AA₁ ⊂ ( ABB₁A₁)

⇒ CC₁ // ( ABB₁A₁)

⇒ d(CC₁; AB) = d(CC₁; (ABB₁A₁)) = d(C; ( ABB₁A₁))

+ Ta chứng minh CM ⊥ (ABB₁A₁ ):

– Do tam giác ABC đều nên CM là đường trung tuyến đồng thời là đường cao: CM ⊥ AB.    (1)

– CM ⊥ AA₁( tính chất lăng trụ tam giác đều)   (2)

Mà AB và AA₁ (ABB₁A₁), kết hợp với (1) và (2) suy ra:

CM ⊥ (ABB₁A₁)

Đáp án B

Ví dụ 10: Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình vuông cạnh a, SD = a√17/2. Hình chiếu vuông góc H của đỉnh S lên mặt phẳng (ABCD) là trung điểm của cạnh AB. Gọi K là trung điểm của AD. Tính khoảng cách giữa hai đường SD và HK theo a

Hướng dẫn giải

+ Ta có: H và K lần lượt là trung điểm của AB và AD nên HK là đường trung bình của tam giác ABD

⇒ HK // BD ⇒ HK // (SBD)

⇒ d(SD; HK) = d(HK; (SBD)) = d(H, (SBD))

Kẻ HI ⊥ BD và HJ ⊥ SI

Chọn đáp án C

Ví dụ 11: Cho hình chóp tứ giác S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông tâm O, cạnh bằng 2a. Mặt bên SAB là tam giác đều, SI vuông góc với (SCD) và I là trung điểm AB. Khoảng cách giữa hai đường thẳng SO và AB là:

Hướng dẫn giải

Kẻ MN // AB ⇒ AB // (SMN)

⇒ d(SO; AB) = d(AB; (SMN)) = d(I, (SMN))

Ta có: AB ⊥ SI ⇒ MN ⊥ SI, AB ⊥ OI ⇒ MN ⊥ OI

⇒ MN ⊥ (SOI) ⇒ (SMN) ⊥ (SOI).

Kẻ IH ⊥ SO ⇒ IH ⊥ (SMN)

⇒ IH = d(I, (SMN))

+ Gọi J là trung điểm của CD

Chọn C

Ví dụ 12: Cho hình chóp S. ABC có đáy là tam giác ABC vuông tại C, AB = 5a, BC = 4a Cạnh SA vuông góc với đáy và góc giữa mặt phẳng (SBC) với mặt đáy (ABC) bằng 60° Gọi D là trung điểm của cạnh AB. Khoảng cách giữa hai đường thẳng SD và BC là:

Hướng dẫn giải

+ Gọi M là trung điểm AC , ta có DM là đường trung bình của tam giác ABC nên DM // BC

⇒ BC // (SMD) .

⇒ d(BC; SD) = d(C; (SMD)) = d(A; (SMD))

+ Kẻ AH ⊥ SM (H ∈ SM), ta có

Do góc giữa mặt phẳng (SBC) với mặt đáy (ABC) bằng 60° suy ra: ∠SCA = 60°.

Chọn A

Xem thêm