• Skip to main content
  • Skip to secondary menu
  • Bỏ qua primary sidebar
Sách Toán – Học toán

Sách Toán - Học toán

Giải bài tập Toán từ lớp 1 đến lớp 12, Học toán online và Đề thi toán

  • Môn Toán
  • Học toán
  • Sách toán
  • Đề thi
  • Ôn thi THPT Toán
  • Trắc nghiệm Toán 12
  • Máy tính

Bài 3: Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng – Hình học 11

Đăng ngày: 31/03/2022 Biên tập: admin Thuộc chủ đề:Toán lớp 11 Tag với:Học chương 3 hình học 11

adsense

1. Tóm tắt lý thuyết

1.1. Định nghĩa

Đường thẳng d được gọi là vuông góc với mặt phẳng \((\alpha)\) nếu d vuông góc với mọi đường thẳng a nằm trong mặt phẳng \((\alpha)\).

Bài 3: Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng - Hình học 11 1

Kí hiệu: \(d \bot \left( \alpha \right)\).

1.2. Điều kiện để đường thẳng vuông góc với mặt phẳng

– Định lí: Nếu một đường thẳng vuông góc với hai đường thẳng cắt nhau cùng thuộc một mặt phẳng thì nó vuông góc với mặt phẳng ấy.

– Hệ quả: Nếu một đường thẳng vuông góc với hai cạnh của một tam giác thì nó cũng vuông góc với cạnh thứ ba.

1.3. Tính chất 

– Tính chất 1: Có duy nhất một mặt phẳng đi qua một điểm cho trước và vuông góc với một đường thẳng cho trước.

Bài 3: Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng - Hình học 11 2

+ Mặt phẳng trung trực của một đoạn thẳng:

Mặt phẳng đi qua trung điểm I của đoạn thẳng AB và vuông góc với đường thẳng AB là mặt phẳng trung trực của đoạn thẳng AB.

Bài 3: Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng - Hình học 11 3

– Tính chất 2: Có duy nhất một đường thẳng đi qua một điểm và vuông góc với một mặt phẳng cho trước.

Bài 3: Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng - Hình học 11 4

1.4. Liên hệ giữa quan hệ song song và quan hệ vuông góc của đường thẳng và mặt phẳng

– Tính chất 1:

+ Mặt phẳng nào vuông góc với một trong hai đường thẳng song song thì cũng vuông góc với đường thẳng còn lại.

Bài 3: Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng - Hình học 11 5

+ Hai đường thẳng phân biệt cùng vuông góc với một mặt phẳng thì song song với nhau.

– Tính chất 2:

+ Cho hai mặt phẳng song song. Đường thẳng nào vuông góc với mặt phẳng này thì cũng vuông góc với mặt phẳng kia.

+ Hai mặt phẳng phân biệt cùng vuông góc với một đường thẳng thì song song với nhau.

Bài 3: Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng - Hình học 11 6

– Tính chất 3:

+ Cho đường thẳng a và mặt phẳng \((​\alpha)\) song song với nhau. Đường thẳng nào vuông góc với \((​\alpha)\) thì cũng vuông góc với a.

+ Nếu một đường thẳng và một mặt phẳng (không chứa đường thẳng đó) cùng vuông góc với một đường thẳng khác thì chúng song song với nhau.

Bài 3: Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng - Hình học 11 7

1.5. Phép chiếu vuông góc

a) Phép chiếu vuông góc

Cho đường thẳng \(\Delta \) vuông góc với mặt phẳng \((​\alpha)\). Phép chiếu song song theo phương của \(\Delta \) lên mặt phẳng \((​\alpha)\)  được gọi là phép chiếu vuông góc lên mặt phẳng \((​\alpha)\).

Bài 3: Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng - Hình học 11 8

b) Định lí ba đường vuông góc

Cho đường thẳng a nằm trong mặt phẳng \((​\alpha)\) và b là đường thẳng không thuộc \((​\alpha)\) đồng thời không vuông góc với \((​\alpha)\). Gọi b’ là hình chiếu vuông góc của b trên \((​\alpha)\). Khi đó a vuông góc với b khi và chỉ khi a vuông góc với b’.

c) Góc giữa đường thẳng và mặt phẳng

– Định nghĩa: 

Cho đường thẳng d và mặt phẳng \((​\alpha)\).

Trường hợp đường thẳng d vuông góc với mặt phẳng \((​\alpha)\) thì ta nói rằng góc giữa đường thẳng d và mặt phẳng \((​\alpha)\) bằng \(90^o\).

Trường hợp đường thẳng d không vuông góc với mặt phẳng \((\alpha)\) thì góc giữa d và hình chiếu d’ của nó trên \((​\alpha)\) gọi là góc giữa đường thẳng d và mặt phẳng \((​\alpha)\).

– Chú ý: Nếu \(\varphi \) là góc giữa đường thẳng d và mặt phẳng \((​\alpha)\) thì ta luôn có \({0^o} \le \varphi \le {90^o}\).

2. Bài tập minh họa

Bài 1: Cho hình chóp S.ABC có đáy là tam giác đều cạnh a, SA vuông góc với đáy, \(SA=\frac{{a\sqrt 3 }}{2}\). Gọi K, I là trung điểm của IS, CB. Chứng minh rằng AK \( \bot \) (SBC).

Hướng dẫn giải:

Bài 3: Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng - Hình học 11 9

Tam giác ABC có I là trung điểm BC \(\Rightarrow \) AI \( \bot \) BC (1).

Áp dung định lí Py – ta – go vào tam giác ABI ta tính được \(AI=\frac{{a\sqrt 3 }}{2}\).

Lại có SA \( \bot \) (ABC) \(\Rightarrow \) SA \( \bot \) BC (2).

Từ (1) và (2) suy ra BC \( \bot \) (SAI) \(\Rightarrow \) BC \( \bot \) AK (3).

Xét tam giác SAI có \(SA=AI=\frac{{a\sqrt 3 }}{2}\) nên tam giác SAI cân tại A.

Mà K là trung điểm IS nên AK \( \bot \) IS (4).

Từ (3) và (4) suy ra AK \( \bot \) (SBC).

Bài 2: Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình vuông cạnh a, SA = \(a\sqrt 6 \) và SA vuông góc với mặt đáy. Hãy xác định góc giữa:

a) SC và (ABCD).

b) SC và (SAB).

c) SB và (SAC).

d) AC và (SBC).

Hướng dẫn giải:

Bài 3: Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng - Hình học 11 10

a) Vì AC là hình chiếu vuông góc của SC lên (ABCD) nên góc giữa SC và (ABCD) là góc SCA.

Xét tam giác SCA, ta có:

\(\tan \widehat {SCA} = \frac{{SA}}{{SC}} = \sqrt 3 \).

Vậy (SC, (ABCD)) = \(\widehat {SCA}\) = \(60^o\).

b) Vì BC \( \bot \) (SAB) tại B nên SB là hình chiếu vuông góc của SC lên (SAB).

Do đó (SC, (SAB)) = (SC, SB) = \(\widehat {CSB}\).

Xét tam giác SCB, ta có:

\(\tan \widehat {CSB} = \frac{{BC}}{{SB}} = \frac{a}{{a\sqrt 7 }}=\frac{1}{{\sqrt 7 }}\).

Vậy (SC, (SAB)) = arctan \(\frac{1}{{\sqrt 7 }}\).

c) Vì BO \( \bot \) (SAC) tại O nên SO là hình chiếu vuông góc của SB lên (SAC).

Do đó (SB, (SAC)) = (SB, SO) = \(\widehat {BSO}\).

adsense

Xét tam giác SCB, ta có:

\(\sin \widehat {BSO} = \frac{{BO}}{{SB}} = \frac{{\frac{{a\sqrt 2 }}{2}}}{{a\sqrt 7 }} = \frac{1}{{\sqrt {14} }}\).

Vậy (SB, (SAC)) = acrsin \( \frac{1}{{\sqrt {14} }}\).

d) Gọi M là hình chiếu vuông góc của A lên SB.

Ta có AM \( \bot \) SB và AM \( \bot \) BC (vì BC \( \bot \) (SAB) và AM \( \subset \) (SAB)).

Nên AM \( \bot \) (SBC) tại M.

Do đó MC là hình chiếu vuông góc của AC lên (SBC). 

Suy ra (AC, (SBC)) = (AC, MC) = \(\widehat {ACM}\).

Xét tam giác SAB, ta có:

\(AM = \frac{{SA.AB}}{{SB}} = \frac{{a\sqrt 6 }}{{\sqrt 7 }}\).

Xét tam giác ACM, ta có:

\(\sin \widehat {ACM} = \frac{{MA}}{{AC}} = \frac{\sqrt {21}}{{7 }}\).

Vậy (AC, (SBC)) = arcsin \(\frac{\sqrt {21}}{{7 }}\).

3. Luyện tập

3.1. Bài tập tự luận

Bài 1: Cho hình vuông ABCD. Trên đường thẳng vuông góc với (ABCD) tại A ta lấy điểm S bất kì (S khác A). Gọi M, N, P là hình chiếu của điểm A lên SB, SC, SD. Chứng minh rằng:

a) CD \( \bot \) (SAD), BD \( \bot \) (SAC).

b) SC \( \bot \) (AMP).

c) MP \( \bot \) (SAC).

Bài 2: Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hinh vuông cạnh a, tâm giác SAB là tam giác đều, tam giác SCD là tam giác vuông tại S. Hai cạnh AB và CD có trung điểm lần lượt là K và H.

a) Tính độ dài các cạnh của tam giác SIJ. Chứng minh SK \( \bot \) (SCD), SH \( \bot \) (SAB).

b) Gọi I là hình chiếu của S trên IJ. Chứng minh SH \( \bot \) AC.

Bài 3: Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình vuông có cạnh bằng a, SA vuông góc với đáy và có độ dài bằng \(a\sqrt 6 \). Tính góc giữa SC với các mặt phẳng sau:

a) (ABCD).

b) (SBA).

c) (SBD).

Bài 4: Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình vuông cạnh a, SO vuông góc với đáy (O là giao điểm hai đường chéo). Gọi M, N là trung điểm của AS, BC. Biết rằng góc giữa MN và (ABCD) bằng \(60^o\).

a) Tính độ dài cạnh MN và SO.

b) Tính góc giữa MN và (SBD).

3.2. Bài tập trắc nghiệm

Bài 1: Cho hình chóp S.ABC có đáy ABC là tam giác cân tại C, SA vuông góc với (ABC). Gọi H, K lần lượt là trung điểm của AB và SB. Khẳng định nào dưới đây không đúng?

A. CH vuông góc với AK.

B. CH vuông góc với SB.

C. CH vuông góc với SA.

D.  AK vuông góc với SB.

Bài 2: Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình chữ nhật tâm O, SA vuông góc với mặt đáy, I là trung điểm của SC. Khẳng định nào dưới đây sai?

A. OI vuông góc với đáy.

B. Tam giác SCD vuông tại D.

C. BC vuông góc với SB.

D. (SAC) là mặt phẳng trung trực của BD.

Bài 3: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông tâm O, độ dài cạnh bằng a, SO vuông góc với đáy. M, N lần lượt là trung điểm của SA và BC. Tính góc giữa MN với (ABCD), biết \(MN = {a \sqrt{10} \over 2}\).

A. \(30^o\).

B. \(45^o\).

C. \(60^o\).

D. \(90^o\).

Bài 4: Cho hình lập phương ABCD.A’B’C’D’. Gọi \(\alpha\) là góc xen giữa AC’ và (A’BCD’). Chọn khẳng định đúng trong các khẳng định sau?

A. \(\alpha=30^o\).

B. \(\alpha=45^o\).

C. \(tan\ \alpha = \sqrt{2} \).

D. \(tan\ \alpha = {\sqrt{2} \over 3}\).

Bài 5: Cho hình chóp có đáy ABCD là hình vuông. Mặt bên SAB là tam giác đều có đường trung tuyến SH vuông góc với đáy. Gọi \(\alpha\) là góc giữa đường thẳng BD và mặt phẳng (SAD). Khẳng định nào sau đây là đúng?

A. \(\alpha=60^o\).

B. \(\alpha=30^o\).

C. \(\cos \alpha = \frac{{\sqrt 3 }}{{2\sqrt 2 }}\).

D. \(\sin \alpha = \frac{{\sqrt 3 }}{{2\sqrt 2 }}\).

Thuộc chủ đề:Toán lớp 11 Tag với:Học chương 3 hình học 11

Bài liên quan:

  1. Bài 5: Khoảng cách – Hình học 11
  2. Bài 4: Hai mặt phẳng vuông góc – Hình học 11
  3. Bài 2: Hai đường thẳng vuông góc – Hình học 11
  4. Bài 1. Vectơ trong không gian – Hình học 11

Reader Interactions

Trả lời Hủy

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Sidebar chính

MỤC LỤC

  • Học toán lớp 11




Booktoan.com (2015 - 2023) Học Toán online - Giải bài tập môn Toán, Sách giáo khoa, Sách tham khảo và đề thi Toán.
THÔNG TIN:
Giới thiệu - Liên hệ - Bản quyền - Sitemap - Quy định - Hướng dẫn.