Bài 3 trang 71 SGK Hình học 11

Đề bài

Cho hình hộp \(ABCD.A'B'C'D'\).

a) Chứng minh rằng hai mặt phẳng \((BDA')\) và \((B'D'C)\) song song với nhau.

b) Chứng minh rằng đường chéo \(AC'\) đi qua trọng tâm \({G_{1},{G_{2}}}\) của hai tam giác \(BDA'\) và \(B'D'C\).

c) Chứng minh \({G_{1},{G_{2}}^{}}^{}\) chia đoạn \(AC'\) thành ba phần bằng nhau.

d) Gọi \(O\) và \(I\) lần lượt là tâm của các hình bình hành \(ABCD\) và \(AA'C'C\). Xác định thiết diện của mặt phẳng \((A'IO)\) với hình hộp đã cho. 

Hướng dẫn giải

a) Chứng minh hai đường thẳng cắt nhau trong mặt phẳng này song song với hai đường thẳng trong mặt phẳng kia.

b) Gọi \(O,O'\) lần lượt là tâm của hình bình hành \(ABCD,A'B'C'D'\), gọi \({G_{1}}^{}\), \({G_{2}}^{}\) là giao điểm của \(AC'\) với \(A'O\) và \(CO'\). Dựa vào tam giác đồng dạng suy ra các tỉ số và chỉ ra \({G_{1},{G_{2}}}\) của hai tam giác \(BDA'\) và \(B'D'C\).

c) Chứng minh các tam giác đồng dạng, suy ra các tỉ số.

d) \((A'IO) ≡  (AA'C'C)\)

Lời giải chi tiết

a) Ta có: \(BB'//DD'; BB'=DD' \Rightarrow\) \(BDD'B'\) là hình bình hành \(\Rightarrow BD//B'D'\).

\(BC//B'C';BC=B'C' \Rightarrow BCC'B'\) là hình bình hành \(\Rightarrow AB//CD'\).

\(\Rightarrow (BDA')//(B'D'C)\).

b) Gọi \(O,O'\) lần lượt là tâm của hình bình hành \(ABCD,A'B'C'D'\), \({G_{1}}^{}\), \({G_{2}}^{}\) là giao điểm của \(AC'\) với \(A'O\) và \(CO'\)

\(\Delta {G_1}OA\) đồng dạng \(\Delta {G_1}A'C'\) (g.g)

\( \Rightarrow {{{G_1}O} \over {{G_1}A'}} = {{OA} \over {A'C'}} = {1 \over 2} \Rightarrow {{A'{G_1}} \over {A'O}} = {2 \over 3}\).

Lại có \({G_1} \in A'O\) là đường trung tuyến của \(\Delta BDA'\) \(\Rightarrow G_1\) là trọng tâm \(\Delta A'BD\).

Chứng minh tương tự ta có: \(G_2\) là trọng tâm \(\Delta B'D'C\). 

Vậy \(AC'\) đi qua \(G_1,G_2\) lần lượt là trọng tâm của hai tam giác \(BDA'\) và \(B'D'C\).

c) Chứng minh

\( \frac{A{G_{1}}^{}}{{G_{1}C}^{}}\) = \( \frac{AO}{A'C'} = \frac{1}{2}\) (vì \(\Delta G_1OA\) đồng dạng \(\Delta G_1 A'C'\)) \( \Rightarrow A{G_1} = \frac{1}{3}AC'\).

Từ đó suy ra: \( {AG_{1} = {G_{1}{G_{2}= {G_{2}C'}^{}}^{}}^{}}^{}\)

d) \((A'IO) ≡  (AA'C'C)\) suy ra thiết diện của hình hộp khi cắt bởi mặt phẳng \((A'IO)\) là \(AA'C'C\).