🛠️ Công cụ

Bài 25: Hai mặt phẳng vuông góc

Lý thuyết chi tiết và bài tập có lời giải Bài 25: Hai mặt phẳng vuông góc — SGK Toán 11 Kết nối tri thức.

📖 Lý thuyết✍️ Dạng toán & bài tập🎯 Trắc nghiệm

I. Góc giữa hai mặt phẳng & Góc phẳng nhị diện

📌 Định nghĩa & Xác định Góc phẳng nhị diện

Cho hai mặt phẳng $(P)$ và $(Q)$ cắt nhau theo giao tuyến $c$. Cho điểm $I \in c$, trong $(P)$ kẻ $a \perp c$ tại $I$, trong $(Q)$ kẻ $b \perp c$ tại $I$.

Góc $\widehat{aIb}$ gọi là góc phẳng nhị diện giữa hai mặt phẳng $(P)$ và $(Q)$.

$$\cos((P), (Q)) = \cos(a, b) = \dfrac{|\vec{n}_P \cdot \vec{n}_Q|}{|\vec{n}_P| \cdot |\vec{n}_Q|}$$

II. Điều kiện hai mặt phẳng vuông góc

⚡ Định lí điều kiện $(P) \perp (Q)$

Hai mặt phẳng được gọi là vuông góc với nhau nếu góc giữa chúng bằng $90^\circ$. Kí hiệu $(P) \perp (Q)$.

Định lí: Mặt phẳng $(P)$ vuông góc với $(Q)$ khi và chỉ khi $(P)$ chứa một đường thẳng $d$ vuông góc với $(Q)$.

$$\begin{cases} d \subset (P) \\ d \perp (Q) \end{cases} \Rightarrow (P) \perp (Q)$$

III. Tính chất hai mặt phẳng vuông góc

📋 Các tính chất quan trọng
  • Nếu $(P) \perp (Q)$ theo giao tuyến $c$, đường thẳng $a \subset (P)$ mà $a \perp c$ thì $a \perp (Q)$.
  • Nếu hai mặt phẳng $(P)$ và $(Q)$ cắt nhau cùng vuông góc với $(R)$ thì giao tuyến $d = (P) \cap (Q)$ vuông góc với $(R)$.

🔷 Dạng 1: Chứng minh hai mặt phẳng vuông góc

📌 Phương pháp giải
  1. Tìm một đường thẳng $d$ nằm trong mặt phẳng $(P)$.
  2. Chứng minh $d \perp (Q)$. Từ đó suy ra $(P) \perp (Q)$.
🔍 Ví dụ 1

Cho hình chóp $S.ABCD$ có $SA \perp (ABCD)$, đáy $ABCD$ là hình vuông. Chứng minh $(SAB) \perp (SBC)$.

💡 Xem lời giải

• Đã chứng minh ở Bài 23: $BC \perp (SAB)$.

• Vì $BC \subset (SBC)$ nên $(SBC) \perp (SAB)$ (ĐPCM).

🔍 Ví dụ 2

Cho hình chóp $S.ABCD$ có $SA \perp (ABCD)$, $ABCD$ là hình vuông. Chứng minh $(SAC) \perp (SBD)$.

💡 Xem lời giải

• $BD \perp AC$ (hai đường chéo hình vuông) và $BD \perp SA$ (do $SA \perp (ABCD)$).

• Suy ra $BD \perp (SAC)$. Mà $BD \subset (SBD) \Rightarrow (SBD) \perp (SAC)$ (ĐPCM).

📝 Thực hành — Dạng 1

✏️ Bài tập 1.1

Cho $S.ABCD$ có $SA \perp (ABCD)$, đáy là hình chữ nhật. Chứng minh $(SAD) \perp (SCD)$.

💡 Xem lời giải

$CD \perp (SAD)$ và $CD \subset (SCD) \Rightarrow (SCD) \perp (SAD)$.

✏️ Bài tập 1.2

Cho tứ diện $OABC$ có $OA, OB, OC$ đôi một vuông góc. Chứng minh $(OAB) \perp (OBC)$.

💡 Xem lời giải

$OA \perp (OBC)$ mà $OA \subset (OAB) \Rightarrow (OAB) \perp (OBC)$.


🔷 Dạng 2: Tính góc giữa hai mặt phẳng

📌 Phương pháp giải
  1. Tìm giao tuyến $c = (P) \cap (Q)$.
  2. Hạ $AH \perp (Q)$ tại $H$. Từ $H$ kẻ $HI \perp c$ tại $I$. Khi đó $AI \perp c$.
  3. Góc cần tính là góc $\widehat{AIH}$.
🔍 Ví dụ 1

Cho $S.ABC$ có $SA \perp (ABC)$, $SA = a\sqrt{3}$, $\triangle ABC$ vuông tại $B$ có $AB = a$. Tính góc giữa $(SBC)$ và $(ABC)$.

💡 Xem lời giải

• Giao tuyến $(SBC) \cap (ABC) = BC$.

• $AB \perp BC$ và $SB \perp BC \Rightarrow$ Góc phẳng nhị diện là $\widehat{SBA}$.

• $\tan \widehat{SBA} = \dfrac{SA}{AB} = \dfrac{a\sqrt{3}}{a} = \sqrt{3} \Rightarrow \widehat{SBA} = 60^\circ$.

🔍 Ví dụ 2

Cho $S.ABCD$ đáy hình vuông cạnh $a$, $SA \perp (ABCD), SA = a$. Tính góc giữa $(SCD)$ và $(ABCD)$.

💡 Xem lời giải

• Giao tuyến $CD$. $AD \perp CD, SD \perp CD \Rightarrow$ Góc là $\widehat{SDA}$.

• $\tan \widehat{SDA} = \dfrac{SA}{AD} = \dfrac{a}{a} = 1 \Rightarrow \widehat{SDA} = 45^\circ$.

📝 Thực hành — Dạng 2

✏️ Bài tập 2.1

Cho $S.ABCD$ đáy hình vuông cạnh $a$, $SA = a\sqrt{3}$, $SA \perp (ABCD)$. Tính góc giữa $(SCD)$ và $(ABCD)$.

💡 Xem lời giải

$\tan \alpha = SA/AD = \sqrt{3} \Rightarrow \alpha = 60^\circ$.

✏️ Bài tập 2.2

Cho hình chóp đều $S.ABC$ có góc giữa mặt bên và mặt đáy bằng $60^\circ$. Chiều cao $h = a\sqrt{3}$. Tính bán kính đường tròn nội tiếp tam giác đáy.

💡 Xem lời giải

$\tan 60^\circ = \dfrac{h}{r} \Rightarrow r = \dfrac{a\sqrt{3}}{\sqrt{3}} = a$.


🔷 Dạng 3: Dựng đường cao từ 2 MP vuông góc

📌 Phương pháp giải

Khi $(P) \perp (Q)$ theo giao tuyến $c$, từ một điểm $S \in (P)$, kẻ $SH \perp c$ ($H \in c$). Khi đó $SH \perp (Q)$ chính là đường cao của hình chóp.

🔍 Ví dụ 1

Cho hình chóp $S.ABC$ có $(SAB) \perp (ABC)$, tam giác $SAB$ đều cạnh $a$, tam giác $ABC$ vuông tại $C$. Tính chiều cao của hình chóp.

💡 Xem lời giải

• Giao tuyến $(SAB) \cap (ABC) = AB$.

• Gọi $H$ là trung điểm $AB$. Vì $\triangle SAB$ đều nên $SH \perp AB$.

• Do $(SAB) \perp (ABC) \Rightarrow SH \perp (ABC)$. Chiều cao $h = SH = \dfrac{a\sqrt{3}}{2}$.

🔍 Ví dụ 2

Cho $S.ABCD$ có $(SAD) \perp (ABCD)$, $\triangle SAD$ cân tại $S$. Kẻ $SH \perp AD$. Chứng minh $SH \perp (ABCD)$.

💡 Xem lời giải

Giao tuyến là $AD$. Vì $(SAD) \perp (ABCD)$ và $SH \perp AD \Rightarrow SH \perp (ABCD)$.

📝 Thực hành — Dạng 3

✏️ Bài tập 3.1

Cho $S.ABC$ có $(SBC) \perp (ABC)$, $\triangle SBC$ vuông cân tại $S$ cạnh $BC = 2a$. Tính chiều cao $SH$.

💡 Xem lời giải

Trung tuyến $SH = \dfrac{1}{2} BC = a$.

✏️ Bài tập 3.2

Cho hai mặt phẳng $(P), (Q)$ cùng vuông góc với $(R)$ cắt nhau theo giao tuyến $d$. Vị trí tương đối giữa $d$ và $(R)$ là gì?

💡 Xem lời giải

$d \perp (R)$.


🔷 Dạng 4: Góc trong lăng trụ đứng & hình hộp

📌 Phương pháp giải

Trong lăng trụ đứng, các mặt bên luôn vuông góc với hai mặt phẳng đáy.

🔍 Ví dụ 1

Cho lăng trụ đứng $ABC.A'B'C'$ có đáy $ABC$ vuông cân tại $A$. Chứng minh $(ACC'A') \perp (ABB'A')$.

💡 Xem lời giải

• $AC \perp AB$ (do $\triangle ABC$ vuông tại $A$).

• $AC \perp AA'$ (do lăng trụ đứng).

Suy ra $AC \perp (ABB'A')$. Vì $AC \subset (ACC'A') \Rightarrow (ACC'A') \perp (ABB'A')$.

🔍 Ví dụ 2

Góc giữa 2 mặt kề nhau của hình lập phương bằng bao nhiêu?

💡 Xem lời giải

Bằng $90^\circ$.

📝 Thực hành — Dạng 4

✏️ Bài tập 4.1

Cho lăng trụ đều $ABC.A'B'C'$. Tính góc giữa $(A'BC)$ và $(ABC)$ khi $AA' = a\sqrt{3}/2$, $AB = a$.

💡 Xem lời giải

Gọi $M$ là trung điểm $BC \Rightarrow AM = a\sqrt{3}/2$. $\tan \alpha = \dfrac{AA'}{AM} = 1 \Rightarrow \alpha = 45^\circ$.

✏️ Bài tập 4.2

Trong hình lập phương $ABCD.A'B'C'D'$, góc giữa $(A'BD)$ và $(ABCD)$ tính theo công thức nào?

💡 Xem lời giải

$\tan \alpha = \dfrac{A'A}{AO} = \dfrac{a}{a\sqrt{2}/2} = \sqrt{2} \Rightarrow \alpha = \arctan\sqrt{2} \approx 54.74^\circ$.


📝 Bài tập tự luận — Tổng hợp

📝 Bài tập tự luận tổng hợp Hai mặt phẳng vuông góc (10 bài)

Bài 1. Phát biểu định lí điều kiện để hai mặt phẳng vuông góc với nhau.

💡 Xem lời giải

Mặt phẳng này chứa một đường thẳng vuông góc với mặt phẳng kia.

Bài 2. Cho $S.ABC$ có $SA \perp (ABC)$, $\triangle ABC$ vuông tại $B$. Chứng minh $(SBC) \perp (SAB)$.

💡 Xem lời giải

$BC \perp (SAB)$ mà $BC \subset (SBC) \Rightarrow (SBC) \perp (SAB)$.

Bài 3. Cho $S.ABCD$ đáy hình vuông, $SA \perp (ABCD)$. Chứng minh $(SAC) \perp (SBD)$.

💡 Xem lời giải

$BD \perp (SAC)$ mà $BD \subset (SBD) \Rightarrow (SBD) \perp (SAC)$.

Bài 4. Cho $S.ABC$ có $SA \perp (ABC), SA = a, AB = a$. Tính góc giữa $(SBC)$ và $(ABC)$ khi $\triangle ABC$ vuông tại $B$.

💡 Xem lời giải

Góc $\widehat{SBA} = 45^\circ$.

Bài 5. Hai mặt phẳng phân biệt cùng vuông góc với mặt phẳng thứ ba thì có song song không?

💡 Xem lời giải

Chưa chắc (chúng có thể song song hoặc cắt nhau).

Bài 6. Cho $(SAB) \perp (ABC)$ theo giao tuyến $AB$, $\triangle SAB$ cân tại $S$. Đường cao $SH$ có quan hệ gì với $(ABC)$?

💡 Xem lời giải

$SH \perp (ABC)$.

Bài 7. Trong hình chóp đều $S.ABCD$, mặt phẳng $(SAC)$ có vuông góc với $(SBD)$ không?

💡 Xem lời giải

Có, vì $AC \perp BD$ và $AC \perp SO \Rightarrow AC \perp (SBD) \Rightarrow (SAC) \perp (SBD)$.

Bài 8. Cho lăng trụ đứng $ABC.A'B'C'$. Hỏi có bao nhiêu mặt bên vuông góc với mặt đáy?

💡 Xem lời giải

Tất cả 3 mặt bên đều vuông góc với 2 mặt đáy.

Bài 9. Tính góc giữa hai mặt phẳng đối diện trong hình lập phương.

💡 Xem lời giải

Bằng $0^\circ$ (vì chúng song song với nhau).

Bài 10. Nếu $(P) \perp (Q)$, từ điểm $M \in (P)$ hạ $MH \perp (Q)$ thì điểm $H$ thuộc đường nào?

💡 Xem lời giải

Thuộc giao tuyến $c = (P) \cap (Q)$.


🎯 Bài tập trắc nghiệm tự luyện

Làm các câu hỏi sau để củng cố toàn bộ kiến thức về Hai mặt phẳng vuông góc. Hệ thống sẽ hiển thị kết quả và lời giải chi tiết ngay khi bạn trả lời.

Câu 1:Điều kiện để hai mặt phẳng $(P)$ và $(Q)$ vuông góc với nhau là mặt phẳng $(P)$ chứa:
Câu 2:Góc nhị diện $[P, d, Q]$ có giá trị nằm trong khoảng nào?
Câu 3:Nếu hai mặt phẳng $(P)$ và $(Q)$ vuông góc với nhau theo giao tuyến $c$, một đường thẳng $a \subset (P)$ vuông góc với $c$ thì $a$ có vị trí tương đối thế nào với $(Q)$?
Câu 4:Cho hai mặt phẳng $(P)$ và $(Q)$ cắt nhau cùng vuông góc với mặt phẳng $(R)$. Giao tuyến $d$ của $(P)$ và $(Q)$ có vị trí tương đối thế nào với $(R)$?
Câu 5:Cho hình chóp $S.ABC$ có $SA \perp (ABC)$. Mặt phẳng $(SAB)$ có vuông góc với mặt phẳng $(ABC)$ không?
🎯

Ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm Hai mặt phẳng vuông góc

Hàng trăm câu hỏi ngẫu nhiên từ ngân hàng đề — kiểm tra và tự đánh giá năng lực ngay!

🚀 Làm bài trắc nghiệm →
Miễn phí · Mở trong tab mới