Đề thi Đánh giá năng lực ĐHQG Hà Nội năm 2024 - 2025 có đáp án (Đề 21)

Cho hình lăng trụ đứng \(ABC.A'B'C'\) có đáy là tam giác cân tại \(A\) có \(AB = AC = 2a,\) \(\widehat {CAB} = 120^\circ .\) Mặt phẳng \(\left( {AB'C'} \right)\)

35/150

Cho hình lăng trụ đứng \(ABC.A'B'C'\) có đáy là tam giác cân tại \(A\) có \(AB = AC = 2a,\) \(\widehat {CAB} = 120^\circ .\) Mặt phẳng \(\left( {AB'C'} \right)\) tạo với đáy một góc \(60^\circ \). Thể tích khối lăng trụ là 

\(2{a^3}\).

\(\frac{{3{a^3}}}{8}\).

\(\frac{{{a^3}}}{3}\).

\(3{a^3}\).

Giải thích

Cho hình lăng trụ đứng \(ABC.A'B'C'\) có đáy là tam giác cân tại \(A\) có \(AB = AC = 2a,\) \(\widehat {CAB} = 120^\circ .\) Mặt phẳng \(\left( {AB'C'} \right)\)  (ảnh 1)

Gọi \(D\) là trung điểm của \(B'C'\).

Vì tam giác \(A'B'C'\) cân tại \(A'\) nên \(A'D \bot B'C'\) (trung tuyến đồng thời là đường cao).

Ta có: \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{A'D \bot B'C'}\\{AA' \bot B'C'}\end{array}} \right. \Rightarrow B'C' \bot \left( {AA'D} \right) \Rightarrow B'C' \bot AD\)

\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{\left( {AB'C'} \right) \cap \left( {A'B'C'} \right) = B'C'}\\{\left( {AB'C'} \right) \supset AD \bot B'C'}\\{\left( {A'B'C'} \right) \supset A'D \bot B'C'}\end{array}} \right.\)

\[ \Rightarrow \widehat {\left( {\left( {AB'C'} \right),\left( {A'B'C'} \right)} \right)} = \widehat {\left( {AD,\,\,A'D} \right)} = \widehat {ADA'} = 60^\circ \].

Vì tam giác \(A'B'C'\) cân tại \(A'\) nên \(\widehat {DA'C'} = \frac{1}{2}\widehat {B'A'C'} = 60^\circ \) (trung tuyến đồng thời là phân giác).

Xét tam giác vuông \(A'C'D\) có: \(A'D = A'C' \cdot \cos 60^\circ = 2a \cdot \frac{1}{2} = a.\)

Xét tam giác vuông \(AA'D\) có: \(AA' = A'D \cdot \tan 60^\circ = a \cdot \sqrt 3 .\)

Ta có: \({S_{ABC}} = \frac{1}{2}AB \cdot AC \cdot \sin \widehat {BAC} = \frac{1}{2} \cdot 2a \cdot 2a \cdot \frac{{\sqrt 3 }}{2} = {a^2}\sqrt 3 .\)

Vậy \({V_{ABC.A'B'C'}} = AA' \cdot {S_{ABC}} = a\sqrt 3 \cdot {a^2}\sqrt 3 = 3{a^3}.\)Chọn D.