Trang chủ > Lớp 11 > Chuyên đề Toán 11 (có đáp án) > Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng - Chuyên đề Toán 11

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng - Chuyên đề Toán 11

A. Phương pháp giải

Xác định lần lượt các giao tuyến của (P) với các mặt của hình chóp (lăng trụ) theo các bước sau:

- Từ điểm chung có sẵn, xác định giao tuyến đầu tiên của (P) với một mặt của hình chóp (Có thể là mặt trung gian).

- Cho giao tuyến này cắt các cạnh của mặt đó của hình chóp ta sẽ được các điểm chung mới của (P) với các mặt khác. Từ đó xác định được các giao tuyến mới với các mặt này.

- Tiếp tục như thế cho tới khi các giao tuyến khép kín ta được thiết diện.

Sử dụng định lí:

+ Hai mặt phẳng chứa hai đường thẳng song song thì giao tuyến của chúng song song với 2 đường thẳng đó:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 1

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho hình chóp S. ABCD có đáy ABCD là hình bình hành tâm O. ∆ SBD đều, mặt phẳng (P) song song với (SBD) và qua điểm I thuộc cạnh AC (không trùng với A hoặc C). Thiết diện của (P) và hình chóp là hình gì?

A. Hình hình hành

B. Tam giác cân

C. Tam giác vuông

D. Tam giác đều

Bài giải:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 2

Gọi MN là đoạn thẳng giao tuyến của mặt phẳng (P) và mặt đáy (ABCD).

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 3

+ Tương tự, ta có:

(P) cắt mặt phẳng (SAD) theo đoạn giao tuyến NP với NP // SD.

(P) cắt mặt phẳng (SAB) theo đoạn giao tuyến MP với MP // SB.

Vậy ∆ PMN đồng dạng với ∆ SBD nên thiết diện của (P) và hình chóp S. ABCD là tam giác đều MNP.

Đáp án đúng là: D

Ví dụ 2: Nếu thiết diện của một lăng trụ tam giác và một mặt phẳng là một đa giác thì đa giác đó có nhiều nhất mấy cạnh?

A. 3 cạnh

B. 4 cạnh

C. 5 cạnh

D. 6 cạnh.

Bài giải:

Đáp án đúng là: C

Giải thích: Đa giác thiết diện của một lăng trụ tam giác và một mặt phẳng có nhiều nhất 5 cạnh với các cạnh thuộc các mặt của hình lăng trụ tam giác.

Ví dụ 3: Cho hình hộp ABCD. A’B’C’D’. Gọi I là trung điểm của A’B’. Mặt phẳng (IBD) cắt hình hộp theo thiết diện là hình gì?

A. Tam giác

B. Hình thang

C. Hình bình hành.

D. Hình chữ nhật

Bài giải:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 4

+ Ta tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng (IBD) và (A’B’C’D’):

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 5

⇒ Giao tuyến của (IBD) với (A’B’C’D’) là đường thẳng d đi qua I và song song với BD

+ Trong mặt phẳng (A’B’C’D’), gọi M là giao điểm của d và A’D’

⇒ IM // BD // B’D’

Khi đó thiết diện là tứ giác IMDB và tứ giác này là hình thang

Đáp án đúng là: B

Ví dụ 4: Cho hình hộp ABCD. A’B’C’D’. Gọi (α) là mặt phẳng đi qua một cạnh của hình hộp và cắt hình hộp theo thiết diện là một tứ giác (T). Khẳng định nào sau đây không sai?

A. (T) là hình chữ nhật

B. (T) là hình bình hành

C. (T) là hình thoi

D. (T) là hình vuông

Bài giải:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 6

+ Giả sử mặt phẳng (α) đi qua cạnh AB và cắt hình hộp theo tứ giác (T)

+ Gọi d là đường thẳng giao tuyến của (α) và mặt phẳng (A’B’C’D’)

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 7

+ Gọi d cắt A’D’ và B’C’ tại M và N khi đó MN = AB và MN // AB

⇒ Thiết diện cần tìm là hình bình hành ABNM.

Khẳng định không sai là: B

Ví dụ 5: Cho hình chóp S. ABC có đáy là ∆ ABC thỏa mãn: AB = AC = 4; ∠ BAC = 30°. Mặt phẳng (P) song song với mặt phẳng (ABC) cắt đoạn SA tại M sao cho SM = 2MA. Diện tích thiết diện của (P) và hình chóp S. ABC bằng bao nhiêu?

A. 16/9

B. 14/9

C. 25/9

D. 1

Bài giải:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 8

+ Diện tích ∆ ABC là:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 9

+ Gọi N; P lần lượt là giao điểm của mặt phẳng (P) và các cạnh SC; SB

+ Vì (P) // (ABC) nên theo định lí Talet, ta có:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 10

Khi đó (P) cắt hình chóp S. ABC theo thiết diện là tam giác MNP đồng dạng với tam giác ABC theo tỉ số k = 2/3.

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 11

Đáp án đúng là: A

Ví dụ 6: Cho hình chóp S. ABCD có đáy ABCD là hình thang cân với cạnh bên BC = 2 hai đáy AB = 6 và CD = 4. Mặt phẳng (P) song song với (ABCD) và cắt cạnh SA tại M sao cho SA = 3 SM. Diện tích thiết diện của (P) và hình chóp S. ABCD bằng bao nhiêu?

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 12

Bài giải:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 13

Gọi H; K lần lượt là hình chiếu vuông góc của D; C trên AB

+ Tứ giác DCKH là hình chữ nhật (hình bình hành có 1 góc vuông) nên CD = HK = 4

+ Ta có; AH = KB và AH + HK + KB = AB

⇒ 2. AH + 4 = 6 nên AH = KB = 1

+ Áp dụng định lí Pytago vào tam giác vuông CKB có:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 14

=> Diện tích hình thang ABCD là:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 15

+ Gọi N; P; O lần lượt là giao điểm của (P) và các cạnh SB; SC; SD

Vì (P) // (ABCD) nên theo định lí Talet, ta có:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 16

Khi đó (P) cắt hình chóp theo thiết diện là MNPO có diện tích:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 17

Đáp án đúng là: A

Ví dụ 7: Cho hình lăng trụ ∆ ABC. A’B’C’. Gọi I; J lần lượt là trọng tâm của các ∆ ABC và A’B’C’. Thiết diện tạo bởi mặt phẳng (AIJ) với hình lăng trụ đã cho là:

A. Tam giác cân

B. Tam giác vuông

C. Hình thang

D. Hình bình hành.

Bài giải:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 18

Kéo dài AI cắt BC tại M => M là trung điểm BC.

Ta có:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 19

Trong mặt phẳng (A’B’C’), gọi M' = A'J ∩ B'C'

Khi đó thiết diện là tứ giác AA’JI, tứ giác này có

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 20

Đáp án đúng là: D

Ví dụ 8: Cho tứ diện đều S. ABC. Gọi I là trung điểm của đoạn AB, M là điểm di động trên đoạn AI. Qua M vẽ mặt phẳng (α) song song với (SIC). Thiết diện tạo bởi (α) với tứ diện S. ABC là:

A. Tam giác cân tại M

B. Tam giác đều

C. Hình bình hành

D. Hình thoi

Bài giải:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 21

Gọi N; P lần lượt nằm trên các cạnh SA; AC sao cho:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 22

Vậy thiết diện là ∆ MNP.

Tứ diện S. ABC đều nên ∆ SIC cân tại I

Ngoài ra ta có:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 23

=> ∆ MNP cân tại M

Đáp án đúng là: A

C. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Cho hình chóp S. ABCD có đáy ABCD là hình bình hành có tâm O; AB = 8, SA = SB = 6. Gọi (P) là mặt phẳng qua O và song song với mặt phẳng (SAB). Tính diện tích thiết diện của (P) và hình chóp S. ABCD là:

A. 5√ 5

B. 6√ 5

C. 12

D. 10

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 24

+ Qua O kẻ đường thẳng d song song AB và cắt BC; AD lần lượt tại P; Q.

+ Kẻ PN song song với SB (N ∈ SC), kẻ QM song song với SA (M ∈ SD)

+ Ta có:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 25

⇒ mp (MNPQ) // mp (SAB)

+ Thiết diện của hình chóp S. ABCD cắt bởi mp (P) là tứ giác MNPQ

+ Vì P; Q là trung điểm của BC; AD và PN // SB; QM // SA

Nên N; M lần lượt là trung điểm của SC; SD.

⇒ MN // CD // PQ nên tứ giác MNPQ là hình thang.

+ Do đó MN là đường trung bình tam giác SCD nên: MN = CD/2 = AB/2 = 4

Và NP = SB/2 = 3; QM = SA/2 = 3

⇒ NP = QM nên MNPQ là hình thang cân.

+ Hạ NH; MK vuông góc với PQ. Ta có: PH = KQ = (1/2)(PQ - MN) = 2

Tam giác PHN vuông, có:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 26

Vậy diện tích hình thang MNPQ là

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 27

Chọn B

Câu 2: Cho hình chóp S. ABCD có đáy ABCD là hình bình hành. M; N lần lượt là trung điểm của AB; CD. Xác định thiết diện của hình chóp cắt bởi (α) đi qua MN và song song với mặt phẳng (SAD). Thiết diện là hình gì?

A. Tam giác

B. Hình thang

C. Hình bình hành

D. Tứ giác

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 28
Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 29

Thiết diện là tứ giác MNHK

Ba mặt phẳng (ABCD); (SBC) và (α) đôi một cắt nhau theo các giao tuyến là MN; HK; BC

mà MN // BC nên MN // HK.

Vậy thiết diện là một hình thang

Chọn B

Câu 3: Cho hình hộp ABCD. A’B’C’D’. Gọi I là trung điểm AB. Mặt phẳng (IB’D’) cắt hình hộp theo thiết diện là hình gì?

A. Tam giác

B. Hình thang

C. Hình bình hành

D. Hình chữ nhật

Chọn B

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 30

Ta tìm giao tuyến của mp (IB’D’) với các mặt của hình chóp:

+ (IB'D') ∩ (AA'B'B) = IB'

+ (IB'D') ∩ (A'B'C'D') = B'D'

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 31

với d là đường thẳng qua I và song song với BD

+ Gọi J là trung điểm của AD

Khi đó (IB'D') ∩ (ABCD) = IJ

(IB'D') ∩ (ADD'A') = JD'

Thiết diện cần tìm là hình thang IJD’B’ với IJ // D’B’

Câu 4: Cho hình chóp S. ABCD có đáy ABCD là hình chữ nhật tâm O, gọi M là trung điểm của OC. Mặt phẳng (α) qua M song song với SA và BD. Thiết diện của hình chóp với mặt phẳng (α) là:

A. Hình tam giác

B. Hình bình hành

C. Hình chữ nhật

D. Hình thang

Chọn A

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 32
Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 33

⇒ Thiết diện cần tìm là tam giác NEF

Câu 5: Nếu thiết diện của một hình hộp và một mặt phẳng là một đa giác thì đa giác đó có nhiều nhất mấy cạnh?

A. 4 cạnh

B 5 cạnh

C. 6 cạnh

D. 7 cạnh

Chọn C

Vì hình hộp là hình lăng trụ có đáy là tứ giác và có 6 mặt nên thiết diện của hình hộp và mặt phẳng bất kì là một đa giác có nhiều nhất 6 cạnh

Câu 6: Cho hình hộp ABCD. A’B’C’D’. Gọi M là trung điểm của AB. Mặt phẳng (MA’C’) cắt hình hộp ABCD. A’B’C’D’ theo thiết diện là hình gì?

A. Hình tam giác

B. Hình ngũ giác

C. Hình lục giác

D. Hình thang

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 34

Chọn D

+ Trong mặt phẳng (ABB’A’), AM cắt BB’ tại I

Do MB // A'B'; MB = (1/2)A'B' nên B là trung điểm B’I và M là trung điểm của IA’

+ Gọi N là giao điểm của BC và IC’

Do BN // B’C’ và B là trung điểm B’I nên N là trung điểm của C’I.

Suy ra: tam giác IA’C’ có MN là đường trung bình và MN // A’C’.

⇒ Thiết diện của hình hộp ABCD. A’B’C’D’ cắt bởi mp (MA’C’) là tứ giác MNC’A’ có MN // A’C’

Vậy thiết diện là hình thang MNC’A’

Câu 7: Cho tứ diện đều S. ABC cạnh bằng a. Gọi I là trung điểm của đoạn AB, M là điểm di động trên đoạn AI. Qua M vẽ mặt phẳng (α) song song với (SIC). Tính chu vi của thiết diện tạo bởi (α) với tứ diện S. ABC, biết AM = x

A. x (1 + √ 3)

B. 2x (1 + √ 3)

C. 3x (1 + √ 3)

D. Không tính được.

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 35

+ Tìm thiết diện:

Gọi N; P lần lượt nằm trên các cạnh SA; AC sao cho

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 36

(MPN) || (SIC) ⇒ (MNP) ≡ (α)

Vậy thiết diện là tam giác MNP

Tứ diện S. ABC đều nên tam giác SIC cân tại I

Ngoài ra ta có

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 37

Suy ra tam giác MNP cân tại M

Để ý hai tam giác và đồng dạng với tỉ số AM/AI = 2x/a

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 38

Chọn B

Câu 8: Cho hình vuông ABCD và tam giác đều SAB nằm trong hai mặt phẳng khác nhau. Gọi M là điểm di động trên đoạn AB. Qua M vẽ mặt phẳng (α) song song với (SBC). Thiết diện tạo bởi (α) và hình chóp S. ABCD là hình gì?

A. Hình tam giác

B. Hình bình hành

C. Hình thang

D. Hình vuông

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 39

Lần lượt lấy các điểm N; P; Q thuộc các cạnh CD; SD và SA thỏa mãn MN // BC; NP // SC và PQ // AD.

Suy ra (α) ≡ (MNPQ) và (α) || (SBC).

Vậy thiết diện của hình chóp cắt bởi mp (α) là tứ giác MNPQ.

Lại có: QP // AD // MN

⇒ MNPQ là hình thang

Chọn C

D. Các dạng khác

Câu 9: Cho hình chóp cụt tam giác ABC. A’B’C’ có 2 đáy là 2 tam giác vuông tại A và A’ và có AB/A'B' = 1/2. Khi đó tỉ số diện tích: SABC/SA'B'C' bằng:

A. 1/2

B. 1/4

C. 2

D. 4

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 40

Hình chóp cụt ABC. A’B’C’ có hai mặt đáy là hai đa giác có cạnh tương ứng song song và tỉ số các cạnh tương ứng bằng nhau:

⇒ tam giác ABC đồng dạng tam giác A”B’C’ suy ra:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 41

Chọn B

Câu 10: Cho tứ diện ABCD và M; N là các điểm thay trên các cạnh AB; CD sao cho AM/MB = CN/ND = k.

a) Chứng minh MN luôn luôn song song với một mặt phẳng cố định.

b) Tính theo k tỉ số diện tích tam giác MNP và diện tích thiết diện.

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 42

a) Do nên theo định lí Thales thì các đường thẳng MN; AC; BD cùng song song với một mặt phẳng (β)

+ Gọi (α) là mặt phẳng đi qua AC và song song với BD thì (α) cố định và (α) // (β)

suy ra: MN luôn song song với (α) cố định.

b)

+ Xét trường hợp AP/PC = k, lúc này MP // BC nên BC // (MNP)

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 43

Do AM/NB = CN/ND nên theo định lí Thales đảo thì AC; NM; BD lần lượt thuộc ba mặt phẳng song song với nhau và đường thẳng PQ cắt ba mặt phẳng này tương ứng tại P; K; Q

nên áp dụng định lí Thales ta được:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 44

Chọn A

Câu 11: Cho hình hộp ABCD. A’B’C’D’ có tất cả các mặt đều là hình vuông cạnh a. Các điểm M; N lần lượt trên AD’; BD sao cho AM = DN = x (0 < x < a√ 2)

a) Chứng minh khi x biến thiên, đường thẳng MN luôn song song với một mặt phẳng cố định

b) Chứng minh khi x = (a. √ 2)/3 thì MN // A’C

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 45

a) Gọi (P) là mặt phẳng qua AD và song song với (A’D’CB)

Gọi (Q) là mặt phẳng qua M và song song với (A’D’CB). Giả sử (Q) cắt BD tại điểm N’

Theo định lí Thales ta có AM/AD' = DN'/DB

Vì các mặt của hình hộp là hình vuông cạnh a nên AD’ = DB = a√ 2.

Từ (1) ta có AM = DN’, mà DN = AM nên DN’ = DN

⇒ N’ ≡ N và MN ⊂ (Q)

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 46

Vậy MN luôn song song với mặt phẳng cố định (A’D’CB)

b) Gọi O là giao điểm của AC và BD. Ta có

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 47

suy ra N là trọng tâm của tam giác ACD

Tương tự M là trọng tâm của tam giác A’AD.

Gọi I là trung điểm của AD ta có:

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 48

Câu 12: Cho hình vuông ABCD và tam giác đều SAB nằm trong hai mặt phẳng khác nhau. Gọi M là điểm di động trên đoạn AB. Qua M vẽ mặt phẳng (α) song song với (SBC). Gọi N; P; Q lần lượt là giao của mặt phẳng (α) với các đường thẳng CD; SD; SA. Tập hợp các giao điểm I của hai đường thẳng MQ và NP là:

A. Đường thẳng song song với AB

B. Nửa đường thẳng

C. Đoạn thẳng song song với AB

D. Tập hợp rỗng

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 49

Lần lượt lấy các điểm N; P; Q thuộc các cạnh CD; SD; SA thỏa mãn:

MN // BC; NP // SC và PQ // AD

Suy ra (α) ≡ (MNPQ) và (α) // (SBC)

Vì I = MQ ∩ NP nên:

I, S ∈ (SCD)

I, S ∈ (SAB)

⇒ I nằm trên đường thẳng là giao tuyến của hai mặt phẳng (SAB) và (SCD)

Khi

Tìm giao tuyến của 2 mặt phẳng. Thiết diện qua 1 điểm song song với mặt phẳng ảnh 50

với T là điểm thỏa mãn tứ giác ABST là hình bình hành

Vậy quỹ tích cần tìm là đoạn thẳng song song với AB

Chọn C