Chẳng hạn, khi ta xác định trục của đường tròn ngoại tiếp đa giác đáy của hình chóp hay hình lăng trụ thì ta thường tìm hai điểm cách đều các đỉnh của hình chóp và hình lăng [r]
Trang 1Mua STK Toán(Free Ship) trên toàn quốc: 0918.972.605- Thuận tiện- Nhanh chóng- Đảm bảo
M ẶT CẦU NGOẠI TIẾP KHỐI ĐA DIỆN
PH ẦN 1: LÝ THUYẾT
I Định nghĩa : Mặt cầu đi qua mọi đỉnh của hình đa diện (Đ) gọi là mặt cầu
ngoại tiếp hình đa diện (Đ)
Từ định nghĩa suy ra : Tâm mặt cầu là điểm cách đều tất cả các đỉnh của hình
đa diện
II Mặt cầu ngoại tiếp hình chóp và hình lăng trụ
1.Mặt cầu ngoại tiếp hình chóp
a.Trục của đường tròn ( O; R ) : Đường thẳng d gọi là trục của đường tròn
(O; R) khi và chỉ khi d qua O và vuông góc với mặt phẳng chứa đường tròn đó
b Mặt cầu ngoại tiếp hình chóp : Hình chóp S.A1A2 An nội tiếp mặt cầu (S) khi và chỉ khi đáy của nó là một đa giác nội tiếp một đường tròn
Chứng minh:
Giả sử hình chóp S.A1A2 An nội tiếp trong mặt cầu (S) Khi đó, các đỉnh A1,
A2, ., An của hình chóp nằm trên mặt phẳng đáy của hình chóp và đồng thời nằm trên đường tròn giao tuyến của mặt phẳng đáy và mặt mặt cầu Do vậy, đa giác đáy nội tiếp trong đường tròn đó
Ngược lại, S.A1A2 An có đáy A1, A2, , An nội tiếp trong đường tròn (C) thì ta gọi ∆ là trục của đường tròn đó và gọi O là giao điểm của∆ với mặt phẳng trung trực của một cạnh bên, chẳng hạn SA1 Khi đó, OS = OA1 = OA2= =
OAn Vậy hình chóp có hình cầu ngoại tiếp, đó là mặt cầu tâm O, bán kính R
c Nhận xét
Phần thứ hai của việc chứng minh bài toán trên cũng chính là một trong những cách xác định tâm và bán kính của mặt cầu ngoại tiếp một hình chóp ( trong trường hợp ta đã biết hình chóp có mặt cầu ngoại tiếp )
Việc xác định tâm của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp sẽ dễ hơn nếu ta biết trục∆
của đường tròn ngoại tiếp đa giác đáy đồng phẳng với một cạnh bên bất kỳ Khi
đó, mặt phẳng trung trực của một cạnh bên sẽ được thay thế bằng đường trung trực của cạnh bên đồng phẳng với ∆
Ta cũng có thể xác định tâm của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp theo định nghĩa, tức là xác định điểm O cách đều tất cả các đỉnh của hình chóp, thông thường là các đỉnh của hình chóp nhìn một đoạn thẳng dưới một góc 900, hoặc là phải dựa vào các yếu tố cân, đều của hình chóp
2 Mặt cầu ngoại tiếp hình lăng trụ
a Chứng minh rằng một hình lăng trụ có mặt cầu ngoại tiếp khi và chỉ khi nó là
hình lăng trụ đứng và đáy là một đa giác nội tiếp một đường tròn
Chứng minh :
Trang 2Mua STK Toán(Free Ship) trên toàn quốc: 0918.972.605- Thuận tiện- Nhanh chóng- Đảm bảo
Nếu (H) là một hình lăng trụ có mặt cầu ngoại tiếp thì các mặt bên là những hình bình hành có đường tròn ngoại tiếp nên phải là hình chữ nhật Vậy (H) phải
là hình lăng trụ đứng ngoài ra, vì (H) có mặt cầu ngoại tiếp nên mặt đáy phải là một đa giác có đường tròn ngoại tiếp
Ngược lại, cho (H) là hình lăng trụ đứng có các đường tròn (C), (C’) ngoại tiếp
hai đa giác đáy Gọi I, I’ lần lượt là tâm hai đường tròn đó thì
II’ là trục của hai đường tròn Vì vậy, gọi O là trung điểm của đoạn II’, suy ra O cách đều tất cả các đỉnh của hình lăng trụ đã cho Vậy hình lăng trụ có mặt cầu ngoại tiếp
b Nhận xét
- Việc chứng minh ý hai của bài toán trên cũng chính là một trong những cách xác định tâm của mặt cầu ngoại tiếp hình lăng trụ
- Cũng tương tự hình chóp ta còn tìm một điểm O cách đều tất cả các đỉnh của hình lăng trụ
***********************************
PHẦN 2: MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP ÁP DỤNG
Dạng 1: Xác định tâm và bán kính của mặt cầu ngoại tiếp hình đa diện
Trong dạng bài tập này ta sẽ xét một số bài tập xác định tâm và bán kính của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp đều, hình chóp có cạnh bên vuông góc với đáy, hình chóp có một mặt bên vuông góc với đáy, hình lăng trụ đứng có đáy là các
đa giác dễ xác định tâm của đường tròn ngoại tiếp nó
Bài 1: (Hình chóp đều) Xác định tâm và tính bán kính của mặt cầu (S) ngoại
tiếp hình chóp tam giác đều cạnh đáy bằng a, góc giữa mặt bên và đáy là ử
Lời giải:
Giả sử S.ABC là hình chóp tam giác
đều cạnh đáy a Gọi M là trung điểm BC,
G là trọng tâm tam giác ABC Khi đó,
theo giả thiết của bài toán thì SG chính
là trục của đường tròn ngoại tiếp tam giác
ABC và ∠SMG= ử
Gọi I là trung điểm SA, kẻ đường trung
trực của SA cắt SG tại O, ta có :
OS = OA = OB = OC, suy ra O chính là tâm
của mặt cầu (S) ngoại tiếp hình chóp,
bán kính OS.Ta có AM =
2
O
S
A
B
C
M
G
N
I
Trang 3Mua STK Toán(Free Ship) trên toàn quốc: 0918.972.605- Thuận tiện- Nhanh chóng- Đảm bảo
a
a
GM = AG= Trong tam giác vuông SGM
6
= ⇒ = = , trong tam giác vuông SGA:
Hai tam giác vuông SGA và SIO đồng dạng nên ta có SO SI
SA = SG, suy ra:
2 2
.
SA SI SA a cos cos a cos
SO
ϕ
4 3
Nhận xét:
Trong bài toán xác định tâm của mặt cầu ngoại tiếp hình đa diện ta hay phải giải quyết các bài toán liên quan như : xác định khoảng cách , xác định góc Do vậy, giáo viên cần hướng dẫn học sinh phải xác định một cách chính xác hai bài toán xác định hình trên Chẳng hạn, khi ta xác định trục của đường tròn ngoại tiếp đa giác đáy của hình chóp hay hình lăng trụ thì ta thường tìm hai điểm cách đều các đỉnh của hình chóp và hình lăng trụ, hoặc tìm một điểm cách đều các đỉnh và vuông góc với mặt phẳng đáy
Cũng với dạng bài toán trên ta có thể đưa ra rất nhiều bài toán tương tự như sau:
1 Xác định tâm và bán kính của mặt cầu (S) ngoại tiếp hình chóp tam giác đều
trong các trường hợp sau:
a Hình chóp có cạnh đáy bằng a, cạnh bên bằng b
b Hình chóp có cạnh đáy bằng a, góc giữa cạnh bên và đáy bằng ử
c Hình chóp có cạnh bên bằng a, góc giữa cạnh bên và đáy bằng ử
d Hình chóp có cạnh bên bằng a, góc giữa mặt bên và đáy bằng ử
e Hình chóp có cạnh đáy bằng a, chiều cao h
f Hình chóp có cạnh đáy bằng a, góc giữa hai mặt bên bằng ử
g Hình chóp có tất cả các cạnh bằng a
2 Hoàn toàn tương tự ta cũng có các câu hỏi trên khi thay hình chóp tam giác đều bằng hình chóp tứ giác đều
3 Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD có cạnh đáy bằng a Gọi E, K lần lượt là trung điểm của các cạnh AD và BC Tính bán kính của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp S.EBK
Bài 2: (Hình chóp có một cạnh bên vuông góc với đáy) Xác định tâm và bán
kính của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp SABC biết SA vuông góc với đáy, SA = 2a, ABC là tam giác đều cạnh a
Lời giải:
Trang 4Mua STK Toán(Free Ship) trên toàn quốc: 0918.972.605- Thuận tiện- Nhanh chóng- Đảm bảo
Gọi G là trọng tâm tam giác ABC, d là đường thẳng qua G và vuông góc với mặt phẳng (ABC) Khi đó, d chính là trục của đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC I là trung điểm SA suy ra SA // d Gọi I là trung điểm SA, kẻ đường trung trực của SA qua I cắt d tại O Khi đó, OS = OA = OB = OC, suy ra
O là tâm mặt cầu ngoại tiếp hình chóp SABC,
bán kính R = OS Tương tự bài 1 ta có
3
3
a
2
a
suy ra
2 2
Nhận xét :
- Trong trường hợp hình chóp có một cạnh
bên vuông góc với đáy thì trục của đường tròn ngoại
tiếp đa giác đáy và cạnh bên này luôn đồng phẳng
- Ngoài cách xác định tâm mặt cầu theo cách
hình học cổ điển như trên, trong những bài toán dạng này ta còn có thể sử dụng phương pháp tọa độ để làm
- Ngoài việc cho một cạnh bên vuông góc với đáy trực tiếp như trên thì có những bài toán cạnh bên như vậy được cho là giao tuyến tuyến của hai mặt bên vuông góc với đáy
Chẳng hạn, ta xét bài toán sau :
Cho hình chóp S.ABCD Hai mặt bên (SAB) và (SAD) vuông góc với đáy Đáy ABCD là tứ giác nội tiếp trong đường tròn tâm O, bán kính R Xác định tâm và tính bán kính mặt cầu ngoại tiếp hình chóp S.ABCD biêt SA = h
Lời giải bài toán trên hoàn toàn đơn giản, vì trục của đường tròn ngoại tiếp tứ giác ABCD là đường thẳng qua O và song song với SA
Đáp số :
2 2
4
h
Hoàn toàn tương tự ta cũng có các bài toán sau:
1 Xác định tâm và bán kính của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp tứ giác S.ABCD biết SA vuông góc với đáy, SA = a, ABCD là hình chữ nhật có AB = a, AD = 2a
2 Xác định tâm và bán kính của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp tứ giác S.ABCD biết SA vuông góc với đáy, SA = a, ABCD là hình vuông cạnh 2a
3 Xác định tâm và bán kính của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp tứ giác S.ABCD biết SA vuông góc với đáy, SA = a, ABCD là hình thang cân nội tiếp trong đường tròn đường kính AD = 2a
G
S
A
B
C
M
N
O
I
Trang 5Mua STK Toán(Free Ship) trên toàn quốc: 0918.972.605- Thuận tiện- Nhanh chóng- Đảm bảo
4 Xác định tâm và bán kính của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp S.ABC biết ba góc đỉnh S bằng 900 và SA = a, SB = b, SC = c
5 Cho tam giác ABC vuông cân cạnh huyền AB = 2a Trên đường thẳng d qua
A và vuông góc với mặt phẳng (ABC) lấy điểm S khác A
Chứng minh rằng hình chóp SABC chỉ có một cặp cạnh đối diện vuông góc với nhau
6 Xác định tâm mặt cầu ngoại tiếp hình chóp SABC Tính bán kính R khi góc giữa hai mặt phẳng (SBC) và (ABC) bằng 300
Đáp số: a AC⊥SB b 42
6
a
R=
7 Cho đường tròn tâm O, bán kính R, xét các hình chóp S.ABCD có SA vuông góc với đáy ( S, A cố định ), SA = h cho trước, ABCD là một tứ giác tùy ý nội tiếp trong đường tròn đã cho mà AC vuông góc với BD
a Tính bán kính của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp
b Tứ giác ABCD là hình gì để thể tích hình chóp S.ABCD lớn nhất ?
Đáp số: a
2 2
2
b ABCD là hình vuông
8 Trong mặt phẳng (P) cho đường tròn đường kính AB = 2R, M là một điểm chuyển động trên đường tròn , MH vuông góc với AB tại H sao cho AH = x, 0< x < 2R Dựng đường thẳng vuông góc với (P) tại M trên đó lấy điểm S sao cho MS = MH Xác định tâm và tính bán kính r mặt cầu ngoại tiếp tứ diện SABM Tìm x để r lớn nhất
Đáp số : 2 1
(2 ) 4
r= R + x R−x ; r lớn nhất khi x = R
Bài 3: ( Hình chóp có một mặt bên vuông góc với đáy )
Cho tứ diện ABCD có AB = AC = a; BC = b Hai mặt phẳng (BCD) và (ABC) vuông góc với nhau, góc ∠BDC bằng 900
Xác định tâm và bán kính mặt cầu ngoại tiếp ABCD theo a và b
Lời giải:
Gọi M là trung điểm BC, do hai mặt phẳng
(ABC) và (BCD) vuông góc với nhau nên
AM ⊥(BCD), mặt khác, tam giác BCD
vuông tại D nên M chính là tâm của đường
tròn ngoại tiếp tam giác BCD, suy ra, AM
là trục của đường tròn ngoại tiếp tam giác
BCD Do vậy, tâm và bán kính của mặt
cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD cũng chính
là tâm và bán kính của đường tròn ngoại
A
B
C
D
M
N
O
Trang 6Mua STK Toán(Free Ship) trên toàn quốc: 0918.972.605- Thuận tiện- Nhanh chóng- Đảm bảo
tiếp tam giác ABC
Tam giác ABC có AB = AC = a, BC = b suy ra
và SABC=
2 2
.
b a b
AM BC= −
.Do vậy,
2
2 2
.
4 ABC 4
R
−
Nhận xét:
- Với hình chóp có một mặt bên (P) vuông góc với đáy thì trục ∆ của đường tròn ngoại tiếp đa giác đáy thường là đường thẳng nằm trong mặt phẳng (P) hoặc
là một đường thẳng song song với một đường nằm trong (P) và vuông góc với đáy
Một số bài toán tương tự :
1 Cho hình chóp SABC có ABC là tam giác cân AB =AC = a, hai mặt phẳng (SBC) và (ABC) vuông góc với nhau và SA = SB = a Xác định tâm và bán kính mặt cầu ngoại tiếp hình chóp biết SC = x
2 Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a, SAB là tam giác đều, mặt phẳng (SAB) vuông góc với mặt đáy (ABCD) Xác định tâm và tính bán kính mặt cầu ngoại tiếp hình chóp
Đáp số : 21
6
a
R=
3 Cho tứ diện SABC có góc ASB bằng 1200, góc BSC bằng 600, góc CSA bằng 900, xác định tâm và tính bán kính mặt cầu ngoại tiếp tứ diện
4 Cho tứ diện ABCD có AB = BC = AC = BD = a, AD = b, hai mặt phẳng (ACD) và (BCD) vuông góc với nhau Xácđịnh tâm và tính bán kính của mặt cầu ngoại tiếp tứ diện
Đáp số :
2
2 2
3
a R
=
−
Bài 4: ( Chứng minh các điểm cùng thuộc một mặt cầu)
Cho hình chóp S.ABC có SA vuông góc với đáy, AB = c, AC = b, góc ∠BAC
= ử Gọi B1, C1 lần lượt là hình chiếu vuông góc của A trên SB, SC Xác định tâm và bán kính mặt cầu đi qua năm điểm A, B, C, B1, C1
Lời giải :
Gọi AD là đường kính của
đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC
Khi đó, vì BD ⊥AB và BD ⊥SA nên
BD ⊥(SAB) suy ra BD ⊥AB1 mà
AB1 ⊥SB (giả thiết) nên AB1 ⊥(SBD)
S
B 1
C 1
ử
Trang 7Mua STK Toán(Free Ship) trên toàn quốc: 0918.972.605- Thuận tiện- Nhanh chóng- Đảm bảo
suy ra AB1 ⊥DB1 Chứng minh tương
tự ta cũng có AC1 ⊥DC1, như vậy 5
điểm A, B, C, B1, C1 cùng nhìn AD
dưới một góc 900 hay 5 điểm này nằm
trên mặt cầu đường kính AD
Ta có, SABC= 1 sin
2bc ϕ =
4
abc
R suy ra
2 sin
a
R
ϕ
= mà theo định lý côsin ta có
a = b2 + c2 – 2bc.cos ử, do vậy
2 2
2 2sin
b c bc cos
ϕ
+ −
=
Nhận xét :
- Đối với bài toán chứng minh các điểm cùng nằm trên một mặt cầu, ta thường phải chứng minh chúng cùng nhìn một đoạn thẳng dưới một góc 900, hoặc chúng cùng cách một điểm cố định cho trước một khoảng không đổi
Các bài toán tương tự:
1 Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình chữ nhật với AB = a, BC = b, đường cao của hình chóp là SA Gọi B1, C1, D1 lần lượt là hình chiếu vuông góc của A trên SB, SC, SD
a Chứng minh rằng A, B1, C1, D1 cùng thuộc một mặt phẳng vuông góc với
SC
b Xác định tâm và tính diện tích của mặt cầu đi qua các điểm A, B, C, D, B1,
C1, D1
Đáp số:
2 2
2 2
2
a b
R= + S= π a +b
2 Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông , SA vuông góc với đáy, (P) là mặt phẳng qua A và vuông góc với SC cắt SB, SC, SD lần lượt tại M,
N, P
a Chứng minh rằng BD vuông góc với AN
b Chứng minh rằng S, A, M, N, P cùng thuộc một mặt cầu
3.Cho tam giác ABC vuông tại C, trên đường thẳng (d) vuông góc với mặt phẳng (ABC) tại A lấy điểm S Gọi AD, AE lần lượt là hai đường cao của các tam giác SAB, SAC Chứng minh rằng A, B, C, D, E cùng nằm trên một mặt cầu Xác định tâm và tính bán kính của mặt cầu đó
4 Trong mặt phẳng (P) cho đường thẳng d và điểm A không thuộc d , góc
∠xAy di động quanh A cắt d tại B và C Trên đường thẳng qua A và vuông góc với (P) lấy một điểm S Gọi H, K lần lượt là hình chiếu vuông góc của A trên
SB, SC
a Chứng minh rằng A, B, C, H, K cùng thuộc một mặt cầu
b Tính bán kính mặt cầu trên khi AB = 2, AC = 3, góc ∠BAC bằng 600
Trang 8Mua STK Toán(Free Ship) trên toàn quốc: 0918.972.605- Thuận tiện- Nhanh chóng- Đảm bảo
Đáp số: 21
3
R=
5 Trong mặt phẳng (P) cho hình thang cân ABCD với AB = 2a, BC = DC =
DA = a Trên nửa đường thẳng Ax vuông góc với mặt phẳng (P) ta lấy một điểm
S di động Một mặt phẳng qua A vuông góc với SB cắt SB, SC, SD tại P, Q, R theo thứ tự đó
a Chứng minh rằng 7 điểm A, B, C, D, P, Q, R luôn thuộc một mặt cầu cố định Tính diện tích mặt cầu đó
b Chứng minh rằng CDQR là một tứ giác nội tiếp và đường thẳng đi qua QR luôn đi qua một điểm cố định khi S thay đổi trên Ax
c Cho SA = a 3 Hãy tính diện tích tứ giác APQR
Bài 5 (Xác định tâm mặt cầu bằng cách tìm điểm cách đều tất cả các đỉnh của hình đa diện)
1 Tứ diện ABCD có CD = 2a, các cạnh còn lại có độ dài a 2 Xác định tâm và tính bán kính mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD
Lời giải :
Theo giả thiết của bài toán ta có hai tam giác
ACD và BCD lần lượt vuông tại A và B Gọi O
là trung điểm của CD suy ra, O cách đều tất
cả các đỉnh của hình tứ diện
Do vậy, O chính là tâm của mặt cầu ngoại
tiếp tứ diện ABCD và bán kính của mặt cầu là:
2
CD
2 Cho tứ diện ABCD có AB = CD = 3;
AC = BD = 5; AD = BC = 6 Xác định tâm
và tính bán kính của mặt cầu ngoại tiếp tứ diện
Lời giải :
Gọi I, J lần lượt là trung điểm của AB và CD thì dễ thấy IJ ⊥ AB
và IJ ⊥ CD, bởi vậy:
Nếu gọi O là trung điểm của IJ thì OA = OB,
OC = OD Ngoài ra, vì AB = CD = 3 nên
hai tam giác vuông OIB và OIC bằng nhau,
do đó OB = OC Vậy O cách đều bốn đỉnh
A, B, C, D Mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD
có tâm O và có bán kính R = OA
Ta có:
A
B
D
O
I
J
A
B
C
D
O
Trang 9Mua STK Toán(Free Ship) trên toàn quốc: 0918.972.605- Thuận tiện- Nhanh chóng- Đảm bảo
Vì CI là trung tuyến của tam giác ABC
nên
2 2 2
Suy ra
2
26
c
Như vậy : 2 2 26 9 35 35
Bài 6 ( một số bài toán về hình lăng trụ)
1 Cho hình lăng trụ đứng ABCA1B1C1, đáy ABC là tam giác có góc ∠BAC bằng 1200 , AB = a, AC = 2a, đường chéo AB1 của mặt bên ABB1A1 tạo với đáy một góc 750 Xác định tâm và tính bán kính của mặt cầu ngoại tiếp hình lăng trụ Lời giải:
Trong tam giác ABC theo định lý
côsin ta có : BC2 =
AB2 + AC2 – 2AB.AC.cos1200 =
a2 + 4a2 + 2a2 = 7a2 ⇒BC=a 7
mà BC = 2Rsin1200 nên bán kính r
của đường tròn ngoại tiếp tam giác
ABC bằng :
0
AB1 tạo với đáy một góc 750
nên góc ∠BAB1 = 750 suy ra, trong
tam giác vuông ABB1 ta có :
1 tan 75 tan(45 30 ) (2 3)
Gọi E, E1 lần lượt là tâm của các đường tròn ngoại tiếp các tam giác ABC và
A1B1C1 Khi đó, EE1 là trục của các đường tròn ngoại tiếp hai đa giác đáy, gọi I
là trung điểm BB1 kẻ đường trung trực của BB1 cắt EE1 tại O suy ra OA = OB =
OC = OA1 = OB1= OC1 hay O chính là tâm của mặt cầu ngoại tiếp hình lăng trụ bán kính R = OB
Ta có OI = EB = r , áp dụng định lý Pitago trong tam giác vuông OIB ta có:
OB2 = OI2 + IB2 =
.
2 [Đại học Sư phạm Vinh 2000] Cho hình hộp chữ nhật ABCDA1B1C1D1 có
AB = p, AD = q, AA1 = r, 0 < p < q < r Gọi I, J lần lượt là trung điểm AB, C1D1,
và M, N là các điểm thỏa mãn AM =k AD BN , =k BB. 1, 0 ≤ ≤k 1 (1)
a Tính khoảng cách từ A tới mặt phẳng (BDA1)
A
B
C
A 1
B 1
C 1
M
N
I
O
E
E
Trang 10Mua STK Toán(Free Ship) trên toàn quốc: 0918.972.605- Thuận tiện- Nhanh chóng- Đảm bảo
b Chứng minh rằng với mỗi k thỏa mãn (1) thì I, M, J, N cùng thuộc một mặt phẳng Tìm k để MN vuông góc với IJ
c.Tìm tâm và tính bán kính của mặt cầu (S) ngoại tiếp tứ diện ABDA1 và tâm
H của đường tròn là giao của mặt cầu (S) và mặt phẳng (BDA1)
Lời giải :
Chọn hệ trục tọa độ như hình vẽ, với A(0 ; 0 ; 0) , B(0 ; p ; 0) , D(q ; 0 ; 0) , C(q ; p ; 0) , A1(0 ; 0 ; r) B1(0 ; p ; r), C1(q ; p ; r), D1(q ; 0 ; r)
a Mặt phẳng (BDA1) có phương trình : x y z 1
q+ + =p r
Suy ra khoảng cách từ A đến mặt phẳng (BDA1) là:
2 2 2 2 2 2
2 2 2
1
pqr h
b Theo giả thiết ta có :
(0; ; 0); ( ; ; )
I J q r ; M(kq ; 0 ; 0)
N(0 ; p ; kr) suy ra :
( ; ; 0); (0; ; ); ( ; 0; )
Dễ thấy k IJ =IM+IN nên bốn điểm
I, M, J, N luôn đồng phẳng
MN vuông góc với IJ khi và chỉ khi
2 2
Tâm O của mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABDA1 cũng là tâm mặt cầu ngoại tiếp hình hộp, tức là trung điểm của đường chéo AC1,do đó ( ; ; )
2 2 2
q p r
2 2 2
2
Điểm H cần xác định chính là hình chiếu vuông góc của O
xuống mặt phẳng (BDA1) Mặt phẳng này có véc tơ pháp tuyến v ( ;1 1 1; )
q p r
là véctơ chỉ phương của đường thẳng OH suy ra đường thẳng này có phương
A
B
C
D
C 1
D 1
z
I
J
M
N
x
y