ĐGNL ĐHQG Hà Nội - Tư duy định lượng - Bài toán thiết diện của hình chóp

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông tâm O, tam giác SBD  cân tại S. Gọi M là điểm tùy ý trên AO. Mặt phẳng 

8/30

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông tâm O, tam giác SBD  cân tại S. Gọi M là điểm tùy ý trên AO. Mặt phẳng (α) đi qua M và song song với SA,BD  cắt SO,SB,AB tại N,P,Q. Tứ giác MNPQ  là hình gì?

Hình thang

Hình bình hành

Hình chữ nhật

Hình tam giác

Giải thích

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông tâm O, tam giác SBD  cân tại S. Gọi M là điểm tùy ý trên AO. Mặt phẳng  (ảnh 1)

Tam giác SBD cân tại S  nên SB=SD .

Suy ra \[{\rm{\Delta }}SBC = {\rm{\Delta }}SDC\left( {c.c.c} \right) \Rightarrow \widehat {SCB} = \widehat {SCD}\]

Gọi II  là trung điểm của SCSC .

Xét hai tam giác IBC và ICD  có:

IC chung

BC=DC (ABCD là hình vuông)

\[\widehat {ICB} = \widehat {ICD}\,\left( {cmt} \right)\]

Do đó \[{\rm{\Delta }}IBC = {\rm{\Delta }}IDC\left( {c.g.c} \right) \Rightarrow IB = ID\] hay tam giác ICD  cân tại I .

Do O  là trung điểm của BD  nên IO  là đường trung tuyến trong tam giác cân

\[ \Rightarrow IO \bot BD.\]

Mà SA//IO nên\[SA \bot BD.\]

Ta có:\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{M \in (\alpha ) \cap (ABCD)}\\{BD\parallel (\alpha }\\{BD \subset (ABCD)}\end{array}} \right.\)

Suy ra giao tuyến của (α) với (ABCD)  là đường thẳng qua M  và song song với BD  cắt AB  tại \[Q \Rightarrow MQ\parallel BD.\,\,\left( 1 \right)\]

Ta có:\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{Q \in (\alpha ) \cap (SAB)}\\{SA\parallel (\alpha )}\\{SA \subset (SAB)}\end{array}} \right.\) suy ra giao tuyến của (α)với (SAB)  là đường thẳng đi qua Q  và song song với SA  cắt SB tại P . Do đó \[QP//SA\,\,\,\,(2)\]

Ta có:\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{P \in (\alpha ) \cap (SBD)}\\{BD\parallel (\alpha )}\\{BD \subset (SBD)}\end{array}} \right.\) suy ra giao tuyến của (α)với (SBD)  là đường thẳng đi qua P và song song với BD  cắt SO  tại N . Do đó PN//BD (3).

Ta có:\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{(\alpha ) \cap (SAC) = MN}\\{SA\parallel (\alpha )}\\{SA \subset (SAC)}\end{array}} \right. \Rightarrow MN\parallel SA\)(4)

Từ (1) và (3) suy ra \[PN//MQ//BD\], từ (2) và (4) suy ra \[QP//MN//SA\]. Do đó MNPQ là hình bình hành.

Lại có \[SA \bot BD \Rightarrow MN \bot MQ\].

Vậy MNPQ  là hình chữ nhật.

Đáp án cần chọn là: C