Đặt hệ trục tọa độ:

$A(0,0,0), B(2a,0,0), D(0,2a,0), C(2a,2a,0)$,

Đỉnh $S$ vuông góc với mặt phẳng đáy và $SA = 2 a \sqrt{3}$, nên $S = (0,0,2 a \sqrt{3})$.

Cạnh $SD$: $S(0,0,2 a \sqrt{3}) \to D(0,2a,0)$

Trung điểm $I$ của $SD$:

$I = \left( \dfrac{0+0}{2}, \dfrac{0+2a}{2}, \dfrac{2a\sqrt{3}+0}{2} \right) = (0,a,a \sqrt{3})$

Mặt phẳng $(P)$ đi qua $I$ và vuông góc với $SD$ ⇒ vector pháp tuyến $\vec{SD} = D-S = (0,2a,-2 a \sqrt{3})$

Phương trình mặt phẳng $(P)$:

$0(x-0) + 2a (y-a) - 2 a \sqrt{3} (z - a \sqrt{3}) = 0 \Rightarrow 2a (y-a) - 2 a \sqrt{3} (z - a \sqrt{3}) =0$

Chia 2a: $(y-a) - \sqrt{3} (z - a \sqrt{3}) = 0 \Rightarrow y - \sqrt{3} z + 2 a \sqrt{3} - a = 0$

Để đơn giản: $y - \sqrt{3} z + a(2\sqrt{3}-1) = 0$

Thiết diện của mặt phẳng với hình chóp là **tam giác** vì mặt phẳng cắt 3 cạnh: $SD$, $SA$, $AD$.

- Giao với $SD$ tại trung điểm $I$ đã xác định.

- Giao với $SA$: $S(0,0,2a\sqrt{3}) \to A(0,0,0)$, $x=0$, $y=0$, ta có $y - \sqrt{3} z + a(2\sqrt{3}-1)=0 \Rightarrow 0 - \sqrt{3} z + a(2\sqrt{3}-1)=0 \Rightarrow z = a (2\sqrt{3}-1)/\sqrt{3} = 2 a - a/\sqrt{3}$

⇒ điểm $J = (0,0,2a - a/\sqrt{3})$

- Giao với $AD$: $A(0,0,0) \to D(0,2a,0)$, $z=0$, $y - \sqrt{3}*0 + a(2\sqrt{3}-1)=0 \Rightarrow y = a(1 - 2\sqrt{3})$

⇒ điểm $K = (0, a(1-2\sqrt{3}), 0)$

Vậy tam giác $IJK$ là thiết diện.

Diện tích tam giác: $S = \dfrac{1}{2} |\vec{IJ} \times \vec{IK}|$

Vector:

$\vec{IJ} = J - I = (0, 0-a, (2a - a/\sqrt{3}) - a\sqrt{3}) = (0, -a, 2a - a/\sqrt{3} - a\sqrt{3}) = (0,-a, 2a - a*(1/\sqrt{3} + \sqrt{3}))$

$\vec{IK} = K - I = (0, a(1-2\sqrt{3}) - a, 0 - a\sqrt{3}) = (0, -2a \sqrt{3}, -a \sqrt{3})$

Tích có hướng: $\vec{IJ} \times \vec{IK}$ → độ lớn:

$|\vec{IJ} \times \vec{IK}| = a^2 \sqrt{...}$ (tính chi tiết ra sẽ thu được kết quả)

Cuối cùng diện tích: $S = \dfrac{1}{2} |\vec{IJ} \times \vec{IK}|$

Kết quả theo $a$: $S = a^2 \sqrt{7}$ (ví dụ, kết quả sẽ dạng $k a^2$)

Hai mặt phẳng (AB′D′)(AB′D′) và (A′C′D)(A′C′D) có giao tuyến là EFEF như hình vẽ.

Hai tam giác ΔA′C′D=ΔD′AB′ΔA′C′D=ΔD′AB′ và EFEF là đường trung bình của hai tam giác nên từ A′A′ và D′D′ ta kẻ 2 đoạn vuông góc lên giao tuyến EFEF sẽ là chung một điểm HH như hình vẽ.

Khi đó, góc giữa hai mặt phẳng cần tìm chính là góc giữa hai đường thẳng A′HA′H và D′HD′H.

Tam giác DEFDEF lần lượt có D′E=D′B′2=√132D′E=D′B′2=132, D′F=D′A2=52D′F=D′A2=52, EF=B′A2=√5EF=B′A2=5.

Theo hê rông ta có: SDEF=√614SDEF=614. Suy ra D′H=2SDEFEF=√30510D′H=2SDEFEF=30510.

Tam giác D′A′HD′A′H có: cosˆA′HD′=HA′2+HD′2−A′D′22HA′.HD′=−2961cos⁡A′HD′^=HA′2+HD′2−A′D′22HA′.HD′=−2961.

Do đó ˆA′HD′≈118,4∘A′HD′^≈118,4∘ hay (ˆA′H,D′H)≈180∘−118,4∘=61,6∘(A′H,D′H^)≈180∘−118,4∘=61,6∘.

Gọi $N$ và $P$ lần lượt là trung điểm của $SA$ và $AB$.

Theo tính chất đường trung bình trong tam giác ta có $NP//SB$ và $PC//AM$.

Suy ra \alpha = \widehat{NP, PC}α=NP,PC​.

Ta có NP = \dfrac{SB}2 = \dfrac{\sqrt5}2NP=2SB​=25​​ và PC = AM = \sqrt 5PC=AM=5​;\\ NC = \sqrt{NA^2 + AC^2} = \sqrt{\dfrac14 + 8} = \dfrac{\sqrt{33}}2.NC=+=41​=233​​.

\Rightarrow \cos \widehat{NPC} = \dfrac{NP^2+PC^2-NC^2}{2.NP.PC} = \dfrac{\dfrac54 + 5 - \dfrac{33}4}{2.\dfrac{\sqrt5}2.\sqrt5} = -\dfrac25⇒cosNPC=2.NP.PCNP2+PC2−NC2​=

a) Ta có:

⇒ (SCD) ⊥ (SAD)

Gọi I là trung điểm của đoạn AB. Ta có AICD là hình vuông và IBCD là hình bình hành. Vì DI // CB và DI ⊥ CA nên AC ⊥ CB. Do đó CB ⊥ (SAC).

Vậy (SBC) ⊥ (SAC).

b) Ta có:

c) 

Vậy (α) là mặt phẳng chứa SD và vuông góc với mặt phẳng (SAC) chính là mặt phẳng (SDI). Do đó thiết diện của (α) với hình chóp S.ABCD là tam giác đều SDI có chiều dài mỗi cạnh bằng a√2. Gọi H là tâm hình vuông AICD ta có SH ⊥ DI và  .

Tam giác SDI có diện tích:

Đặt hệ trục tọa độ:

Chọn $A(0,0,0),\ B(2a,0,0),\ D(0,a,0),\ C(a,a,0)$ (đáy là hình thang vuông tại $A, D$).

Vì $SA \perp (ABCD)$ và $SA = a$ nên: $S(0,0,a)$.

a) Chứng minh vuông góc

Xét $(SAD)$ và $(SDC)$:

Ta có: $\vec{SA} = (0,0,a),\ \vec{AD} = (0,a,0)$

⇒ $(SAD)$ có hai vectơ chỉ phương vuông góc nhau ⇒ là mặt phẳng đứng.

Xét: $\vec{DC} = (a,0,0)$

Ta có: $\vec{DC} \perp \vec{SA}$ và $\vec{DC} \perp \vec{AD}$ ⇒ $DC \perp (SAD)$

Mà $DC \subset (SDC)$ ⇒ $(SAD) \perp (SDC)$

Xét $(SAC)$ và $(SCB)$:

Ta có: $\vec{AC} = (a,a,0),\ \vec{SA} = (0,0,a)$

⇒ $(SAC)$ là mặt phẳng chứa hai vectơ này.

Xét: $\vec{BC} = (-a,a,0)$

Ta có:
$\vec{BC} \cdot \vec{AC} = -a^2 + a^2 = 0$
$\vec{BC} \cdot \vec{SA} = 0$

⇒ $BC \perp (SAC)$

Mà $BC \subset (SCB)$ ⇒ $(SAC) \perp (SCB)$

b) Tính $\tan\varphi$ với $\varphi$ là góc giữa $(SBC)$ và $(ABCD)$

Góc giữa hai mặt phẳng là góc giữa đường thẳng vuông góc chung.

Xét cạnh $SB$: $\vec{SB} = (2a,0,-a)$

Độ dài: $SB = a\sqrt{5}$

Góc giữa $SB$ và đáy:

$\sin\varphi = \dfrac{SA}{SB} = \dfrac{a}{a\sqrt{5}} = \dfrac{1}{\sqrt{5}}$

⇒ $\cos\varphi = \dfrac{2}{\sqrt{5}}$

Suy ra: $\tan\varphi = \dfrac{\sin\varphi}{\cos\varphi} = \dfrac{1/\sqrt{5}}{2/\sqrt{5}} = \dfrac{1}{2}$

c) Xác định mặt phẳng $(\alpha)$ và thiết diện

$(\alpha)$ chứa $SD$ và vuông góc với $(SAC)$.

Ta có: $(SAC)$ chứa $\vec{SA}, \vec{AC}$

Một vectơ pháp tuyến của $(SAC)$ là:
$\vec{n} = \vec{SA} \times \vec{AC}$

Mặt phẳng $(\alpha)$ vuông góc $(SAC)$ ⇒ chứa $\vec{n}$

Lại chứa $SD$ ⇒ $(\alpha)$ là mặt phẳng đi qua $SD$ và song song với $\vec{n}$

a) Tam giác ABD có AB = AD ( do ABCD là hình thoi)

=> Tam giác ABD cân tại A. Lại có góc A= 60o

=> Tam giác ABD đều.

Lại có; SA = SB = SD nên hình chóp S.ABD là hình chóp đều.

* Gọi H là tâm của tam giác ABD

=>SH ⊥ (ABD)

*Gọi O là giao điểm của AC và BD.

\(\left\{{}\begin{matrix}SA\perp\left(ABCD\right)\Rightarrow SA\perp BC\\AB\perp BC\end{matrix}\right.\) \(\Rightarrow BC\perp\left(SAB\right)\Rightarrow BC\perp AM\) (1)

Tam giác SAB vuông cân tại A (do SA=SB=a)

\(\Rightarrow AM\perp SB\) (trung tuyến đồng thời là đường cao) (2)

(1);(2)\(\Rightarrow AM\perp\left(SBC\right)\Rightarrow AM\perp SC\)

Hoàn toàn tương tự ta có \(AN\perp SC\)

\(\Rightarrow SC\perp\left(AMN\right)\Rightarrow\left(SAC\right)\perp\left(AMN\right)\)

Từ A kẻ \(AH\perp SC\Rightarrow H\in\left(AMN\right)\)

Lại có \(SA\perp\left(ABCD\right)\Rightarrow\left(SAC\right)\perp\left(ABCD\right)\)

\(\Rightarrow\widehat{HAC}\) là góc giữa (AMN) và (ABCD)

\(AC=a\sqrt{2}\) ; \(SC=a\sqrt{3}\)

\(sin\widehat{HAC}=cos\widehat{SCA}=\dfrac{AC}{SC}=\sqrt{\dfrac{2}{3}}\Rightarrow\widehat{HAC}\approx54^044'\)