Đề bài - câu 82 trang 130 sách bài tập hình học 11 nâng cao

\[\eqalign{ & M{N^2} = {{3{{\rm{a}}^2}} \over 9} = {{{a^2}} \over 3}; \cr & A{M^2} = {{2{{\rm{a}}^2}} \over 9}; \cr & A{N^2} = A{{\rm{D}}^2} + D{N^2} - 2{\rm{AD}}{\rm{.DNcos4}}{{\rm{5}}^0} = {{5{a^2}} \over 9} \cr} \]

Đề bài

Cho hình lập phương ABCD.ABCD cạnh a. Lấy điểm M thuộc đoạn thẳng AD, điểm N thuộc đoạn thẳng BD sao cho

\[AM = DN = x\left[ {0 < x < a\sqrt 2 } \right]\]

a] Tìm x để đoạn thẳng MN có độ dài ngắn nhất.

b] Khi MN ngắn nhất, hãy chứng tỏ MN là đường vuông góc chung của AD và DB, đồng thời MN // AC.

Lời giải chi tiết

a] Kẻ \[MH \bot A{\rm{D}}\] thì \[MH \bot \left[ {ABC{\rm{D}}} \right]\] và \[MH = {{x\sqrt 2 } \over 2} = AH\].

Kẻ \[NK \bot A{\rm{D}}\] thì \[NK = {{x\sqrt 2 } \over 2} = DK\].

Vậy \[KH = \left| {a - x\sqrt 2 } \right|\].

Ta có:

\[\eqalign{ & M{N^2} = M{H^2} + H{K^2} + K{N^2} \cr & = 3{{\rm{x}}^2} - 2a\sqrt 2 x + ah2 \cr} \]

Từ đó MN nhỏ nhất khi và chỉ khi \[x = {{a\sqrt 2 } \over 3}\].

b] Khi \[x = {{a\sqrt 2 } \over 3}\] thì

\[\eqalign{ & M{N^2} = {{3{{\rm{a}}^2}} \over 9} = {{{a^2}} \over 3}; \cr & A{M^2} = {{2{{\rm{a}}^2}} \over 9}; \cr & A{N^2} = A{{\rm{D}}^2} + D{N^2} - 2{\rm{AD}}{\rm{.DNcos4}}{{\rm{5}}^0} = {{5{a^2}} \over 9} \cr} \]

Từ đó \[A{N^2} = A{M^2} + M{N^2}\] hay \[MN \bot A{\rm{D}}'\].

Chứng minh tương tự như trên, ta cũng có \[MN \bot B{\rm{D}}\].

Vậy MN là đường vuông góc chung của AD và BD.

Khi \[DN = {{a\sqrt 2 } \over 3}\] thì NB = 2ND.

Gọi I là trung điểm của AD thì ta có I, N, C thẳng hàng

Tương tự ta cũng có các điểm I, M, A thẳng hàng.

Xét tam giác AIC ta có:

\[{{IN} \over {NC}} = {{IM} \over {MA'}} = {1 \over 2}\]

Vậy MN // AC.

Video liên quan

Chủ Đề