Bài 11. Hai đường thẳng song song

Giải bài 4.13 trang 59 sách bài tập toán 11 - Kết nối tri thức với cuộc sống

Đề bài

Cho tứ diện ABCD. Gọi M, N, P lần lượt là các điểm thuộc các cạnh AB, BC, CD. Xác định giao điểm của đường thẳng AD và mặt phẳng (MNP) trong các trường hợp sau:

a, Đường thẳng NP song song với đường thẳng BD.

b, Đường thẳng NP cắt BD.

Lời giải chi tiết

a,

 

NP là giao tuyến của hai mặt phẳng (MNP và (BCD

BD là giao tuyến của hai mặt phẳng (ABD và (BCD

Mà NP // BD nên giao tuyến của (MNP và (ABD cũng là một đường thẳng song song với NP và BD.

Ta thấy M thuộc AB nên M là điểm chung của (MNP và (ABD.

Vậy giao tuyến của (MNP và (ABD là đường thẳng d đi qua M, song song với NP và BD.

Trong mặt phẳng (ABD, gọi Q là giao điểm giữa d và AD.

Vậy giao điểm của đường thẳng AD và mặt phẳng (MNP chính là điểm Q.

b,

 

NP là giao tuyến của hai mặt phẳng (MNP) và (BCD)

BD là giao tuyến của hai mặt phẳng (ABD) và (BCD)

Mà đường thẳng NP và BD cắt nhau nên giao tuyến d của (MNP) và (ABD) là một đường thẳng đồng quy với NP và BD. (gọi R là giao điểm của NP và BD, vậy d đi qua điểm R

Ta thấy M thuộc AB nên M là điểm chung của (MNP) và (ABD). Vậy M thuộc đường giao tuyến d.

Trong mặt phẳng (BCD) gọi S là giao điểm của MR và BD, vậy giao tuyến d cũng sẽ đi qua điểm S.

Vậy giao điểm của đường thẳng AD và mặt phẳng (MNP) chính là điểm S.

Giải bài 4.14 trang 59 sách bài tập toán 11 - Kết nối tri thức với cuộc sống

Đề bài

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình bình hành. Gọi M là một điểm bất kì thuộc cạnh SC.

a, Xác định các giao tuyến của mặt phẳng (MAB) với các mặt của hình chóp.

b, Xác định các giao tuyến của mặt phẳng (MAD) với các mặt của hình chóp.

Lời giải chi tiết

a,

 

Xét ba mặt phẳng (MAB), (SCD) và (ABCD).

AB là giao tuyến của (MAB) và (ABCD).

CD là giao tuyến của (SCD) và (ABCD).

Mà AB//CD (hình bình hành ABCD nên giao tuyến của (MAB) và (SCD) cũng song song với AB và CD.

Ta thấy M thuộc SC nên M là một điểm chung của (MAB) và (SCD). Vậy giao tuyến sẽ là đường thẳng qua M, song song với AB, CD.

Vẽ MN//CD trong mặt phẳng (SCD).

Ta thấy giao tuyến của (MAB) và các mặt của chóp lần lượt là MN, NA, AB, MB.

b,

 

Xét ba mặt phẳng (MAD), (SBC) và (ABCD).

AD là giao tuyến của (MAD) và (ABCD).

CB là giao tuyến của (SBC) và (ABCD).

Mà AD//CB (hình bình hành ABCD nên giao tuyến của (MAD) và (SBC) cũng song song với AD và CB.

Ta thấy M thuộc SC nên M là một điểm chung của (MAD và (SBC). Vậy giao tuyến sẽ là đường thẳng qua M, song song với AD, CB.

Vẽ MP//CB trong mặt phẳng (SCB).

Ta thấy giao tuyến của (MAD) và các mặt của chóp lần lượt là MP, PA, AD, DM.

Giải bài 4.15 trang 59 sách bài tập toán 11 - Kết nối tri thức với cuộc sống

Đề bài

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình thang (AB//CD). Gọi M, N lần lượt là các điểm thuộc các cạnh SA, SD.

a) Xác định giao tuyến d của hai mặt phẳng (MCD) và (NAB).

b) Chứng minh rằng d // AB.

Lời giải chi tiết

a) Xét ba mặt phẳng (MCD), (NAB) và (ABCD)

CD là giao tuyến của (MCD) và (ABCD)

AB là giao tuyến của (NAB) và (ABCD)

Mà AB//CD nên giao tuyến d của (MCD) và (NAB) cũng song song với AB và CD.

Gọi P là giao điểm của MD và NA trên mặt phẳng (SAD), vậy P là một điểm chung của (MCD) và (NAB). Vậy giao tuyến d sẽ là đường thẳng qua P, song song với AB, CD.

b) Vậy d // AB.

Giải bài 4.16 trang 59 sách bài tập toán 11 - Kết nối tri thức với cuộc sống

Đề bài

Cho tứ diện ABCD. Gọi M, N, P, Q lần lượt là trung điểm của các cạnh AB, BC, CD, DA.

a) Xác định giao tuyến của hai mặt phẳng (ANP) và (CMQ).

b) Xác định giao tuyến của hai mặt phẳng (ANP) và (ABD).

c) Xác định giao tuyến của hai mặt phẳng (CMQ) và (BCD).

d) Chứng minh rằng các giao tuyến tìm được ở trên đôi một song song với nhau.

Lời giải chi tiết

a) M, Q lần lượt là trung điểm của các cạnh AB, DA nên MQ là đường trung bình tam giác ABD nên MQ//BD.

N, P lần lượt là trung điểm của các cạnh BC, CD nên NP là đường trung bình tam giác CBD nên NP//BD.

Vậy MQ//NP, suy ra M, N, P, Q đồng phẳng.

Xét 3 mặt phẳng (MNPQ), (ANP) và (CMQ).

MQ là giao tuyến của (MNPQ) và (CMQ).

NP là giao tuyến của (MNPQ) và (ANP).

Vậy giao tuyến của (ANP) và (CMQ) cũng là một đường thẳng song song với MQ và NP.

Trong mặt phẳng (ABC), gọi E là giao điểm của AN và MC. Trong mặt phẳng (ACD) gọi F là giao điểm của CQ và AP. Vậy EF là giao tuyến của hai mặt phẳng (ANP) và (CMQ).

b)

 

Xét 3 mặt phẳng (BCD), (ANP) và (ABD).

BD là giao tuyến của (BCD) và (ABD).

NP là giao tuyến của (BCD) và (ANP).

Mà theo chứng minh trên, BD//NP.

Vậy giao tuyến của (ANP) và (ABD) cũng là một đường thẳng song song với BD và NP.

Mà A là điểm chung của hai mặt phẳng (ANP) và (ABD) , vậy giao tuyến của hai mặt phẳng đó là đường thẳng đi qua A và song song với BD.

c)

 

Xét 3 mặt phẳng (BCD), (ABD) và (CMQ).

MQ là giao tuyến của (ABD) và (CMQ).

BD là giao tuyến của (BCD) và (ABD).

Mà MQ//BD nên giao tuyến của mặt phẳng (CMQ) và (BCD) cũng là một đường thẳng song song với MQ và BD.

Ta thấy C là một điểm chung của mặt phẳng (CMQ) và (BCD), vậy giao tuyến của hai mặt phẳng (CMQ) và (BCD) là đường thẳng đi qua C và song song với BD.

d) Theo chứng minh trên, các đường giao tuyến đều song song với MQ, NP, BD nên chúng song song với nhau.

Giải bài 4.17 trang 59 sách bài tập toán 11 - Kết nối tri thức với cuộc sống

Đề bài

Cho hai hình bình hành ABCD và ABEF không cùng nằm trong một mặt phẳng. Gọi G, H lần lượt là giao điểm của hai đường chéo của hai hình bình hành đó. Chứng minh rằng ba đường thẳng GH, CE, DF đôi một song song.

Lời giải chi tiết

G là giao điểm hai đường chéo BD, AC của hình bình hành ABCD nên G là trung điểm của BD và AC.

H là giao điểm hai đường chéo BF, AE của hình bình hành ABEF nên H là trung điểm của BF và AE.

Xét tam giác BDF, GH là đường trung bình của tam giác nên GH song song với DF.

GH là đường trung bình tam giác ACE nên GH song song với CE.

Vậy ba đường thẳng GH, CE, DF đôi một song song.

Giải bài 4.18 trang 59 sách bài tập toán 11 - Kết nối tri thức với cuộc sống

Đề bài

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình thang (AB//CD). Gọi E, F lần lượt là trọng tâm của các tam giác SAD, SBC.

a) Gọi M, N lần lượt là trung điểm của các cạnh AD, BC. Chứng minh rằng EF//MN, từ đó suy ra EF//AB.

b) Xác định các giao tuyến của mặt phẳng (AEF) với các mặt của hình chóp.

c) Trong các giao tuyến tìm được ở câu b, giao tuyến nào song song với đường thẳng EF?

Lời giải chi tiết

a) E là trọng tâm tam giác SAD nên SE = 2EM.

F là trọng tâm tam giác SBC nên SF = 2FN.

Xét tam giác SMN, ta có tỉ số $\frac{SE}{SF}=\frac{2EM}{2FN}=\frac{EM}{FN}$ nên EF//MN (định lý Thales đảo).

M, N lần lượt là trung điểm của các cạnh AD, BC nên MN là đường trung bình hình thang ABCD. Suy ra MN//AB. Suy ra EF//AB.

b) Vì EF//AB nên A, B, E, F đồng phẳng.

Trong mặt phẳng (SAD), gọi P là giao điểm của AE và SD.

Trong mặt phẳng (SCD), gọi Q là giao điểm của BF và SC.

Từ đó P, Q cũng thuộc (ABFE).

Giao tuyến của (AEF) với các mặt của hình chóp lần lượt là: AP, PQ, QB, AB.

c) Có E, F lần lượt là trọng tâm tam giác SAD và SBC nên P là trung điểm của SD, Q là trung điểm của SC.

Suy ra PQ là đường trung bình tam giác SCD. Do đó PQ//CD.

Mà AB//CD suy ra PQ//AB.

Lại có AB//EF suy ra PQ//EF.

Vậy trong các giao tuyến ở câu b), có AB và PQ song song với EF.

Giải bài 4.19 trang 60 sách bài tập toán 11 - Kết nối tri thức với cuộc sống

Đề bài

Cho tứ diện ABCD. Một mặt phẳng cắt bốn cạnh AB, BC, CD, DA lần lượt tại các điểm M, N, P, Q.

a) Chứng minh rằng các đường thẳng MN, PQ, AC đôi một song song hoặc đồng quy.

b) Chứng minh rằng các đường thẳng MQ, NP, BD đôi một song song hoặc đồng quy.

Lời giải chi tiết

a)

 

Xét 3 mặt phẳng (ABC), (ACD) và (MNPQ)

MN là giao tuyến của (MNPQ) và (ABC)

PQ là giao tuyến của (MNPQ) và (ACD)

AC là giao tuyến của (ABC) và (ACD).

Vậy, theo tính chất 3 giao tuyến của 3 mặt phẳng cắt nhau thì các đường thẳng MN, PQ, AC đôi một song song hoặc đồng quy.

b)

 

Xét 3 mặt phẳng (ABD), (BCD) và (MNPQ)

MQ là giao tuyến của (MNPQ) và (ABD)

NP là giao tuyến của (MNPQ) và (BCD)

BD là giao tuyến của (ABD) và (BCD).

Vậy, theo tính chất 3 giao tuyến của 3 mặt phẳng cắt nhau thì các đường thẳng MQ, NP, BD đôi một song song hoặc đồng quy.

Giải bài 4.20 trang 60 sách bài tập toán 11 - Kết nối tri thức với cuộc sống

Đề bài

Một chiếc thang được đặt sao cho hai đầu của chân thang dựa vào tường, hai đầu còn lại nằm trên sàn nhà (H. 4.12). Biết rằng chiếc thang có dạng hình chữ nhật, hãy giải thích vì sao hai đầu của chân thang nằm trên sàn nhà lại cách đều chân tường.

Lời giải chi tiết

Áp dụng định lý ba đường giao tuyến của ba mặt phẳng: mặt phẳng sàn nhà, mặt chân tường à mặt phẳng tạo bởi bốn đầu của chân thang trên sàn nhà song song với đường thẳng chân tường.

Giải bài 4.21 trang 60 sách bài tập toán 11 - Kết nối tri thức với cuộc sống

Đề bài

Bạn Hà lấy một tờ giấy hình chữ nhật và gấp tờ giấy sao cho hai mép của tờ giấy song song với nhau (H.4.13). Hà thấy rằng dù gấp thế nào thì đường nếp gấp vẫn luôn song song với hai mép của tờ giấy. Hãy giải thích vì sao.

Lời giải chi tiết

Hai nửa của tờ giấy có thể coi như hai mặt phẳng chứa hai đường thẳng song song là hai mép giấy. Đường nếp gấy chính là giao tuyến của hai mặt phẳng này nên nó song song với mép giấy.