Sách bài tập Toán 11 Bài 5 (Chân trời sáng tạo): Góc giữa đường thẳng và mặt phẳng. Góc nhị diện

Giải SBT Toán 11 Bài 5: Góc giữa đường thẳng và mặt phẳng. Góc nhị diện

Bài 1 trang 73 SBT Toán 11 Tập 2: Cho hình chóp S.ABC có đáy là hình vuông tâm O cạnh a, SA = $a\sqrt{3}$ và vuông góc với đáy. Xác định và tính góc giữa:

a) SB và (ABCD);

b) SC và (ABCD);

c) SD và (ABCD);

d) SB và (SAC).

Lời giải:

a) Ta có:

Suy ra AB là hình chiếu của SB trên (ABCD).

Do đó (SB, (ABCD)) = (SB, AB).

Trong tam giác SAB vuông tại A, ta có:

$\tan \widehat{SBA}=\frac{SA}{AB}=\sqrt{3}\Rightarrow \widehat{SBA}=60°.$

Vậy $(SB,(ABCD\left)\right)=\widehat{SBA}=60°.$

b) Tương tự câu a) ta xác định được (SC, (ABCD)) = (SC, AC).

Trong tam giác SAC vuông tại A, ta có:

$\tan \widehat{SCA}=\frac{SA}{AC}=\frac{\sqrt{3}}{\sqrt{2}}\Rightarrow \widehat{SCA}\approx \mathrm{50,8}°.$

Vậy $(SC,(ABCD\left)\right)=\widehat{SCA}\approx \mathrm{50,8}°.$

c) Tương tự câu a) ta xác định được (SD, (ABCD)) = (SD,AD).

Trong tam giác SAD vuông tại A, ta có:

$\tan \widehat{SDA}=\frac{SA}{AD}=\sqrt{3}\Rightarrow \widehat{SDA}=60°.$

Vậy $(SD,(ABCD\left)\right)=\widehat{SDA}=60°.$

d) Ta có:

$\Rightarrow$ BD ⊥ (SAC) hay BO ⊥ (SAC). (1)

Mà SB $\cap$ (SAC) = S. (2)

Từ (1) và (2) suy ra SO là hình chiếu của SB trên (SAC).

Do đó: (SB, (SAC))=(SB, SO).

Trong tam giác SBO vuông tại O, ta có:

$BO=\frac{1}{2}BD=\frac{a\sqrt{2}}{2},SB=2a.$

$\Rightarrow \sin \widehat{BSO}=\frac{BO}{SB}=\frac{\sqrt{2}}{4}\Rightarrow \widehat{BSO}\approx \mathrm{20,7}°.$

Vậy $(SB,(SAC\left)\right)=\widehat{BSO}\approx \mathrm{20,7}°.$

Bài 2 trang 73 SBT Toán 11 Tập 2: Cho hình chóp S.ABC có đáy là tam giác đều cạnh bằng 3. Hình chiếu vuông góc của S trên mặt phẳng đáy trùng với trung điểm I của cạnh AB. Biết rằng mặt bên (SAB) là tam giác vuông cân tại S. Xác định và tính góc giữa:

a) SA và (ABC);

b) SC và (SAB).

Lời giải:

a)Vì AI là hình chiếu của SA trên (ABC).

Do đó (SA, (ABC)) = (SA, AI).

Vì tam giác SAI vuông cân tại I $\Rightarrow \widehat{SAI}=45°.$

Vậy $(SA,(ABC\left)\right)=(SA,AI)=\widehat{SAI}=45°$ .

b)Ta có tam giác ABC đều nên CI ⊥ AB, $CI=\frac{3\sqrt{3}}{2}.$

Ta có:

Mà SC $\cap$ (SAB) = S. (2)

Từ (1) và (2) $\Rightarrow$ SI là hình chiếu của SC trên (SAB).

Do đó (SC, (SAB)) = (SC, SI).

Trong tam giác SAB vuông tại S, $SI=\frac{1}{2}AB=\frac{3}{2}$ .

Trong tam giác SCI vuông tại I, ta có $\tan \widehat{CSI}=\frac{IC}{SI}=\sqrt{3}\Rightarrow \widehat{CSI}=60°.$

Vậy $\left(SC,\left(SAB\right)\right)=\widehat{CSI}=60°.$

Bài 3 trang 73 SBT Toán 11 Tập 2: Cho hình chóp tam giác đều S.ABC, cạnh đáy bằng a, cạnh bên bằng $\frac{a\sqrt{15}}{6}$ . Tính số đo góc phẳng nhị diện [S, BC, A].

Lời giải:

Gọi M là trung điểm BC, G là trọng tâm tam giác ABC.

Ta có SG ⊥ (ABC), SM ⊥ BC, AM ⊥ BC.

Suy ra $\widehat{SMG}$ là góc phẳng nhị diện [S, BC, A].

Ta tính được

$AM=\frac{a\sqrt{3}}{2}\Rightarrow GM=\frac{AM}{3}=\frac{a\sqrt{3}}{6},$

$SM=\sqrt{S{B}^2-B{M}^2}=\frac{a\sqrt{6}}{6},$

$SG=\sqrt{S{M}^2-G{M}^2}=\frac{a\sqrt{3}}{6}.$

$\Rightarrow$ GM = SG.

Ta có tam giác SMG vuông cân tại G, suy ra số đo góc phẳng nhị diện [S, BC, A] = $\widehat{SMG}=45°.$

Bài 4 trang 73 SBT Toán 11 Tập 2: Cho hình chóp S.ABC có SA ⊥ (ABC). Tam giác ABC vuông tại A, $\widehat{AB\text{}C}=30°$, AC = a, $SA=\frac{a\sqrt{3}}{2}$. Tính số đo góc phẳng nhị diện [S, BC, A].

Lời giải:

Vẽ AH ⊥ BC (H ϵ BC), ta có SH ⊥ BC.

Suy ra $\widehat{SHA}$ là góc phẳng nhị diện [S, BC, A].

Ta có AH = AC.sin60° = $\frac{a\sqrt{3}}{2}$= SA

Do đó $\widehat{SHA}$ = 45°.

Lý thuyết Góc giữa đường thẳng và mặt phẳng. Góc nhị diện

1. Góc giữa đường thẳng và mặt phẳng

Nếu đường thẳng a vuông góc với mặt phẳng (P) thì ta nói rằng góc giữa đường thẳng a và mặt phẳng (P) bằng ${90}^0$.

Nếu đường thẳng a không vuông góc với mặt phẳng (P) thì góc giữa a và hình chiếu a’ của nó trên (P) được gọi là góc giữa đường thẳng a và mặt phẳng (P).

Chú ý:

a) Góc $\alpha$ giữa đường thẳng và mặt phẳng luôn thỏa mãn $0^0\le \alpha \le {90}^0$.

b) Nếu đường thẳng a nằm trong (P) hoặc a song song với (P) thì $\left(a,\left(P\right)\right)=0^0$.

2. Góc nhị diện và góc phẳng nhị diện

Góc nhị diện

Cho hai nửa mặt phẳng $\left(P_1\right)$ và $\left(Q_1\right)$ có chung bờ là đường thẳng d. Hình tạo bởi $\left(P_1\right)$, $\left(Q_1\right)$ và d được gọi là góc nhị diện tạo bởi $\left(P_1\right)$ và $\left(Q_1\right)$, kí hiệu $\left[P_1,d,Q_1\right]$.

Hai nửa mặt phẳng $\left(P_1\right)$, $\left(Q_1\right)$ gọi là hai mặt của nhị diện và d gọi là cạnh của nhị diện.

Chú ý:

a) Hai mặt phẳng cắt nhau theo giao tuyến d tạo thành bốn góc nhị diện.

b) Góc nhị diện $\left[P_1,d,Q_1\right]$ còn được kí hiệu là $\left[M,d,N\right]$ với M, N tương ứng thuộc hai nửa mặt phẳng $\left(P_1\right),\left(Q_1\right)$.

Góc phẳng nhị diện

Góc phẳng nhị diện của góc nhị diện là góc có đỉnh nằm trên cạnh của nhị diện, có hai cạnh lần lượt nằm trên hai mặt của nhị diện và vuông góc với cạnh của nhị diện.

Chú ý:

a) Đối với một góc nhị diện, các góc phẳng nhị diện đều bằng nhau.

b) Nếu mặt phẳng (R) vuông góc với cạnh d của góc nhị diện và cắt hai mặt $\left(P_1\right),\left(Q_1\right)$ của góc nhị diện theo hai nửa đường thẳng Ou và Ov thì $\widehat{uOv}$ là góc phẳng nhị diện của góc nhị diện tạo bởi $\left(P_1\right),\left(Q_1\right)$.

c) Góc nhị diện có góc phẳng nhị diện là góc vuông được gọi là góc nhị diện vuông.

d) Số đo góc phẳng nhị diện được gọi là số đo góc nhị diện.

e) Số đo góc nhị diện nhận giá trị từ $0^0$ đến ${180}^0$.

Sơ đồ tư duy Góc giữa đường thẳng và mặt phẳng. Góc nhị diện