Bài 12 trang 88 Toán 12 Tập 2 Cánh diều

Sổ tay toán lý hóa 12 chỉ từ 29k/cuốn

Giải Toán 12 Bài tập cuối chương 5 - Cánh diều

Bài 12 trang 88 Toán 12 Tập 2: Trong không gian với hệ trục toạ độ Oxyz, cho hình lập phương OBCD.O'B'C'D' có O(0; 0; 0), B(a; 0; 0), D(0; a; 0), O'(0; 0; a) với a > 0.

Quảng cáo

a) Chứng minh rằng đường chéo O'C vuông góc với mặt phẳng (OB'D').

b) Chứng minh rằng giao điểm của đường chéo O'C và mặt phẳng (OB'D') là trọng tâm của tam giác OB'D'.

c) Tính khoảng cách từ điểm B' đến mặt phẳng (C'BD).

d) Tính côsin góc giữa hai mặt phẳng (CO'D) và (C'BD).

Lời giải:

Gọi tọa độ điểm C là C(x_C; y_C; z_C). Ta có $\vec{O B} = (a; 0; 0), \vec{D C} = (x_{C}; y_{C} - a; z_{C})$ .

Vì OBCD.O'B'C'D' là hình lập phương nên OBCD là hình vuông, do đó ta có

$\vec{D C} = \vec{O B} \Leftrightarrow \{\begin{cases} x_{C} = a \\ y_{C} - a = 0 \\ z_{C} = 0 \end{cases} \Leftrightarrow \{\begin{cases} x_{C} = a \\ y_{C} = a \\ z_{C} = 0 \end{cases}$ .

Suy ra C(a; a; 0).

Gọi tọa độ điểm B' là B'(x_B'; y_B'; z_B'). Ta có $\vec{B B^{'}} = (x_{B^{'}} - a; y_{B^{'}}; z_{B^{'}}), \vec{O O^{'}} = (0; 0; a)$ .

Ta có $\vec{B B^{'}} = \vec{O O^{'}} \Leftrightarrow \{\begin{cases} x_{B^{'}} - a = 0 \\ y_{B^{'}} = 0 \\ z_{B^{'}} = a \end{cases} \Leftrightarrow \{\begin{cases} x_{B^{'}} = a \\ y_{B^{'}} = 0 \\ z_{B^{'}} = a \end{cases}$ . Suy ra B'(a; 0; a).

Gọi tọa độ điểm D' là D'(x_D'; y_D'; z_D'). Khi đó $\vec{D D^{'}} = (x_{D^{'}}; y_{D^{'}} - a; z_{D^{'}})$ .

Ta có $\vec{D D^{'}} = \vec{O O^{'}} \Leftrightarrow \{\begin{cases} x_{D^{'}} = 0 \\ y_{D^{'}} - a = 0 \\ z_{D^{'}} = a \end{cases} \Leftrightarrow \{\begin{cases} x_{D^{'}} = 0 \\ y_{D^{'}} = a \\ z_{D^{'}} = a \end{cases}$ . Suy ra D'(0; a; a).

a) Ta có $\vec{O B^{'}} = (a; 0; a), \vec{O D^{'}} = (0; a; a)$ .

Xét vectơ $\vec{n_{1}} = [\vec{O B^{'}}, \vec{O D^{'}}] = (|\begin{matrix} 0 & a \\ a & a \end{matrix}|; |\begin{matrix} a & a \\ a & 0 \end{matrix}|; |\begin{matrix} a & 0 \\ 0 & a \end{matrix}|) = (- a^{2}; - a^{2}; a^{2})$ .

Khi đó $\vec{n_{1}}$ là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (OB'D').

Lại có $\vec{O^{'} C} = (a; a; - a)$ . Ta có $\vec{n_{1}} = - a \vec{O^{'} C}$ , suy ra hai vectơ $\vec{n_{1}}, \vec{O^{'} C}$ cùng phương.

Do đó, $\vec{O^{'} C}$ cũng là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (OB'D').

Vậy đường chéo O'C vuông góc với mặt phẳng (OB'D').

b) Phương trình tổng quát của mặt phẳng (OB'D') đi qua điểm O và nhận $\vec{O^{'} C}$ làm vectơ pháp tuyến là: a(x – 0) + a(y – 0) – a(z – 0) = 0 ⇔ x + y – z = 0 (do a > 0).

Phương trình tham số của đường thẳng O'C đi qua đi qua điểm O'(0; 0; a) và nhận $\vec{u_{O^{'} C}} = \frac{1}{a} \vec{O^{'} C} = (1; 1; - 1)$ làm vectơ chỉ phương là: $\{\begin{cases} x = t \\ y = t \\ z = a - t \end{cases}$ (t là tham số).

Gọi G là giao điểm của đường chéo O'C và mặt phẳng (OB'D').

Vì G ∈ O'C nên gọi tọa độ điểm G là G(t; t; a – t).

Mà G ∈ (OB'D') nên ta có t + t – (a – t) = 0, suy ra t = $\frac{a}{3}$ . Do đó $G (\frac{a}{3}; \frac{a}{3}; \frac{2 a}{3})$ .

Tọa độ trọng tâm G' của tam giác OB'D': $\frac{0 + a + 0}{3} = \frac{a}{3}; \frac{0 + 0 + a}{3} = \frac{a}{3}; \frac{0 + a + a}{3} = \frac{2 a}{3}$ .

Suy ra $G^{'} (\frac{a}{3}; \frac{a}{3}; \frac{2 a}{3})$ . Do đó, G ≡ G'.

Vậy giao điểm của đường chéo O'C và mặt phẳng (OB'D') là trọng tâm của tam giác OB'D'.

c) Gọi tọa độ điểm C' là C'(x_C'; y_C'; z_C'). Khi đó $\vec{C C^{'}} = (x_{C^{'}} - a; y_{C^{'}} - a; z_{C^{'}})$ .

Ta có $\vec{C C^{'}} = \vec{O O^{'}} \Leftrightarrow \{\begin{cases} x_{C^{'}} - a = 0 \\ y_{C^{'}} - a = 0 \\ z_{C^{'}} = a \end{cases} \Leftrightarrow \{\begin{cases} x_{C^{'}} = a \\ y_{C^{'}} = a \\ z_{C^{'}} = a \end{cases}$ . Suy ra C'(a; a; a).

Ta có $\vec{C^{'} B} = (0; - a; - a), \vec{C^{'} D} = (- a; 0; - a)$ .

Xét vectơ $\vec{n_{2}} = [\vec{C^{'} B}, \vec{C^{'} D}] = (|\begin{matrix} - a & - a \\ 0 & - a \end{matrix}|; |\begin{matrix} - a & 0 \\ - a & - a \end{matrix}|; |\begin{matrix} 0 & - a \\ - a & 0 \end{matrix}|) = (a^{2}; a^{2}; - a^{2})$ .

Khi đó, $\vec{n_{3}} = \frac{1}{a^{2}} \vec{n_{2}} = (1; 1; - 1)$ là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (C'BD).

Phương trình tổng quát của mặt phẳng (C'BD) là:

(x – a) + (y – a) – (z – a) = 0 ⇔ x + y – z – a = 0.

Khoảng cách từ điểm B' đến mặt phẳng (C'BD) là:

d(B', (C'BD)) = $\frac{|a + 0 - a - a|}{\sqrt{1^{2} + 1^{2} + {(- 1)}^{2}}} = \frac{a}{\sqrt{3}}$ (do a > 0).

d) Ta có $\vec{O^{'} C} = (a; a; - a), \vec{O^{'} D} = (0; a; - a)$ .

Xét vectơ $\vec{n_{4}} = [\vec{O^{'} C}, \vec{O^{'} D}] = (|\begin{matrix} a & - a \\ a & - a \end{matrix}|; |\begin{matrix} - a & a \\ - a & 0 \end{matrix}|; |\begin{matrix} a & a \\ 0 & a \end{matrix}|) = (0; a^{2}; a^{2})$ .

Khi đó, $\vec{n_{5}} = \frac{1}{a^{2}} \vec{n_{4}} = (0; 1; 1)$ là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (CO'D).

Ta có cos ((CO'D), (C'BD)) = $\frac{|1 \cdot 0 + 1 \cdot 1 + (- 1) \cdot 1|}{\sqrt{1^{2} + 1^{2} + {(- 1)}^{2}} \cdot \sqrt{0^{2} + 1^{2} + 1^{2}}} = 0$

Quảng cáo

Lời giải bài tập Toán 12 Bài tập cuối chương 5 hay, chi tiết khác:

Quảng cáo

Xem thêm lời giải bài tập Toán lớp 12 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Xem thêm các tài liệu học tốt lớp 12 hay khác:

Tài liệu cho giáo viên: Giáo án, powerpoint, đề thi giữa kì cuối kì, đánh giá năng lực, thi thử THPT, HSG, chuyên đề, bài tập cuối tuần..... độc quyền VietJack, giá hợp lí

Sách VietJack thi THPT quốc gia 2025 cho học sinh 2k7:

ĐỀ THI, GIÁO ÁN, GÓI THI ONLINE DÀNH CHO GIÁO VIÊN VÀ PHỤ HUYNH LỚP 12

Bộ giáo án, đề thi, bài giảng powerpoint, khóa học dành cho các thầy cô và học sinh lớp 12, đẩy đủ các bộ sách cánh diều, kết nối tri thức, chân trời sáng tạo tại https://tailieugiaovien.com.vn/ . Hỗ trợ zalo VietJack Official