Phương pháp xác định khoảng cách trong không gian

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (197.39 KB, 3 trang )

Hình học 11_Chương 3. Quan hệ vuông góc Page 1 of 3

BÀI TẬP XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH
Phương pháp:
Trong không gian cho mp(P) và một điểm M không nằm trên mp(P), để xác định khoảng cách
từ điểm M đến mp(P) ta làm như sau:
Bước 1: Dựng mp(Q) đi qua M và vuông góc với mp(P)
Bước 2: Xác định giao tuyến d của mp(P) và mp(Q)
Bước 3: Kẻ MH vuông góc với d tại






;
H MH P d M P MH
   
2. Bổ đề (*): Cho mp(P) và 2 điểm A, H không nằm trên (P).
Gọi I = AH  (P) khi đó ta có:
d(A;(P))
d(H;(P))
=
AI
HI

LOẠI 1. Khoảng cách từ một điểm đến một mặt phẳng
Phương pháp: Giả sử ta cần tính khoảng cách từ một điểm M đến mặt phẳng



P
. Ta có thể
tiến hành như sau:
Bước 1: Lấy một mặt phẳng


Q
đi qua điểm M và vuông góc với mặt phẳng


P
.
Tức là mặt phẳng


Q
chứa một đường thẳng vuông góc với mặt phẳng


P
hoặc mặt phẳng


P
chứa một đường thẳng vuông góc với mặt phẳng


Q
.

Bước 2: Xác định giao tuyến

của hai mặt phẳng




P và Q
.
Bước 3: Từ điểm M kẻ MH vuông góc với giao tuyến

, với
H


. Khi đó


MH P

và do
đó đoạn MH là khoảng cách từ điểm M đến mặt phẳng


P
.
Việc tính khoảng cách từ một điểm đến một mặt phẳng có thể dựa vào các kết quả của hình
học phẳng và thường gắn liền với đường cao trong tam giác: Tam giác vuông; hệ thức lượng
trong tam giác.
Trên đây là phương pháp chung để giải quyết bài toán này. Ngoài ra, nếu bài toán có sự đặc

biệt nào đó ta có thể tính dựa vào các kết quả dưới đây:
Tính chất 1: Đường thẳng AB cắt mặt phẳng



tại điểm I khác A, B thì








d A,
IA
IB
d B,



.
Tính chất 2: Nếu đường thẳng d song song với mặt phẳng



, M là một điểm thuộc d thì









d M, d I,
  
, với mọi điểm I thuộc đường thẳng d.
Tính chất 3: Nếu mặt phẳng



song song với mặt phẳng



và M là một điểm thuộc mặt
phẳng



thì









d M, d I,
  
, với mọi điểm I thuộc



.
Ví dụ 1. Hình chóp có cạnh bên vuông góc với đáy.
Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình chữ nhật với
AB a,AD b
 
. Cạnh bên SA
vuông góc với đáy và
SA c

.
a) Kẻ đường cao AH của tam giác SAB. Chứng minh rằng


AH SBC

và tính khoảng cách
từ điểm A đến mặt phẳng


SBC
.
b) Tính khoảng cách từ điểm D đến mặt phẳng



SBC
.
Hình học 11_Chương 3. Quan hệ vuông góc Page 2 of 3

c) Gọi O là tâm của hình chữ nhật ABCD. Tính khoảng cách từ điểm O đến mặt phẳng


SBC
.
d) Kẻ đường cao AK của tam giác ABD. Chứng minh rằng


BD SAK

và tính khoảng cách
từ B đến mặt phẳng


SAK
.
Ví dụ 2. Hình chóp đều.
Cho hình chóp đều S.ABC có đáy là tam giác đều cạnh a, cạnh bên
SA a 3

. Gọi O là tâm
của đáy.
a) Chứng minh rằng





SAO SBC

.
b) Tính khoảng cách từ đỉnh S đến mặt phẳng


ABC
.
c) Gọi M là trung điểm của BC. Kẻ đường cao OH của tam giác SOM. Chứng minh rằng OH
vuông góc với mặt phẳng


SBC
. Tính khoảng cách từ điểm O và điểm A đến mặt phẳng


SBC
.
Ví dụ 3. Hình chóp có các cạnh bên bằng nhau.
Cho hình chóp S.ABC có đáy ABC là tam giác vuông tại A,
AC a,AB a 2
 
và
SA SB SC a 3
  
. Gọi O là trung điểm của cạnh BC.
a) Chứng minh rằng



SO ABC

và tính khoảng cách từ đỉnh S đến mặt phẳng


ABC
.
b) Kẻ đường cao BH của tam giác OAB. Chứng minh rằng


BH SAO

và tính khoảng cách
từ điểm B đến mặt phẳng


SAO
.
c) Gọi G là trọng tâm của tam giác SAB. Tính khoảng cách từ điểm G đến mặt phẳng


SAO
.
Ví dụ 4. Hình chóp có mặt bên vuông góc với đáy.
Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a và mặt bên SAD là tam giác đều
nằm trong mặt phẳng vuông góc với đáy. Gọi I là trung điểm của AD.
a) Chứng minh rằng



SI ABCD

và tính khoảng cách từ điểm S đến mặt phẳng


ABCD
.
b) Gọi G là trọng tâm của tam giác SBC. Tính khoảng cách từ điểm G đến mặt phẳng


ABCD
.
c) Gọi J là trung điểm của cạnh BC. Kẻ đường cao IH của tam giác SIJ. Chứng minh rằng


IH SBC

và tính khoảng cách từ điểm I đến mặt phẳng


SBC
.
d) Tính khoảng cách từ A đến mặt phẳng


SBC
.
LOẠI 2. Khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau
Phương pháp: Để tính khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau
1 2

d và d
, ta có thể tiến
hành theo một trong các cách dưới đây:
Cách 1: Dựa vào định nghĩa (xác định đường vuông góc chung).
Cách này thường được tiến hành khi ta biết được hai đường thẳng
1 2
d và d
vuông góc với
nhau. Khi đó ta làm như sau:
Hình học 11_Chương 3. Quan hệ vuông góc Page 3 of 3

Bước 1: Xác định một mặt phẳng


P
chứa
1
d
và vuông góc với đường thẳng
2
d
.
Tức là đường thẳng
2
d
vuông góc với hai đường thẳng cắt nhau nằm trong mặt phẳng


P

,
trong đó có đường thẳng
1
d
.
Bước 2: Tìm giao điểm I của đường thẳng
2
d
với mặt phẳng


P
. Từ I kẻ IH vuông góc với
1
d
, với
1
H d

. Khi đó IH là đoạn vuông góc chung của hai đường thẳng
1 2
d và d
.
Bước 3: Tính độ dài đoạn thẳng IH.
Ta thường vận dụng hệ thức lượng trong tam giác và tam giác đồng dạng; định lý Pitagor để
tính độ dài đoạn IH.
Cách 2: Dựa vào khoảng cách giữa đường thẳng và mặt phẳng song song.
Giả sử ta cần tính khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau
1 2
d và d

, ta có thể tiến hành
như sau:
Bước 1: Lấy mặt phẳng


P
chứa đường thẳng
1
d
và song song với đường thẳng
2
d
. Khi đó






1 2 2
d d ,d d d, P

.
Nên lấy sao cho ta dễ dàng tính được khoảng cách.
Bước 2: Tính khoảng cách giữa đường thẳng
2
d
và mặt phẳng



P
.
Ví dụ 5. Hai đường thẳng chéo nhau vuông góc với nhau.
Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình thang vuông ở A và D,
AB AD a,
 

DC 2a

. Cạnh bên SD vuông góc với mặt phẳng


ABCD
và
SD a

.
a) Kẻ đường cao DH của tam giác SAD. Chứng minh rằng DH là đường vuông góc chung của
hai đường thẳng SA và DC. Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng SA và CD.
b) Gọi M là trung điểm của CD. Chứng minh rằng
AM SB

.
c) Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng AM và SB.
Ví dụ 6. Dựa vào khoảng cách giữa đường thẳng và mặt phẳng song song.
Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình thang vuông ở A và D,
AB AD a,
 

DC 2a


. Cạnh bên SD vuông góc với mặt phẳng


ABCD
và
SC a 5

.
a) Kẻ đường cao DH của tam giác SAD. Chứng minh rằng


DH SAB

và tính khoảng cách
từ điểm D đến mặt phẳng


SAB
.
b) Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng SB và CD.
c) Gọi M là trung điểm của CD và K là chân đường vuông góc kẻ từ D xuống cạnh AM.
Chứng minh rằng


AM SDK

.
d) Tính khoảng cách từ điểm D và điểm C đến mặt phẳng



SAM
.
e) Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng SA và BC.
. Ta có thểtiến hành như sau : Bước 1 : Lấy một mặt phẳngđi qua điểm M và vuông góc với mặt phẳngTức là mặt phẳngchứa một đường thẳng vuông góc với mặt phẳnghoặc mặt phẳngchứa một đường thẳng vuông góc với mặt phẳngBước 2 : Xác định giao tuyếncủa hai mặt phẳngP và QBước 3 : Từ điểm M kẻ MH vuông góc với giao tuyến, với. Khi đóMH Pvà dođó đoạn MH là khoảng cách từ điểm M đến mặt phẳngViệc tính khoảng cách từ một điểm đến một mặt phẳng hoàn toàn có thể dựa vào các hiệu quả của hìnhhọc phẳng và thường gắn liền với đường cao trong tam giác : Tam giác vuông ; hệ thức lượngtrong tam giác. Trên đây là giải pháp chung để xử lý bài toán này. Ngoài ra, nếu bài toán có sự đặcbiệt nào đó ta hoàn toàn có thể tính dựa vào các tác dụng dưới đây : Tính chất 1 : Đường thẳng AB cắt mặt phẳngtại điểm I khác A, B thìd A, IAIBd B, Tính chất 2 : Nếu đường thẳng d song song với mặt phẳng, M là một điểm thuộc d thìd M, d I,   , với mọi điểm I thuộc đường thẳng d. Tính chất 3 : Nếu mặt phẳngsong tuy nhiên với mặt phẳngvà M là một điểm thuộc mặtphẳngthìd M, d I,   , với mọi điểm I thuộcVí dụ 1. Hình chóp có cạnh bên vuông góc với đáy. Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình chữ nhật vớiAB a, AD b  . Cạnh bên SAvuông góc với đáy vàSA ca ) Kẻ đường cao AH của tam giác SAB. Chứng minh rằngAH SBCvà tính khoảng cáchtừ điểm A đến mặt phẳngSBCb ) Tính khoảng cách từ điểm D đến mặt phẳngSBCHình học 11 _Chương 3. Quan hệ vuông góc Page 2 of 3 c ) Gọi O là tâm của hình chữ nhật ABCD. Tính khoảng cách từ điểm O đến mặt phẳngSBCd ) Kẻ đường cao AK của tam giác ABD. Chứng minh rằngBD SAKvà tính khoảng cáchtừ B đến mặt phẳngSAKVí dụ 2. Hình chóp đều. Cho hình chóp đều S.ABC có đáy là tam giác đều cạnh a, cạnh bênSA a 3. Gọi O là tâmcủa đáy. a ) Chứng minh rằngSAO SBCb ) Tính khoảng cách từ đỉnh S đến mặt phẳngABCc ) Gọi M là trung điểm của BC. Kẻ đường cao OH của tam giác SOM. Chứng minh rằng OHvuông góc với mặt phẳngSBC. Tính khoảng cách từ điểm O và điểm A đến mặt phẳngSBCVí dụ 3. Hình chóp có các cạnh bên bằng nhau. Cho hình chóp S.ABC có đáy ABC là tam giác vuông tại A, AC a, AB a 2   vàSA SB SC a 3   . Gọi O là trung điểm của cạnh BC.a ) Chứng minh rằngSO ABCvà tính khoảng cách từ đỉnh S đến mặt phẳngABCb ) Kẻ đường cao Bảo hành của tam giác OAB. Chứng minh rằngBH SAOvà tính khoảng cáchtừ điểm B đến mặt phẳngSAOc ) Gọi G là trọng tâm của tam giác SAB. Tính khoảng cách từ điểm G đến mặt phẳngSAOVí dụ 4. Hình chóp có mặt bên vuông góc với đáy. Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông vắn cạnh a và mặt bên SAD là tam giác đềunằm trong mặt phẳng vuông góc với đáy. Gọi I là trung điểm của AD.a ) Chứng minh rằngSI ABCDvà tính khoảng cách từ điểm S đến mặt phẳngABCDb ) Gọi G là trọng tâm của tam giác SBC. Tính khoảng cách từ điểm G đến mặt phẳngABCDc ) Gọi J là trung điểm của cạnh BC. Kẻ đường cao IH của tam giác SIJ. Chứng minh rằngIH SBCvà tính khoảng cách từ điểm I đến mặt phẳngSBCd ) Tính khoảng cách từ A đến mặt phẳngSBCLOẠI 2. Khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhauPhương pháp : Để tính khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau1 2 d và d, ta hoàn toàn có thể tiếnhành theo một trong các cách dưới đây : Cách 1 : Dựa vào định nghĩa ( xác định đường vuông góc chung ). Cách này thường được thực thi khi ta biết được hai đường thẳng1 2 d và dvuông góc vớinhau. Khi đó ta làm như sau : Hình học 11 _Chương 3. Quan hệ vuông góc Page 3 of 3B ước 1 : Xác định một mặt phẳngchứavà vuông góc với đường thẳngTức là đường thẳngvuông góc với hai đường thẳng cắt nhau nằm trong mặt phẳngtrong đó có đường thẳngBước 2 : Tìm giao điểm I của đường thẳngvới mặt phẳng. Từ I kẻ IH vuông góc với, vớiH d. Khi đó IH là đoạn vuông góc chung của hai đường thẳng1 2 d và dBước 3 : Tính độ dài đoạn thẳng IH.Ta thường vận dụng hệ thức lượng trong tam giác và tam giác đồng dạng ; định lý Pitagor đểtính độ dài đoạn IH.Cách 2 : Dựa vào khoảng cách giữa đường thẳng và mặt phẳng song song. Giả sử ta cần tính khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau1 2 d và d, ta hoàn toàn có thể tiến hànhnhư sau : Bước 1 : Lấy mặt phẳngchứa đường thẳngvà song song với đường thẳng. Khi đó1 2 2 d d, d d d, PNên lấy sao cho ta thuận tiện tính được khoảng cách. Bước 2 : Tính khoảng cách giữa đường thẳngvà mặt phẳngVí dụ 5. Hai đường thẳng chéo nhau vuông góc với nhau. Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình thang vuông ở A và D, AB AD a,   DC 2 a. Cạnh bên SD vuông góc với mặt phẳngABCDvàSD aa ) Kẻ đường cao DH của tam giác SAD. Chứng minh rằng DH là đường vuông góc chung củahai đường thẳng SA và DC. Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng SA và CD.b ) Gọi M là trung điểm của CD. Chứng minh rằngAM SBc ) Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng AM và SB.Ví dụ 6. Dựa vào khoảng cách giữa đường thẳng và mặt phẳng song song. Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình thang vuông ở A và D, AB AD a,   DC 2 a. Cạnh bên SD vuông góc với mặt phẳngABCDvàSC a 5 a ) Kẻ đường cao DH của tam giác SAD. Chứng minh rằngDH SABvà tính khoảng cáchtừ điểm D đến mặt phẳngSABb ) Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng SB và CD.c ) Gọi M là trung điểm của CD và K là chân đường vuông góc kẻ từ D xuống cạnh AM.Chứng minh rằngAM SDKd ) Tính khoảng cách từ điểm D và điểm C đến mặt phẳngSAMe ) Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng SA và BC .