Cho hình hộp đứng ABCD.A'B'C'D'. Đáy ABCD là hình thoi cạnh a; A'C \(=a\sqrt{2}\) ; góc giữa đường thẳng AB và mặt phẳng (ADD'A') bằng 450. Tính theo a thể tích khối hộp đã cho và khoảng cách từ điểm D đến mặt phẳng (A'BC).
Kẻ BE vuông góc với AD tại E Mà AB vuông góc với AA' ⇒ AB vuông góc với (ADD'A') ⇒ Góc giữa AB và (ADD'A') là \(BAE=45^0\Rightarrow BAD=45^0\) hoặc \(BAE=135^0\) *TH1: \(BAD=45^0\Rightarrow ABC=135^0\) Áp dụng định lý hàm số cos cho tam giác ABC ta có: \(AC^2=AB^2+BC^2-2AB.BC.135^0\) \(AC^2=a(2+\sqrt{2})>A'C^2\) (vô lý) *TH2: \(BAD=135^0\Rightarrow ABC=45^0\) Áp dụng định lý hàm số cos cho \(\Delta\) ABC ta có: \(AC^2=AB^2+BC^2-2AB.BC.cos45^0\) \(AC^2=a^2(2-\sqrt{2})\) Trong tam giác AA'C vuông tại A có: \(AA'=\sqrt{A'C^2-AC^2}=a.\sqrt[4]{2}\) Diện tích đáy ABCD là: \(S=AB.BC.sin45^0=a^2\frac{\sqrt{2}}{2}\) Thể tích khối hộp là: \(V=S_{ABCD}.AA'=a^2\frac{\sqrt{2}}{2}.a\sqrt[4]{2}\) Vậy \(V=a^3.\frac{\sqrt[4]{8}}{2}\)
Do AD song song với BC, mà \(BC\subset (A'BC)\) ⇒ AD song song với (A'BC) ⇒ d (D; (A'BC))=d (A; (A'BC)) Kẻ AK vuông góc với BC tại K Kẻ AH vuông góc với A'K tại H Ta có: \(BC\perp AK;BC\perp AA'\Rightarrow BC\perp (AA'K)\) \(\Rightarrow BC\perp AK\). Mà ta có \(A'K\perp AH\) \(\Rightarrow AH\perp (A'BC)\) tại H
\(d (D; (A'BC)) =d (A; (A'BC) =)AH\) Trong tam giác AKB vuông tại K có: \(AK=AB.sin45^0=a.\frac{\sqrt{2}}{2}\) \(\Delta AA'K\) vuông tại \(A\Rightarrow \frac{1}{AH^2}=\frac{1}{A'A^2}+\frac{1}{AK^2}=\frac{1}{a^2\sqrt{2}} +\frac{2}{a^2}=\frac{2\sqrt{2}+1}{\sqrt{2}a^2}\) \(\Rightarrow AH^2=a^2\left ( \frac{4-\sqrt{2}}{7} \right )\Rightarrow AH= \frac{a\sqrt{28-7\sqrt{2}}}{7}\) Vậy \(d(D;(A'BC))=\frac{a\sqrt{28-7\sqrt{2}}}{7}\)