Bài tập 7.2 trang 30 SGK Toán 11 Tập 2 thuộc bộ sách Kết nối tri thức là một bài toán hình học không gian thú vị. Bài toán yêu cầu vận dụng tính chất của hình hộp có các cạnh bằng nhau (hình lập phương hoặc hình lăng trụ đứng có đáy là hình thoi) để chứng minh các cặp cạnh đối diện của một tứ diện nội tiếp vuông góc với nhau. Đây là nền tảng để hiểu sâu về tính chất của các khối đa diện đặc biệt.
Cho hình hộp ABCD.A'B'C'D' có các cạnh bằng nhau. Chứng minh rằng tứ diện ACB'D' có các cặp cạnh đối diện vuông góc với nhau.
Hình thoi: Hình bình hành có các cạnh bằng nhau là hình thoi. Trong hình thoi, hai đường chéo vuông góc với nhau.
Quan hệ vuông góc: Nếu đường thẳng $a$ vuông góc với đường thẳng $b$, và đường thẳng $b$ song song với đường thẳng $b'$, thì đường thẳng $a$ cũng vuông góc với đường thẳng $b'$.
Các cặp cạnh đối của tứ diện $ACB'D'$: $(AC, B'D')$, $(AB', CD')$, $(AD', CB')$.
* Cần nhớ: ĐểNếu đường thẳng a vuông góc với đường thẳng b thì a vuông góc với các đường thẳng song song với b.
Ta có hình minh hoạ như sau:
• Vì hình hộp ABCD.A'B'C'D' có các cạnh bằng nhau nên tứ giác A'B'C'D'; ADD'A'; CC'D'D là hình thoi.
• Vì AB' // C'D và C'D ⊥ CD' nên AB' ⊥ CD'
• Vì AC // A'C' và A'C' ⊥ B'D' nên AC ⊥ B'D'
• Vì B'C // A'D và A'D ⊥ AD' nên B'C ⊥ AD'
Vậy ta đã chứng minh được rằng tứ diện ACB'D' có các cặp cạnh đối diện vuông góc với nhau.
Qua bài tập 7.2, học sinh cần lưu ý các kỹ thuật chứng minh sau:
Tận dụng giả thiết: Khi đề bài cho các cạnh bằng nhau, hãy nghĩ ngay đến tính chất của hình thoi, đặc biệt là sự vuông góc của hai đường chéo.
Sử dụng tính chất bắc cầu: Thay vì chứng minh trực tiếp $a \perp b$, ta chứng minh $a \perp b'$ và chỉ ra $b' // b$. Đây là phương pháp phổ biến nhất trong hình học không gian lớp 11.
Nhận diện tứ diện đặc biệt: Tứ diện có các cặp cạnh đối vuông góc với nhau được gọi là tứ diện trực tâm.
Hy vọng bài giải này giúp các bạn hiểu rõ hơn về các mối quan hệ vuông góc trong hình hộp và hình tứ diện!
• Xem thêm: