Giải Toán 11 Bài 22: Hai đường thẳng vuông góc
Lời giải:
Bài học này sẽ giúp chúng ta tìm hiểu về góc giữa hai đường thẳng chéo nhau.
1. Góc giữa hai đường thẳng
a) Mỗi cặp đường thẳng a, a' và b, b' có cùng thuộc một mặt phẳng hay không?
b) Lấy các điểm A, B (khác O) tương ứng thuộc a, b. Đường thẳng qua A song song với OO' cắt a' tại A', đường thẳng qua B song song với OO' cắt b' tại B'. Giải thích vì sao OAA'O'; OBB'O'; ABB'A' là các hình bình hành.
c) So sánh góc giữa hai đường thẳng a, b và góc giữa hai đường thẳng a', b'.
(Gợi ý: Áp dụng định lí côsin cho các tam giác OAB, O'A'B' ).
Lời giải:
a) Mỗi cặp đường thẳng a, a' và b, b' cùng thuộc một mặt phẳng vì a // a' và b // b'.
b) Có a // a' nên OA // O'A'.
Vì OA // O'A' và AA' // OO' nên OAA'O' là hình bình hành.
Có b // b' nên OB // O'B'.
Vì OB // O'B' và BB' // OO' nên OBB'O' là hình bình hành.
Vì OAA'O' là hình bình hành nên AA' = OO', OBB'O' là hình bình hành nên BB' = OO', suy ra AA' = BB'.
Vì AA' // OO' và BB' // OO' nên BB' // AA'.
Vì AA' = BB' và BB' // AA' nên ABB'A' là hình bình hành.
c) Ta có góc giữa hai đường thẳng a, b là và góc giữa hai đường thẳng a', b' là .
Vì OAA'O' là hình bình hành nên OA = O'A'.
Vì OBB'O' là hình bình hành nên OB = O'B'.
Vì ABB'A' là hình bình hành nên AB = A'B'.
Do đó DOAB và DO'A'B' có các cạnh tương ứng bằng nhau.
Áp dụng định lí côsin cho DOAB có: .
Áp dụng định lí côsin cho DO'A'B' có: .
Do DOAB và DO'A'B' có các cạnh tương ứng bằng nhau nên .
Vậy góc giữa hai đường thẳng a, b và góc giữa hai đường thẳng a', b' bằng nhau.
Lời giải:
Nếu a song song hoặc trùng với a' và b song song hoặc trùng với b' thì (a, b) = (a', b').
Tính (gần đúng) góc tạo bởi cạnh bên SC và cạnh đáy AB của kim tự tháp
Lời giải:
Vì ABCD là hình vuông nên AB // CD.
Khi đó (SC, AB) = (SC, CD) = .
Gọi H là trung điểm của CD, suy ra (m).
Vì tam giác SCD có SC = SD nên tam giác SCD cân tại S mà SH là trung tuyến nên SH là đường cao.
Xét tam giác SHC vuông tại H có:
.
Vậy góc tạo bởi cạnh bên SC và cạnh đáy AB của kim tự tháp khoảng 58,3°.
2. Hai đường thẳng vuông góc
Lời giải:
Vì khuôn cửa và hai cánh cửa là các hình chữ nhật hay ABCD và MNPQ là các hình chữ nhật nên BC // AD mà AD // MQ. Do đó BC // MQ.
Khi đó (BC, MN) = (MQ, MN) = .
Do MNPQ là hình chữ nhật nên .
Vậy góc giữa hai đường mép cửa BC và MN bằng 90°.
Lời giải:
Vì a ^ b nên (a, b) = 90° mà b // c nên (a, b) = (a, c) = 90°. Vậy a ^ c.
Lời giải:
Xét tam giác ABC có M là trung điểm của AB, N là trung điểm của AC nên MN là đường trung bình của tam giác ABC, suy ra MN // BC.
Xét tam giác ACD có N là trung điểm của AC, P là trung điểm của CD nên NP là đường trung bình của tam giác ACD, suy ra NP // AD.
Khi đó (AD, BC) = (NP, MN) = .
Do tam giác MNP vuông tại N nên .
Vậy AD và BC vuông góc với nhau.
Nếu D Î (ABC) thì A Î (MNP) (vô lí).
Do đó D Ï (ABC) nên AD và BC chéo nhau.
Bài tập
Lời giải:
Do ABC.A'B'C' là hình lăng trụ nên các mặt bên là hình bình hành.
Do ABB'A' là hình bình hành nên AB // A'B'.
Khi đó (AB, B'C') = (A'B', B'C') = .
Do tam giác A'B'C' là tam giác đều nên .
Vậy (AB, B'C') = 60°.
Lời giải:
Vì hình hộp ABCD.A'B'C'D' có các cạnh bằng nhau nên các mặt của hình hộp là hình thoi.
Vì ABB'A' là hình thoi nên AB' ^ A'B.
Có CB // A'D' và CB = A'D' (do cùng song song và bằng AD). Do đó CBA'D' là hình bình hành, suy ra CD' // BA'.
Khi đó (CD', AB') = (BA', AB') = 90°.
Vậy CD' và AB' vuông góc với nhau.
Vì ADD'A' là hình thoi nên AD' ^ A'D.
Có CD // A'B' và CD = A'B' (vì CD, A'B' cùng song song và bằng AB) nên CDA'B' là hình bình hành, suy ra CB' // DA'.
Khi đó (CB', AD') = (DA', AD') = 90°.
Vậy CB' và AD' vuông góc với nhau.
Do ABCD là hình thoi nên AC ^ BD.
Vì BB' // DD' và BB' = DD' (do BB', DD' cùng song song và bằng AA' ) nên BDD'B' là hình bình hành, suy ra BD // B'D'.
Khi đó (AC, B'D') = (AC, BD) = 90°.
Vậy AC và B'D' vuông góc với nhau.
Bài 7.3 trang 30 Toán 11 Tập 2: Cho tứ diện ABCD có .
a) Gọi M, N tương ứng là trung điểm của AB, AD. Chứng minh rằng MN vuông góc với BC.
b) Gọi G, K tương ứng là trọng tâm của các tam giác ABC, ACD. Chứng minh rằng GK vuông góc với BC.
Lời giải:
a) Xét tam giác ABD, có M là trung điểm của AB, N là trung điểm của AD nên MN là đường trung bình của tam giác ABD, suy ra MN // BD.
Khi đó (MN, BC) = (BD, BC) = .
Vậy MN vuông góc với BC.
b) Gọi AG cắt BC tại E, suy ra E là trung điểm BC, AK cắt CD tại F, suy ra F là trung điểm CD.
Vì G là trọng tâm tam giác ABC nên , K là trọng tâm tam giác ACD nên .
Xét tam giác AEF có nên GK // EF.
Xét tam giác BCD có E, F lần lượt là trung điểm của BC, CD nên EF là đường trung bình, suy ra EF // BD.
Vì GK // EF và EF // BD nên GK // BD mà BD ^ BC nên GK ^ BC.
Lời giải:
Những cặp đường thẳng sau vuông góc với nhau: hoành (1) và quá giang (2); hoành (1) và rui (4); hoành (1) và cột (5); quá giang (2) và xà cái (3); quá giang (2) và cột (5); xà cái (3) và rui (4); xà cái (3) và cột (5).
Xem thêm các bài giải SGK Toán 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác: