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

Cho tứ diện đều ABCD cạnh a . Gọi M  và P  lần lượt là hai điểm di động trên các cạnh AD và BC sao cho \[MA = PC = x(0 < x <

13/30

Cho tứ diện đều ABCD cạnh a . Gọi M  và P  lần lượt là hai điểm di động trên các cạnh AD và BC sao cho \[MA = PC = x(0 < x < \frac{a}{2})\] . Mặt phẳng (α) đi qua MP  song song với CD cắt tứ diện theo một thiết diện là hình gì?

Hình bình hành

Hình thoi

Hình thang

Hình thang cân

Giải thích

Cho tứ diện đều ABCD cạnh a . Gọi M  và P  lần lượt là hai điểm di động trên các cạnh AD và BC sao cho \[MA = PC = x(0 < x <  (ảnh 1)

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

Suy ra \[\left( \alpha \right) \cap \left( {ACD} \right) = MN\parallel CD\]  với \[N \in AC\].

Tương tự\[\left( \alpha \right) \cap \left( {BCD} \right) = PQ\parallel CD\] với \[Q \in BD.\]

Vì MN//CD//PQ  nên thiết diện MNPQ  là hình thang.

Ta có \[DQ = CP = x,DM = a - x\]

Áp dụng định lí Cosin trong tam giác DMQ ta có:

\[MQ = \sqrt {D{M^2} + D{Q^2} - 2DM.DQ.cos60} = \sqrt {3{x^2} - 3ax + {a^2}} .\]

Tương tự ta cũng tính được \[NP = \sqrt {3{x^2} - 3ax + {a^2}} .\]

Suy ra MQ=NP .

Mặt khác ta có 

\[\begin{array}{l}MN = x < \frac{a}{2};PQ = a - x > \frac{a}{2}\\ \Rightarrow MN \ne PQ\end{array}\]

⇒MNPQ không là hình bình hành

Vậy thiết diện MNPQ  là hình thang cân.

Đáp án cần chọn là: D