Đề kiểm tra Công thức tính góc trong không gian (có lời giải) - Đề 3

Kim tự tháp Kheops ở Ai Cập có dạng hình chóp \(S.ABCD\), có đáy là hình vuông với cạnh

11/22

Kim tự tháp Kheops ở Ai Cập có dạng hình chóp \(S.ABCD\), có đáy là hình vuông với cạnh dài \(230\;{\rm{m}}\), các cạnh bên bằng nhau và dài \(219\,{\rm{m}}\) (theo britannica.com) (hình vẽ). Gọi \(G\) là trọng tâm tam giác \(SCD\). Tính góc giữa hai đường thẳng \(BG\) và \(SA\) (làm tròn tới hàng đơn vị độ).

Kim tự tháp Kheops ở Ai Cập có dạng hình chóp \(S.ABCD\), có đáy là hình vuông với cạnh (ảnh 1)

\(66^\circ \).

\(69^\circ \).

\(70^\circ \).

\(71^\circ \).

Giải thích

Chọn D.

Kim tự tháp Kheops ở Ai Cập có dạng hình chóp \(S.ABCD\), có đáy là hình vuông với cạnh (ảnh 2)

Gọi \(O = AC \cap BD\). Do \(S.ABCD\) là hình chóp đều nên ta chọn hệ trục toạ độ \(Oxyz\) như hình vẽ.

Đặt \(AB = 230 = a\), \(SA = 219 = b\).

Ta có \(OA = OB = OC = OD = \frac{{a\sqrt 2 }}{2}\).

Tam giác \(SAO\) vuông tại \(O\) có \(SO = \sqrt {S{A^2} - O{A^2}}  = \sqrt {{b^2} - \frac{{2{a^2}}}{4}}  = \frac{{\sqrt {4{b^2} - 2{a^2}} }}{2}\).

Do đó: \(A\left( { - \frac{{a\sqrt 2 }}{2}\,;\;0\,;\;0} \right)\), \(B\left( {0\,;\; - \frac{{a\sqrt 2 }}{2}\,;\;0} \right)\), \[C\left( {\frac{{a\sqrt 2 }}{2}\,;\;0\,;\;0} \right)\], \(D\left( {0\,;\;\frac{{a\sqrt 2 }}{2}\,;\;0} \right)\), \[S\left( {0\,;\;0\,;\;\frac{{\sqrt {4{b^2} - 2{a^2}} }}{2}} \right)\].

Vì \(G\) là trọng tâm tam giác \(SCD\) nên \(G\left( {\frac{{a\sqrt 2 }}{6}\,;\;\frac{{a\sqrt 2 }}{6}\,;\;\frac{{\sqrt {4{b^2} - 2{a^2}} }}{6}} \right)\).

Ta có \(\overrightarrow {SA}  = \left( { - \frac{{a\sqrt 2 }}{2}\,;\;0\,;\; - \frac{{\sqrt {4{b^2} - 2{a^2}} }}{2}} \right)\), \(\overrightarrow {BG}  = \left( {\frac{{a\sqrt 2 }}{6}\,;\;\frac{{2a\sqrt 2 }}{3}\,;\;\frac{{\sqrt {4{b^2} - 2{a^2}} }}{6}} \right)\).

Suy ra \[\cos \left( {SA\,,\;BG} \right) = \frac{{\left| {\overrightarrow {SA} .\overrightarrow {BG} } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {SA} } \right|.\left| {\overrightarrow {BG} } \right|}} = \frac{{\left| { - \frac{{{a^2}}}{6} - \frac{{4{b^2} - 2{a^2}}}{{12}}} \right|}}{{b.\frac{{\sqrt {{b^2} + 8{a^2}} }}{3}}}\]\[ = \frac{{\left| { - \frac{{{a^2}}}{6} - \frac{{2{b^2} - {a^2}}}{6}} \right|}}{{b.\frac{{\sqrt {{b^2} + 8{a^2}} }}{3}}}\]\[ = \frac{{\frac{{{b^2}}}{3}}}{{b.\frac{{\sqrt {{b^2} + 8{a^2}} }}{3}}}\]

\[ = \frac{b}{{\sqrt {{b^2} + 8{a^2}} }}\]   \[ = \frac{{219}}{{\sqrt {471\;161} }}\].

Vậy \[\left( {SA\,,\;BG} \right) \approx 71^\circ 23'40''\;\].