Cho hình chóp tam giác đều S.ABC có cạnh đáy bằng a, góc giữa cạnh bên và mặt đáy bằng 600. Gọi M, N lần lượt là trung điểm AB, BC. Tính thể tích khối chóp S.ABC và khoảng cách từ C đến mặt phẳng (SMN).
*) Vì S.ABC là hình chóp đều nên ABC là tam giác đều tâm G và \(SG\perp (ABC)\Rightarrow V_{S.ABC}=\frac{1}{3}.SG.S_{ABC}\) Tam giác ABC đều cạnh a nên \(AN=\frac{a\sqrt{3}}{2}\Rightarrow S_{ABC}=\frac{a^2\sqrt{3}}{4}\) Có AG là hình chiếu của AS trên (ABC) nên góc giữa cạnh bên SA với đáy là \((SA,AG)=SAG=60^0\) (vì \(SA\perp AG\Rightarrow SAG\) nhọn)
Vì G là trọng tâm tam giác ABC nên \(AG=\frac{2}{3}AN=\frac{a\sqrt{3}}{3}\) Trong tam giác SAG có \(SG= AG.tan60^0= a\) Vậy \(V_{S.ABC}=\frac{1}{3}a.\frac{a^2\sqrt{3}}{4}=\frac{a^3\sqrt{3}}{12}\) Do G là trọng tâm tam giác ABC nên C, G, M thẳng hàng và CM = 3GM mà \(M \in (SMN)\) nên \(d_{(C,(SMN))}=3d_{(G,(SMN))}\) Ta có tam giác ABC đều nên \(SG\perp (ABC)\Rightarrow SG\perp MN\Rightarrow MN\perp (SGK)\) Trong (GKH), kẻ \(GH\perp SK\Rightarrow GH\perp MN\Rightarrow GH\perp (SMN),H\in SK\) \(\Rightarrow d_{(G,(SMN))}=GH\) Ta có \(BK=\frac{1}{2}AN;BG=AG=\frac{2}{3}AN\Rightarrow GK=\frac{2}{3}AN-\frac{1}{2}AN=\frac{1}{6}AN=\frac{a\sqrt{3}}{12}\) Trong tam giác vuông SGK có GH là đường cao nên \(\frac{1}{GH^2}=\frac{1}{SG^2}+\frac{1}{GK^2}=\frac{1}{a^2}+\frac{48}{a^2}=\frac{49}{a^2}\Rightarrow GH=\frac{a}{7}\) Vậy \(d_{(C,(SMN))}=3GH=\frac{3a}{7}\)