Hình học 11 Bài 3: Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng


Nội dung bài học sẽ giúp các em nắm được khái niệm, cách xác định góc giữa đường thẳng và mặt phẳng, các tính chất, định lý liên quan đến đường thẳng vuông góc với mặt phẳng, mối liên hệ giữa quan hệ song song quan hệ vuông góc giữa đường thẳng và mặt phẳng. Bên cạnh đó là các ví dụ minh họa sẽ giúp các em hình thành các kĩ năng giải bài tập liên quan đến xác định góc giữa đường thẳng và mặt phẳng, chứng minh đường thẳng vuông góc với mặt phẳng,...

Quảng cáo

Tóm tắt lý thuyết

1.1. Định nghĩa

Đường thẳng a được gọi là vuông góc với mặt phẳng (P) nếu a vuông góc với mọi đường thẳng a nằm trong mặt phẳng (P). 

Kí hiệu: \(a \bot \left ( P \right )\)

Định nghĩa đường thẳng vuông góc mặt phẳng

\(a \bot mp(P) \Leftrightarrow a \bot c,\forall c \subset (P)\)

1.2. Định lý

Nếu đường thẳng d vuông góc với hai đường thẳng cắt nhau a và b của mặt phẳng (P) thì \(d \bot \left ( P \right ).\)

Điều kiện để đường thẳng vuông góc với mặt phẳng

Hệ quả: Nếu một đường thẳng vuông góc với hai cạnh của một tam giác thì nó cũng vuông góc với cạnh thứ ba của tam giác đó.

1.3. Các tính chất

Tính chất 1: Có một và chỉ một đường mặt phẳng đi qua một điểm cho trước và vuông góc với một đường thẳng cho trước.

Tính chất 2: Có duy nhất một đường thẳng đi qua một điểm cho trước và vuông góc với một mặt phẳng cho trước.

1.4. Liên hệ giữa quan hệ song song và quan hệ vuông góc giữa đường thẳng và mặt phẳng

a) Tính chất 1

  • Cho hai đường thẳng song song. Mặt phẳng nào vuông góc với đường thẳng này thì cũng vuông góc với đường thẳng kia.

\(\left. \begin{array}{l} a//b\\ \left( \alpha \right) \bot a \end{array} \right\} \Rightarrow \left( \alpha \right) \bot b\)

  • Hai đường thẳng phân biệt cùng vuông góc với một mặt phẳng thì song song với nhau.

\(\left. \begin{array}{l} a \bot (\alpha )\\ b \bot (\alpha )\\ a \ne b \end{array} \right\} \Rightarrow a//b\)

b) Tính chất 2

  • Cho hai mặt phẳng song song. Đường thẳng nào vuông góc với mặt phẳng này thì cũng vuông góc với mặt phẳng kia.

\(\left. \begin{array}{l} a \bot (\alpha )\\ \left( \alpha \right)//\left( \beta \right) \end{array} \right\} \Rightarrow \left( \alpha \right) \bot \left( \beta \right)\)

  • Hai mặt phẳng phân biệt cùng vuông góc với một đường thẳng thì song song với nhau.

 

\(\left. \begin{array}{l} a \bot (\alpha )\\ a \bot \left( \beta \right)\\ \left( \alpha \right) \ne \left( \beta \right) \end{array} \right\} \Rightarrow \left( \alpha \right)//\left( \beta \right)\)

c) Tính chất 3

  • Cho đường thẳng a và mặt phẳng \(\left ( \alpha \right )\) song song với nhau. Đường thẳng nào vuông góc với \(\left ( \alpha \right )\) thì cũng vuông góc với a.

\(\left. \begin{array}{l} a//(\alpha )\\ b \bot \left( \alpha \right) \end{array} \right\} \Rightarrow b \bot a\)

  • Nếu một đường thẳng và một mặt phẳng cùng vuông góc với một đường thẳng khác thì chúng song song với nhau.

\(\left. \begin{array}{l} a \bot b\\ b \bot \left( \alpha \right)\\ a \not\subset \left( \alpha \right) \end{array} \right\} \Rightarrow a//\left( \alpha \right)\)

1.5. Định lý ba đường vuông góc

Cho đường thẳng d nằm trong mặt phẳng \(\left ( \alpha \right )\) và b là đường thẳng không thuộc \(\left ( \alpha \right )\) đồng thời không vuông góc với \(\left ( \alpha \right )\). Gọi b' là hình chiếu vuông góc của b trên \(\left ( \alpha \right )\). Kho đó a vuông góc với b khi và chỉ khi a vuông góc với b'.

Định lý 3 đường vuông góc

1.6. Góc giữa đường thẳng và mặt phẳng

  • Góc giữa đường thẳng d không vuông góc với mặt phẳng \(\left ( \alpha \right )\) là góc giữa d và hình chiếu d’ của nó trên mặt phẳng \(\left ( \alpha \right )\).

  • Đặc biệt: Nếu d vuông góc với mặt phẳng \(\left ( \alpha \right )\) thì ta nói rằng góc giữa đường thẳng d và mặt phẳng \(\left ( \alpha \right )\) là 900.

Bài tập minh họa

Ví dụ 1: 

Cho hình chóp  S.ABC có đáy ABC là tam giác vuông tại C, \(SA \bot (ABC).\)

a) Chứng minh rằng: \(BC \bot (SAC)\).

b) Gọi E là hình chiếu vuông góc của A trên SC. Chứng minh rằng: \(AE \bot (SBC).\)

c) Gọi (P) là mặt phẳng qua AE và vuông góc với SB, (P) giao với SB tại D. Đường thẳng DE cắt BC tại F. Chứng minh rằng: \(AF \bot (SAB).\)

Lời giải:

Cho hình chóp  S.ABC có đáy ABC là tam giác vuông tại C

a) Ta có: \(BC \bot AC{\rm{ }}(gt){\rm{ (1)}}\)

Mặt khác: \(\left. \begin{array}{l} SA \bot (ABC)\\ BC \subset (ABC) \end{array} \right\} \Rightarrow SA \bot BC\,\,(2)\)

Từ (1) và (2) suy ra: \(BC \bot (SAB).\)

b) Ta có: \(AE \bot SC{\rm{ (3) (gt)}}\)

Theo câu a ta có: \(BC \bot (SAB) \Rightarrow AE \bot BC{\rm{ (4)}}\)

Từ (3) (4) suy ra: \(AE \bot (SBC).\)

c) Ta có mặt phẳng (P) chính là mặt phẳng (ADE).

Từ \(\left. \begin{array}{l} SA \bot (ABC)\\ AF \subset (ABC) \end{array} \right\} \Rightarrow AF \bot SA{\rm{ (5)}}\)

Do \(SB \bot (ADE) \Rightarrow AF \bot SB{\rm{ (6)}}\).

Từ (5) (6) suy ra: \(AF \bot (SAB).\)

Ví dụ 2:

Cho hình chóp S.ABCD đáy ABCD là hình thang vuông tại A và B, \(SA \bot (ABCD)\), AD=2a, AB=BC=a. Chứng minh rằng: Tam giác SCD vuông.

Lời giải:

Hình chóp S.ABCD đáy ABCD là hình thang vuông tại A và B

Ta có: \(\left. \begin{array}{l} SA \bot (ABCD)\\ CD \subset (ABCD) \end{array} \right\} \Rightarrow SA \bot CD(1)\)

Gọi I là trung điểm của AD. Tứ giác ABCI là hình vuông.

Do đó, \(\widehat {ACI} = {45^0}.\) (*)

Mặt khác tam giác CID vuông cân tại I nên \(\widehat {BCI} = {45^0}.\) (**)

Từ (*) (**) suy ra: \(\widehat {ACD} = {90^0}\) hay \(AC \bot CD (2)\).

Từ (1) và (2) suy ra: \(CD \bot (SAC) \Rightarrow CD \bot SC\).

Hay tam giác SCD vuông tại C.

Ví dụ 3:

Cho hình chóp S.ABCD đáy ABCD là hình vuông cạnh a, SA vuông góc với mặt phẳng đáy, \(SA = a\sqrt 6\). Tính sin của góc giữa:

a) SC và (SAB).

b) AC và (SBC).

Lời giải:

Hình chóp S.ABCD đáy ABCD là hình vuông cạnh a

a) Ta có: \(BC \bot AB{\rm{ (gt)}}\).

\(SA \bot BC\) (Vì \(SA \bot (ABCD)\))

Suy ra: \(BC \bot (SAB).\)

Do đó: SB là hình chiếu vuông góc của SC trên mặt phẳng (SAB).

\(\Rightarrow (SC,(SAB)) = \widehat {BSC}.\)

Ta có: \(\sin (SC,(SAB)) = \sin \widehat {BSC} = \frac{{BC}}{{SC}} = \frac{a}{{\sqrt {S{A^2} + A{C^2}} }} = \frac{{\sqrt 2 }}{4}\).

b) Trong  mặt phẳng (SAB) kẻ: \(AH \bot SB{\rm{ (H}} \in {\rm{SB)}}.\)

Theo câu a ta có: \(BC \bot (SAB) \Rightarrow AH \bot BC\) nên \(AH \bot (SBC)\) hay CH là hình chiếu vuông góc của AC trên mặt phẳng (SBC).

\(\Rightarrow (AC,(SBC)) = \widehat {ACH}.\)

Xét tam giác vuông SAB có: \(\frac{1}{{A{H^2}}} = \frac{1}{{A{B^2}}} + \frac{1}{{S{A^2}}} = \frac{7}{{6{a^2}}} \Rightarrow AH = a.\sqrt {\frac{6}{7}} .\)

Vậy: \(\sin (AC,(SBC)) = \sin \widehat {ACH} = \frac{{AH}}{{AC}} = \frac{{\sqrt {21} }}{7}.\) 

3. Luyện tập Bài 3 chương 3 hình học 11

Nội dung bài học sẽ giúp các em nắm được khái niệm, cách xác định góc giữa đường thẳng và mặt phẳng, các tính chấtđịnh lý liên quan đến đường thẳng vuông góc với mặt phẳngmối liên hệ giữa quan hệ song song và quan hệ vuông góc giữa đường thẳng và mặt phẳng. Bên cạnh đó là các ví dụ minh họa sẽ giúp các em hình thành các kĩ năng giải bài tập liên quan đến xác định góc giữa đường thẳng và mặt phẳng, chứng minh đường thẳng vuông góc với mặt phẳng,...

3.1 Trắc nghiệm về Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng

Để cũng cố bài học xin mời các em cũng làm Bài kiểm tra Trắc nghiệm Hình học 11 Bài 3 để kiểm tra xem mình đã nắm được nội dung bài học hay chưa.

  • Câu 1:

    Khẳng định nào sau đây sai?

    • A. Nếu đường thẳng \(d \bot \left( \alpha \right)\) thì d vuông góc với hai đường thẳng trong \((\alpha)\)
       
    • B. Nếu đường thẳng d vuông góc với hai đường thẳng nằm trong \((\alpha)\) thì \(d \bot \left( \alpha \right)\)
    • C. Nếu đường thẳng d vuông góc với hai đường thẳng cắt nhau nằm trong \((\alpha)\) thì d vuông góc với bất kì đường thẳng nào nằm trong \((\alpha)\)
    • D. Nếu \(d \bot \left( \alpha \right)\) và đường thẳng a || \((\alpha)\) thì \(d\bot a\)
  • Câu 2:

    Trong không gian cho đường thẳng \(\Delta\) và điểm O. Qua O có mấy đường thẳng vuông góc với \(\Delta\) cho trước

    • A. 1
    • B. 2
    • C. 3
    • D. Vô số
  • Câu 3:

    Qua điểm O cho trước, có bao nhiêu mặt phẳng vuông góc với đường thẳng d cho trước

    • A. 1
    • B. 2
    • C. 3
    • D. vô số
  • Câu 4:

    Mệnh đề nào sau đây sai

    • A. Hai đường thẳng phân biệt cùng vuông góc với một mặt phẳng thì song song
    • B. Hai mặt phẳng phân biệt cùng vuông góc với một đường thẳng thì song song
    • C. Hai đường thẳng phân biệt cùng vuông góc với một đường thẳng thứ ba thì song song.
    • D. Một đường thẳng và một mặt phẳng (không chứa đường thẳng đã cho) cùng vuông góc với một đường thẳng thì song song nhau.
    • A. O là trọng tâm tam giác ABC
    • B. O là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC
    • C. O là trực tâm tam giác ABC
    • D. O là tâm đường tròn nội tiếp tam giác ABC

Câu 2- Câu 5: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

3.2 Bài tập SGK và Nâng Cao về Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng

Bên cạnh đó các em có thể xem phần hướng dẫn Giải bài tập Hình học 11 Bài 3 sẽ giúp các em nắm được các phương pháp giải bài tập từ SGK hình học 11 Cơ bản và Nâng cao.

Bài tập 1 trang 104 SGK Hình học 11

Bài tập 2 trang 104 SGK Hình học 11

Bài tập 3 trang 104 SGK Hình học 11

Bài tập 4 trang 105 SGK Hình học 11

Bài tập 5 trang 105 SGK Hình học 11

Bài tập 6 trang 105 SGK Hình học 11

Bài tập 7 trang 105 SGK Hình học 11

Bài tập 8 trang 105 SGK Hình học 11

4. Hỏi đáp về bài 3 chương 3 hình học 11

Nếu có thắc mắc cần giải đáp các em có thể để lại câu hỏi trong phần Hỏi đáp, cộng đồng Toán HỌC247 sẽ sớm trả lời cho các em. 

  • Cho hình chóp SABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a; SA⊥(ABCD) và SA=\(\dfrac{a\sqrt{6}}{3}\)

    a) chứng minh BD⊥SC

    b) Chứng minh BD⊥(SAC)

    c) tính góc giữa SC và mặt phẳng (ABCD)

    Theo dõi (0) 1 Trả lời
  • Bài 3.21 (Sách bài tập - trang 147)

    Chứng minh rằng tập hợp những điểm cách đều ba đỉnh của tam giác ABC là đường thẳng d vuông góc với mặt phẳng (ABC) tại tâm O của đường tròn (C) ngoại tiếp tam giác ABC đó ?

    Theo dõi (0) 1 Trả lời
  • help help

    bởi thanh duy 03/08/2018

    có bao nhiêu đường thẳng song song với mặt phẳng (alpha) và đi qua điểm O cho trước

    Theo dõi (0) 3 Trả lời

-- Mod Toán Học 11 HỌC247

Quảng cáo

Được đề xuất cho bạn