Bài 23: ĐT vuông góc với MP
Lý thuyết chi tiết và bài tập có lời giải Bài 23: ĐT vuông góc với MP — SGK Toán 11 Kết nối tri thức.
I. Định nghĩa đường thẳng vuông góc với mặt phẳng
Đường thẳng $d$ gọi là vuông góc với mặt phẳng $(P)$ nếu $d$ vuông góc với mọi đường thẳng $a$ nằm trong $(P)$. Kí hiệu $d \perp (P)$.
$$d \perp (P) \Leftrightarrow d \perp a, \forall a \subset (P)$$II. Điều kiện đường thẳng vuông góc với mặt phẳng
Nếu một đường thẳng $d$ vuông góc với hai đường thẳng cắt nhau $a$ và $b$ cùng thuộc mặt phẳng $(P)$ thì đường thẳng $d$ vuông góc với mặt phẳng $(P)$.
$$\begin{cases} a, b \subset (P), a \cap b = \{O\} \\ d \perp a \\ d \perp b \end{cases} \Rightarrow d \perp (P)$$III. Tính chất & Liên hệ với quan hệ song song
- Cho $a // b$: $a \perp (P) \Rightarrow b \perp (P)$.
- Cho $(P) // (Q)$: $a \perp (P) \Rightarrow a \perp (Q)$.
- Cho $a, b \perp (P)$: $a // b$ (nếu $a, b$ phân biệt).
IV. Định lí ba đường vuông góc
Cho đường thẳng $a$ không vuông góc với $(P)$ và đường thẳng $b$ nằm trong $(P)$. Gọi $a'$ là hình chiếu vuông góc của $a$ trên $(P)$. Khi đó $b$ vuông góc với $a$ khi và chỉ khi $b$ vuông góc với $a'$.
$$b \perp a \Leftrightarrow b \perp a'$$🔷 Dạng 1: Chứng minh đường thẳng vuông góc mặt phẳng
- Tìm 2 đường thẳng $a, b$ cắt nhau nằm trong mặt phẳng $(P)$.
- Chứng minh $d \perp a$ và $d \perp b$.
Cho hình chóp $S.ABCD$ có $SA \perp (ABCD)$ và đáy $ABCD$ là hình vuông. Chứng minh $BC \perp (SAB)$.
Xem lời giải
• Do $ABCD$ là hình vuông $\Rightarrow BC \perp AB$ (1).
• Do $SA \perp (ABCD)$ mà $BC \subset (ABCD) \Rightarrow SA \perp BC$, hay $BC \perp SA$ (2).
• Từ (1) và (2), do $AB, SA \subset (SAB)$ và cắt nhau tại $A \Rightarrow BC \perp (SAB)$ (ĐPCM).
Cho hình chóp $S.ABCD$ có đáy $ABCD$ là hình vuông tâm $O$, $SA = SB = SC = SD$. Chứng minh $SO \perp (ABCD)$.
Xem lời giải
• $\triangle SAC$ cân tại $S$ ($SA = SC$) có $O$ là trung điểm $AC \Rightarrow SO \perp AC$.
• $\triangle SBD$ cân tại $S$ ($SB = SD$) có $O$ là trung điểm $BD \Rightarrow SO \perp BD$.
Mà $AC, BD \subset (ABCD)$ và $AC \cap BD = \{O\} \Rightarrow SO \perp (ABCD)$.
📝 Thực hành — Dạng 1
Cho $S.ABCD$ có $SA \perp (ABCD)$, $ABCD$ là hình vuông. Chứng minh $CD \perp (SAD)$.
Xem lời giải
$CD \perp AD$ và $CD \perp SA \Rightarrow CD \perp (SAD)$.
Cho $S.ABC$ có $SA \perp (ABC)$, $\triangle ABC$ vuông tại $B$. Kẻ $AH \perp SB$. Chứng minh $AH \perp (SBC)$.
Xem lời giải
• $BC \perp (SAB) \Rightarrow BC \perp AH$.
• $AH \perp SB$ và $AH \perp BC \Rightarrow AH \perp (SBC)$.
🔷 Dạng 2: Chứng minh hai đường thẳng vuông góc
Để chứng minh $a \perp b$, ta chứng minh $a \perp (P)$ chứa $b$ (hoặc ngược lại $b \perp (Q)$ chứa $a$).
Cho hình chóp $S.ABCD$ có $SA \perp (ABCD)$ và $ABCD$ là hình vuông. Chứng minh $BD \perp SC$.
Xem lời giải
• $BD \perp AC$ (hai đường chéo hình vuông).
• $BD \perp SA$ (vì $SA \perp (ABCD)$).
Suy ra $BD \perp (SAC)$. Vì $SC \subset (SAC) \Rightarrow BD \perp SC$.
Cho $S.ABC$ có $SA \perp (ABC)$, tam giác $ABC$ cân tại $A$. Gọi $M$ là trung điểm $BC$. Chứng minh $BC \perp SM$.
Xem lời giải
• $BC \perp AM$ (trung tuyến tam giác cân).
• $BC \perp SA$ (do $SA \perp (ABC)$).
Suy ra $BC \perp (SAM) \Rightarrow BC \perp SM$.
📝 Thực hành — Dạng 2
Cho $S.ABCD$ có $SA \perp (ABCD)$, $ABCD$ là hình thoi tâm $O$. Chứng minh $AC \perp SBD$.
Xem lời giải
$AC \perp BD$ và $AC \perp SA \Rightarrow AC \perp (SBD) \Rightarrow AC \perp SD$.
Cho tứ diện $OABC$ có $OA, OB, OC$ đôi một vuông góc. Chứng minh $OA \perp BC$.
Xem lời giải
$OA \perp OB$ và $OA \perp OC \Rightarrow OA \perp (OBC) \Rightarrow OA \perp BC$.
🔷 Dạng 3: Sử dụng định lí ba đường vuông góc
Xác định hình chiếu $a'$ của $a$ trên mặt phẳng $(P)$. Khi đó $b \subset (P)$ vuông góc với $a \Leftrightarrow b \perp a'$.
Cho hình chóp $S.ABC$ có $SA \perp (ABC)$, tam giác $ABC$ vuông tại $B$. Chứng minh $BC \perp SB$.
Xem lời giải
• Hình chiếu của $SB$ trên $(ABC)$ chính là đường thẳng $AB$ (vì $SA \perp (ABC)$).
• Đường thẳng $BC \subset (ABC)$ vuông góc với $AB$.
• Theo định lí ba đường vuông góc $\Rightarrow BC \perp SB$.
Cho $SA \perp (ABCD)$ đáy là hình chữ nhật. Chứng minh $CD \perp SD$.
Xem lời giải
Hình chiếu của $SD$ trên $(ABCD)$ là $AD$. Vì $CD \perp AD \Rightarrow CD \perp SD$.
📝 Thực hành — Dạng 3
Áp dụng định lý ba đường vuông góc tìm hình chiếu của $SC$ trên $(ABCD)$ khi $SA \perp (ABCD)$.
Xem lời giải
Hình chiếu của $S$ là $A$, của $C$ là $C \Rightarrow$ là đường thẳng $AC$.
Cho $SA \perp (ABC)$. Tìm điều kiện cần và đủ để $BC \perp SB$.
Xem lời giải
$BC \perp AB$ (tức $\triangle ABC$ vuông tại $B$).
🔷 Dạng 4: Bài toán thiết diện qua đường vuông góc
Dựng mặt phẳng $(\alpha)$ qua một điểm cho trước và vuông góc với đường thẳng $d$. Tìm giao tuyến của $(\alpha)$ với các mặt của hình chóp/tứ diện.
Cho $S.ABC$ có $SA \perp (ABC)$, $\triangle ABC$ vuông tại $B$. Mặt phẳng $(\alpha)$ qua $A$ vuông góc với $SB$. Xác định thiết diện của $S.ABC$ cắt bởi $(\alpha)$.
Xem lời giải
• Trong $(SAB)$, kẻ $AH \perp SB \Rightarrow AH \subset (\alpha)$.
• Do $BC \perp (SAB) \Rightarrow BC \perp SB$. Trong $(SBC)$, kẻ $HK // BC$ ($K \in SC$) $\Rightarrow HK \perp SB$.
• Thiết diện là tam giác $AHK$.
Tam giác $AHK$ ở ví dụ trên có vuông tại $H$ không?
Xem lời giải
Có. Vì $AH \perp (SBC) \Rightarrow AH \perp HK \Rightarrow \triangle AHK$ vuông tại $H$.
📝 Thực hành — Dạng 4
Qua $A$ dựng $(\alpha) \perp SA$. Thiết diện của $S.ABC$ cắt bởi $(\alpha)$ là hình gì?
Xem lời giải
Chính là mặt phẳng đáy $(ABC)$ (thiết diện là tam giác $ABC$).
Nếu $d \perp (P)$ và $e // d$ thì $e$ có mối quan hệ gì với $(P)$?
Xem lời giải
$e \perp (P)$.
📝 Bài tập tự luận — Tổng hợp
Bài 1. Phát biểu điều kiện để đường thẳng vuông góc với mặt phẳng.
Xem lời giải
Vuông góc với 2 đường thẳng cắt nhau nằm trong mặt phẳng đó.
Bài 2. Cho $S.ABC$ có $SA \perp (ABC)$, $\triangle ABC$ vuông tại $C$. Chứng minh $SC \perp BC$.
Xem lời giải
$BC \perp AC$ và $BC \perp SA \Rightarrow BC \perp (SAC) \Rightarrow BC \perp SC$.
Bài 3. Cho $S.ABCD$ đáy hình vuông, $SA \perp (ABCD)$. Chứng minh $BD \perp (SAC)$.
Xem lời giải
$BD \perp AC$ và $BD \perp SA \Rightarrow BD \perp (SAC)$.
Bài 4. Phát biểu định lí ba đường vuông góc.
Xem lời giải
$b \perp a \Leftrightarrow b \perp a'$ (với $a'$ là hình chiếu của $a$ trên $(P)$, $b \subset (P)$).
Bài 5. Cho hình lập phương $ABCD.A'B'C'D'$. Chứng minh $AA' \perp (ABCD)$.
Xem lời giải
$AA' \perp AB$ và $AA' \perp AD \Rightarrow AA' \perp (ABCD)$.
Bài 6. Cho tứ diện $OABC$ có $OA, OB, OC$ đôi một vuông góc. Chứng minh $OA \perp (OBC)$.
Xem lời giải
$OA \perp OB$ và $OA \perp OC \Rightarrow OA \perp (OBC)$.
Bài 7. Có bao nhiêu mặt phẳng đi qua 1 điểm cho trước và vuông góc với 1 đường thẳng cho trước?
Xem lời giải
Duy nhất 1 mặt phẳng.
Bài 8. Cho $SA \perp (ABCD)$, $ABCD$ hình chữ nhật. Gọi $H$ là hình chiếu của $A$ trên $SB$. Chứng minh $AH \perp (SBC)$.
Xem lời giải
$BC \perp (SAB) \Rightarrow BC \perp AH$. Mà $AH \perp SB \Rightarrow AH \perp (SBC)$.
Bài 9. Nếu $a \perp (P)$ và $b \perp (P)$ thì vị trí tương đối giữa $a$ và $b$ là gì?
Xem lời giải
Song song với nhau (nếu $a, b$ phân biệt) hoặc trùng nhau.
Bài 10. Trong hình chóp $S.ABCD$ có $SO \perp (ABCD)$ với $O$ là giao điểm 2 đường chéo hình vuông $ABCD$. So sánh độ dài các cạnh bên $SA, SB, SC, SD$.
Xem lời giải
Bằng nhau: $SA = SB = SC = SD$.
🎯 Bài tập trắc nghiệm tự luyện
Làm các câu hỏi sau để củng cố toàn bộ kiến thức về Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng. Hệ thống sẽ hiển thị kết quả và lời giải chi tiết ngay khi bạn trả lời.
Ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng
Hàng trăm câu hỏi ngẫu nhiên từ ngân hàng đề — kiểm tra và tự đánh giá năng lực ngay!
🚀 Làm bài trắc nghiệm →