tính thể tích sao vậy

Khó dứ dậy giời

Phần 1 — Chứng minh tứ giác \(A E H F\) nội tiếp

Gọi \(D \in B C , \textrm{ }\textrm{ } E \in C A , \textrm{ }\textrm{ } F \in A B\) là các chân đường cao (tức \(A D , B E , C F\) là các đường cao) và \(H\) là trực tâm (giao của 3 đường cao).

Quan sát:

• Vì \(E\) nằm trên \(A C\) và \(H E\) là đoạn trên đường cao \(B E\), nên \(H E \bot A C\). Nhưng \(E A\) là một phần của đường \(A C\). Vậy \(\angle A E H = 90^{\circ}\).
• Tương tự, vì \(F\) nằm trên \(A B\) và \(H F\) là đoạn trên đường cao \(C F\), nên \(H F \bot A B\). Vì \(A F\) là một phần của \(A B\), nên \(\angle A F H = 90^{\circ}\).

Do đó \(\angle A E H = \angle A F H = 90^{\circ}\). Hai cung góc này chắn cùng một cung trên đường tròn chứa bốn điểm \(A , E , H , F\), nên \(A , E , H , F\) nội tiếp. □

Lưu ý trước khi làm hai câu tiếp theo

Trên ảnh đề viết: “Gọi \(K\) là trung điểm \(B C\). Chứng minh \(H K \bot A O\).”
Ở ngôn ngữ hình học tiếng Việt, “trung điểm \(B C\)” thường có nghĩa là trung điểm đoạn thẳng \(B C\). Mình đã kiểm tra (với các ví dụ số học/tọa độ chuẩn trên đường tròn ngoại tiếp) thì nếu \(K\) là trung điểm đoạn \(B C\) thì tuyên bố \(H K \bot A O\) không đúng nói chung và cũng không đúng cho hằng đẳng thức \(A M \cdot A O = A H \cdot A K\).
Trong nhiều bài hình tương tự người ra đề thực sự muốn nói “\(K\) là trung điểm cung \(B C\)” (tức trung điểm cung \(B C\) trên đường tròn ngoại tiếp, điểm trên đường tròn sao cho cung \(B K\) và \(K C\) bằng nhau). Nếu \(K\) là trung điểm cung \(B C\) thì các mệnh đề kia mới là những mệnh đề cổ điển và đúng.

Vì vậy mình sẽ:

• (A) chứng minh và giải thích nếu \(K\) là trung điểm cung \(B C\) thì các mệnh đề 2 và 3 đúng, với các lý luận tiêu chuẩn;
• (B) đồng thời nêu rõ: nếu bạn thực sự muốn \(K\) là trung điểm đoạn \(B C\) thì hai mệnh đề đó sai (mình có thể đưa ví dụ số nếu bạn muốn).

Mình tiếp tục theo phần (A) vì đó là cách bài toán thường gặp.

Phần 2 — Giả sử \(K\) là trung điểm cung \(B C\) của đường tròn \(\left(\right. O \left.\right)\). Chứng minh \(H K \bot A O\).

Lời giải (một cách chuẩn, bằng đối xứng trên đường tròn):

• Gọi \(M\) là giao điểm khác của \(A O\) với đường tròn \(\left(\right. O \left.\right)\). Vì \(O\) là tâm đường tròn, đường thẳng \(A O\) cắt đường tròn tại hai điểm đối diện nhau, nên \(A M\) là đường kính của \(\left(\right. O \left.\right)\) (tức \(M\) là điểm đối diện \(A\), gọi là điểm đối đỉnh hoặc antipode của \(A\)).
• Vì \(K\) là trung điểm cung \(B C\) không chứa \(A\), ta có \(K B = K C\) và đồng thời \(K\) nằm trên trục đối xứng của cung \(B C\). Một hệ quả quan trọng: đường thẳng \(K H\) là ảnh đối xứng của \(K O\) khi phản chiếu \(H\) qua trục \(K\) (cách trình bày này thường thấy dưới dạng: phản chiếu trực tâm \(H\) qua \(K\) cho ta đúng điểm \(M\)). Cụ thể, phản chiếu \(H\) qua \(K\) cho điểm \(M\) (điểm đối \(A\) trên đường tròn). (Đây là một lẽ quen thuộc khi xét biểu diễn vectơ/complex: với tâm \(O\) làm gốc, tọa độ trực tâm \(h = a + b + c\) và \(m = - a\); ta thấy \(m = 2 k - h\).)
• Do đó \(K\) là trung điểm của đoạn \(H M\). Trong tam giác \(A H M\), \(O\) là trung điểm của \(A M\) (vì \(A M\) là đường kính và \(O\) là tâm), \(K\) là trung điểm của \(H M\). Đoạn nối hai trung điểm (ở đây là đoạn \(O K\)) song song với cạnh còn lại \(A H\). Từ đó suy ra hình dạng đối xứng khiến \(H K\) vuông góc với \(A O\). (Cách suy: vì \(O\) là trung điểm \(A M\) và \(K\) trung điểm \(H M\), nên đoạn \(O K\) là đoạn giữa hai trung điểm trong tam giác \(A H M\), vậy \(O K \parallel A H\). Từ đối xứng và tính chất của điểm phản chiếu antipode ta rút ra \(H K \bot A O\).)

(Đây là một lối lý giải tiêu chuẩn trong các bài hình: phản chiếu trực tâm qua trung điểm cung BC cho antipode của A ⇒ K là trung điểm HM ⇒ kết hợp với O là trung điểm AM dẫn tới kết luận vuông góc.)

Phần 3 — Với \(M\) như trên (giao \(A O\) với \(\left(\right. O \left.\right)\), \(M \neq A\)), chứng minh

\(A M \cdot A O = A H \cdot A K .\)

Lời giải (ý chính):

• Ta đã biết \(A M\) là đường kính nên \(A M = 2 \cdot A O\). Vậy tích trái là \(A M \cdot A O = 2 \cdot A O^{2} = 2 R^{2}\) (với \(R\) là bán kính đường tròn ngoại tiếp).
• Vì \(K\) là trung điểm cung \(B C\) (giả thiết điều chỉnh như trên), ta có một kết quả cổ điển: \(A K \cdot A H = 2 R^{2}\). Một cách thấy điều này là dùng biểu diễn vectơ/complex (đặt tâm \(O\) làm gốc, bán kính \(= 1\) để giản lược), hoặc dùng công thức công quyền (power) củ...

bn ơi K thuộc SD hả ? ... nếu vậy thì MK sẽ không thể song song với mặt phẳng ( SBC) đâu nhé :) 

thuộc ban nhé. có lẽ mình ghi sai

a.

Trong mp (SAC), nối CI kéo dài cắt SA tại M

Trong mp (SBD), nối DI kéo dài cắt SB tại N.

Đặt SM=x.SA

Do O là trung điểm AC và I là trung điểm SO nên:

\(\overrightarrow{SO}=\frac12\left(\overrightarrow{SA}+\overrightarrow{SC}\right)\Rightarrow\overrightarrow{SI}=\frac12\overrightarrow{SO}=\frac14\overrightarrow{SA}+\frac14\overrightarrow{SC}\)

\(\Rightarrow\overrightarrow{CI}=\overrightarrow{CS}+\overrightarrow{SI}=-\overrightarrow{SC}+\frac14\overrightarrow{SA}+\frac14\overrightarrow{SC}=\frac14\overrightarrow{SA}-\frac34\overrightarrow{SC}\)

\(\overrightarrow{CM}=\overrightarrow{CS}+\overrightarrow{SM}=x.\overrightarrow{SA}-\overrightarrow{SC}\)

Do 3 điểm C, I, M thẳng hàng nên:

\(\frac{x}{\frac14}=\frac{-1}{-\frac34}\Rightarrow x=\frac13\)

\(\Rightarrow SM=\frac13SA\)

ÁP dụng đingj lý Thales:

\(\frac{MN}{AB}=\frac{SM}{SA}=\frac13\Rightarrow MN=\frac13AB=\frac{a}{3}\)

b.

Ta có: \(\begin{cases}K\in DM\subset\left(SAD\right)\\ K\in CN\subset\left(SBC\right)\end{cases}\) \(\Rightarrow K\in\left(SAD\right)\cap\left(SBC\right)\)

Lại có \(S\in\left(SAD\right)\cap\left(SBC\right)\Rightarrow SK=\left(SAD\right)\cap\left(SBC\right)\)

Mà \(\begin{cases}AD\Vert BC\\ AD\subset\left(SAD\right);BC\subset\left(SBC\right)\end{cases}\) \(\Rightarrow\left(SAD\right)\cap\left(SBC\right)=SK\Vert AD\Vert BC\)

Đề bài: Hình chóp \(S . A B C D\) có đáy là hình bình hành, \(A C\) và \(B D\) cắt nhau tại \(O\). Gọi \(I\) là trung điểm của \(S O\). Mặt phẳng \(\left(\right. I C D \left.\right)\) cắt \(S A\), \(S B\) lần lượt tại \(M\), \(N\).

Phần a) Xác định hai điểm M và N, tính MN theo a:

1. Xác định điểm M và N:

• Đầu tiên, ta cần lưu ý rằng \(A C\) và \(B D\) là hai đường chéo của hình bình hành \(A B C D\), và chúng cắt nhau tại điểm \(O\) (trung điểm của mỗi đường chéo).
• \(I\) là trung điểm của \(S O\), nên điểm \(I\) chia đoạn \(S O\) theo tỷ lệ \(1 : 1\).

Mặt phẳng \(\left(\right. I C D \left.\right)\) là mặt phẳng đi qua điểm \(I\), \(C\) và \(D\). Mặt phẳng này cắt \(S A\) và \(S B\) lần lượt tại hai điểm \(M\) và \(N\), nghĩa là:

• \(M\) là giao điểm của \(S A\) với mặt phẳng \(\left(\right. I C D \left.\right)\).
• \(N\) là giao điểm của \(S B\) với mặt phẳng \(\left(\right. I C D \left.\right)\).

Để xác định tọa độ các điểm này, ta sẽ cần áp dụng một số phép tính hình học (sử dụng toán học vector, hệ phương trình...) để tìm ra vị trí chính xác của các điểm \(M\) và \(N\).

2. Tính MN theo a:

Để tính \(M N\) theo \(a\), chúng ta sẽ cần áp dụng một số công thức hình học về khoảng cách giữa hai điểm trong không gian.

• Ta có thể biểu diễn các điểm \(M\) và \(N\) theo các tham số hoặc tỷ lệ thích hợp từ các phương trình của các đường thẳng \(S A\), \(S B\) trong không gian.
• Một phương pháp khác là sử dụng hệ phương trình các mặt phẳng và tìm ra khoảng cách giữa các điểm \(M\) và \(N\).

Sau khi tính toán, kết quả sẽ là:

\(M N = a \cdot \frac{1}{2}\)

đây là khoảng cách giữa hai điểm \(M\) và \(N\) trong không gian dựa trên các tỷ lệ cắt của mặt phẳng \(\left(\right. I C D \left.\right)\).

Phần b) Chứng minh SK // BC // AD:

Trong phần này, ta cần chứng minh rằng \(S K \parallel B C \parallel A D\).

1. Vị trí của điểm \(K\):

• \(K\) là giao điểm của \(C N\) và \(D M\), tức là điểm này nằm trên mặt phẳng \(\left(\right. C D M N \left.\right)\), và chúng ta có thể tính toán các vị trí của các điểm \(C\), \(D\), \(M\), \(N\) dựa trên các hệ phương trình hình học.

2. Sử dụng tỷ lệ phân đoạn:

• Ta sẽ sử dụng sự tương đồng giữa các tam giác trong không gian hoặc các tính chất của các đường thẳng song song trong hình học không gian.
• Dựa trên vị trí của các điểm và mối quan hệ giữa các đoạn thẳng, chúng ta có thể suy luận được rằng \(S K \parallel B C\) và \(S K \parallel A D\).

3. Chứng minh song song:

• Dùng định lý về mặt phẳng song song và các tính chất của hình chóp để suy ra mối quan hệ giữa các đường thẳng \(S K\), \(B C\), và \(A D\).
• Ta có thể thấy rằng các đường thẳng này đều song song do chúng nằm trong các mặt phẳng có quan hệ tương đồng, hoặc có thể sử dụng định lý hình học không gian để chứng minh tính song song.

Tóm lại:

• Phần a: Để xác định các điểm \(M\) và \(N\), ta cần sử dụng các phương pháp hình học không gian, như phương pháp đối xứng và tỷ lệ chia đoạn thẳng. Khoảng cách \(M N\) theo \(a\) có thể tính được là \(M N = \frac{a}{2}\).
• Phần b: Sử dụng các tính chất về sự tương đồng và song song trong không gian, ta chứng minh được rằng \(S K \parallel B C \parallel A D\).