Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình chữ nhật, SA = a, AB = a, AC = 2a, SA vuông góc với mặt phẳng (ABCD). Gọi G là trọng tâm tam giác SAC .Tính theo a thể tích khối chóp S.ABCD và khoảng cách từ điểm A đến mặt phẳng (BGC).
Ta có \(BC=\sqrt{(2a)^2-a^2}=a\sqrt{3}\), diện tích hình chữ nhật ABCD là \(S_{ABCD}=a.a\sqrt{3}=a^2.\sqrt{3}\) Thể tích khối chóp là \(V=\frac{1}{3}SA.S_{ABCD}=\frac{a^3\sqrt{3}}{3}\) Gọi O là giao điểm của AC và BD, H là hình chiếu vuông góc của G lên mp(ABCD) thì ta có \(GH=\frac{1}{3}SA=\frac{a}{3}\), thể tích khối chóp G.ABC là \(V_{G.ABC}=\frac{1}{3}.GH.\frac{1}{2}.S_{ABCD}=\frac{a^3\sqrt{3}}{18}\) Mặt khác \(V_{G.ABC}=\frac{1}{3}.d_{(A,(BGC))}.S_{\Delta BGC}\Rightarrow d_{(A,(BGC))}=\frac{3V_{G.ABC}}{S_{\Delta BGC}}\) Xét tam giác BGC ta có \(BC=a\sqrt{3}, CH=CO+OH=\frac{4}{3}CO=\frac{4}{3}a\) nên \(CG=\sqrt{\left ( \frac{4a}{3} \right )^2+\left ( \frac{a}{3} \right )^2}=\frac{a\sqrt{17}}{3}\), gọi N là trung điểm SD do \(SB=\sqrt{a^2+a^2}=a\sqrt{2}\)
\(SD=\sqrt{a^2+3a^2}=2a\) nên \(BG=\frac{2}{3}BN=\frac{2}{3}\sqrt{\frac{2SA^2+2BD^2-SD^2}{4}}\)
\(\Rightarrow BG=\frac{2}{3}\sqrt{\frac{4a^2+8a^2-4a^2}{4}}=\frac{2a\sqrt{2}}{3}\) Áp dụng định lí cô sin trong tam giác BGC ta có \(cosB=\frac{\left ( \frac{2a\sqrt{a}}{3} \right )^2+3a^2-\frac{17a^2}{9}}{2.\frac{2a\sqrt{2}}{3}.a\sqrt{3}}=\frac{3}{\sqrt{2\sqrt{6}}}\Rightarrow sin B=\sqrt{1-\frac{9}{24}}=\sqrt{\frac{5}{8}}\) từ đó ta có \(S_{\Delta BGC}=\frac{1}{2}BG.BC.sinB=\frac{1}{2}.\frac{2a\sqrt{2}}{3}.a\sqrt{3}.\sqrt{\frac{5}{8}}=\frac{a^2\sqrt{15}}{6}\) Vậy \(d_{(A,(BGC))}=\frac{3.\frac{a^3\sqrt{3}}{18}}{\frac{a^2\sqrt{15}}{6}}=\frac{a\sqrt{5}}{5}\)