Cho hình lăng trụ ABC.A'B'C' có đáy là tam giác vuông tại \(A,AB=a,AC=a\sqrt{2}.\) Biết góc giữa hai mặt phẳng \(\left( AB'C' \right)\) và \(\left( ABC \right)\) bằng \({{60}^{0}}\) và hình chiếu của A lên \(\left( A'B'C' \right)\) là trung điểm H của đoạn thẳng A'B'. Tính bán kính mặt cầu ngoại tiếp tứ diện A.HB'C' theo a.

Gọi M là trung điểm B'C' và N là hình chiếu của H trên B'C'. Ta có

\(\left\{ \begin{array}{l} B'C' \bot HN\\ B'C' \bot AH \end{array} \right. \Rightarrow B'C' \bot \left( {AHN} \right) \Rightarrow B'C' \bot AN.\)

\(\left\{ \begin{array}{l} \left( {AB'C'} \right) \cap \left( {A'B'C'} \right) = B'C'\\ B'C' \bot HN\\ B'C' \bot AN \end{array} \right.\)

\(\Rightarrow \left( \left( A'B'C' \right),\left( AB'C' \right) \right)=\widehat{ANH}={{60}^{0}}\)

Ta có \(B'C'=\sqrt{A'B{{'}^{2}}+A'C{{'}^{2}}}=a\sqrt{3}\)

\(\frac{1}{H{{N}^{2}}}=\frac{1}{H{{B}^{2}}}+\frac{1}{H{{M}^{2}}}\Rightarrow HN=\frac{a\sqrt{6}}{6}$ và \(AH=HN.\tan {{60}^{0}}=\frac{a\sqrt{2}}{2}.\)

Chọn hệ trục tọa độ Oxyz sao cho H trùng với O các điểm B',M,A lần lượt thuộc các tia Ox,Oy,Oz.

Ta có \(H\left( 0;0;0 \right),B'\left( \frac{a}{2};0;0 \right),A\left( 0;0;\frac{a\sqrt{2}}{2} \right),C'\left( -\frac{a}{2};a\sqrt{2};0 \right).\)

Gọi \(\left( S \right):{{x}^{2}}+{{y}^{2}}+{{z}^{2}}-2Ax-2By-2Cz+D=0\) là phương trình mặt cầu ngoại tiếp tứ diện AHB'C'. Ta có

\(\left\{ \begin{array}{l} D = 0\\ 2A\frac{a}{2} = {\left( {\frac{a}{2}} \right)^2}\\ 2C.a\frac{{\sqrt 2 }}{2} = {\left( {\frac{{a\sqrt 2 }}{2}} \right)^2}\\ 2A.\left( { - \frac{a}{2}} \right) + 2B.a\sqrt 2 = {\left( { - \frac{a}{2}} \right)^2} + {\left( {a\sqrt 2 } \right)^2} \end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l} A = \frac{a}{4}\\ B = \frac{5}{{4\sqrt 2 }}\\ C = \frac{a}{{2\sqrt 2 }}\\ D = 0 \end{array} \right.\)

\(R = \sqrt {{A^2} + {B^2} + {C^2} - D}  = \frac{{a\sqrt {62} }}{8}.\)