Bài tập Xác định và tính góc giữa hai đường thẳng lớp 11 (có lời giải)
Đề thi

Bài tập Xác định và tính góc giữa hai đường thẳng lớp 11 (có lời giải)

A
Admin
ToánLớp 11169 lượt thi
25 câu hỏi
1. Trắc nghiệm
• 1 điểm

Cho hình hộp ABCD.A'B'C'D'. Giả sử tam giác AB'C và A'DC' đều có 3 góc nhọn. Góc giữa hai đường thẳng AC và A'D là góc nào sau đây?

BDB'^

AB'C^

DB'B^

DA'C'^

Xem đáp án

Đáp án đúng là: D

Cho hình hộp ABCD.A'B'C'D'. Giả sử tam giác AB'C và A'DC' đều có 3 góc nhọn. Góc giữa hai đường thẳng AC và A'D là góc nào sau đây?  (ảnh 1)

 

Ta có: AC // A'C' (do ABCD.A'B'C'D') là hình hộp.

Do đó, (AC, A'D) = (A'C', A'D) = DA'C'^  (do giả thiết tam giác DA'C' nhọn).

2. Trắc nghiệm
• 1 điểm

Cho tứ diện đều ABCD có tất cả các cạnh bằng nhau. Số đo góc giữa hai đường thẳng CD và AB là

30°

45°

60°

90°

Xem đáp án

Đáp án đúng là: D

Cho tứ diện đều ABCD có tất cả các cạnh bằng nhau. Số đo góc giữa hai đường thẳng CD và AB là (ảnh 1)

Gọi H là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác BCD

Do đó, AH vuông góc với (BCD).

ABCD là tứ diện đều tất cả các cạnh bằng nhau nên tam giác BCD đều.

Gọi E là trung điểm của CD ⇒ BE vuông góc với CD.

Do AH vuông góc với (BCD) nên AH vuông góc với CD.

Ta có: CD⊥BECD⊥AH⇒CD⊥ABE⇒CD⊥AB⇒AB,CD=90°  .
3. Trắc nghiệm
• 1 điểm

Cho tứ diện đều ABCD, M là trung điểm của BC. Khi đó cos(AB, DM) bằng:

36

22

32

12

Xem đáp án

Đáp án đúng là: A

 

Không mất tính tổng quát, giả sử tứ diện ABCD có cạnh bằng a.

Gọi H là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác BCD nên AH vuông góc với (BCD).

Gọi E là trung điểm AC, ta có:

ME // AB ⇒ (AB, DM) = (ME, MD) 

Ta có: cos(AB, DM) = cos(ME, MD) =cosME→,MD→=cosEMD^

Do các mặt của tứ diện đều là tam giác đều, từ đó ta dễ dàng tính được độ dài các cạnh của tam giác MED: ME = a2; ED = MD =a32 .

Xét tam giác MED, ta có:

cosEMD^=ME2+MD2−ED22ME.MD=a22+a322−a3222.a2.a32=36.

Từ đó cosAB,DM=36=36 .

4. Trắc nghiệm
• 1 điểm

Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình vuông ABCD cạnh bằng a và các cạnh bên đều bằng a. Gọi M và N lần lượt là trung điểm của AD và SD. Số đo của góc (MN, SC) bằng

30°

45°

60°

90°

Xem đáp án

Đáp án đúng là: D

Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình vuông ABCD cạnh bằng a và các cạnh bên đều bằng a (ảnh 1)

Gọi O là tâm của hình vuông ABCD, do đó, O là tâm đường tròn ngoại tiếp của hình vuông ABCD (1)

Ta có: SA = SB = SC = SD nên S nằm trên trục của đường tròn ngoại tiếp hình vuông ABCD (2).

Từ (1) và (2) ta có: SO vuông góc với (ABCD).

Từ giả thiết ta có: MN song song với SA (do MN là đường trung bình của tam giác SAD)

⇒ (MN, SC) = (SA, SC)

Xét tam giác SAC có:

SA2 + SC2 = a2 + a2 = 2a2

AC2 = AD2 + DC2 = 2a2

Suy ra SA2 + SC2 = AC2.

Do đó, tam giác SAC vuông tại S nên SA vuông góc với SC.

Vậy (MN, SC) = (SA, SC) = 90°.

5. Trắc nghiệm
• 1 điểm

Cho hình chóp S.ABCD có tất cả các cạnh đều bằng a. Gọi I và J lần lượt là trung điểm của SC và BC. Số đo của góc (IJ, CD) bằng:

30°

45°

60°

90°

Xem đáp án

Đáp án đúng là: C

Cho hình chóp S.ABCD có tất cả các cạnh đều bằng a. Gọi I và J lần lượt là trung điểm của SC và BC. Số đo của góc (IJ, CD) bằng: (ảnh 1)

 

Gọi O là tâm của hình vuông ABCD

Do đó, O là tâm của đường tròn ngoại tiếp của hình vuông ABCD (1)

Ta có: SA = SB = SC = SD nên S nằm trên trục của đường tròn ngoại tiếp hình vuông ABCD (2)

Từ (1) và (2) ⇒ SO vuông góc với (ABCD)

Ta lại có: IJ // SB (do IJ là đường trung bình của tam giác SAB)

⇒ (IJ, CD) = (SB, AB)

Mặt khác, ta lại có tam giác SAB đều, do đó SBA^=60° ⇒ (IJ, CD) = (SB, AB) = 60°.

6. Trắc nghiệm
• 1 điểm

Cho tứ diện ABCD có AB = CD. Gọi I, J, E, F lần lượt là trung điểm của AC, BC, BD, AD. Góc giữa (IE, JF) bằng

30°

45°

60°

90°

Xem đáp án

Đáp án đúng là: D

Cho tứ diện ABCD có AB = CD. Gọi I, J, E, F lần lượt là trung điểm của AC, BC, BD, AD. Góc giữa (IE, JF) bằng  (ảnh 1)

Do I, J, E, F lần lượt là trung điểm của AC, BC, BD, AD. Do đó IJ là đường trung bình của tam giác ABC, EF là đường trung bình của tam giác ABD, JE là đường trung bình của tam giác BCD, IF là đường trung bình của tam giác ACD.

Từ đó, ta có:

IJ // EF // AB

JE // IF // CD

Do đó, tứ giác IJEF là hình bình hành

Mặt khác: AB = CD ⇒ IJ = 12AB = JE=12CD

Do đó, ABCD là hình thoi.

Do đó, IE vuông góc với JF (tính chất hai đường chéo của hình thoi)

⇒ IE,JF=90° .

7. Trắc nghiệm
• 1 điểm

Cho hình lập phương ABCD.EFGH. Hãy xác định góc giữa hai đường thẳng AB, DH bằng bao nhiêu?

30°

45°

60°

90°

Xem đáp án

Đáp án đúng là: D

Cho hình lập phương ABCD.EFGH. Hãy xác định góc giữa hai đường thẳng AB, DH bằng bao nhiêu? (ảnh 1)

Ta có:

AE // DH (do ABCD.EFGH là hình lập phương)

AE cắt AB tại A

⇒ (AB, DH) = (AE, AB)

Mà AE vuông góc với AB nên (AB, DH) = (AE, AB) = 90° .

8. Trắc nghiệm
• 1 điểm

Trong không gian cho hai hình vuông ABCD và ABC'D' có chung cạnh AB và nằm trong hai mặt phẳng khác nhau, lần lượt có tâm O và O'. Hãy xác định góc giữa hai đường thẳng AB và OO'?

30°

45°

90°

120°

Xem đáp án

Đáp án đúng là: C

Trong không gian cho hai hình vuông ABCD và ABC'D' có chung cạnh AB và nằm trong hai mặt phẳng khác nhau, (ảnh 1)

Vì ABCD và ABC'D' là hình vuông nên AD // BC'; AD = BC'

⇒ ADBC' là hình bình hành

Mà O, O' là tâm của 2 hình vuông nên O, O' là trung điểm của BD và AC'

Do đó, OO' là đường trung bình của ADBC'.

Do đó, OO' song song với AD.

Mặt khác, AD vuông góc với AB nên OO' vuông góc với AD nên (OO', AB) = 90°.

9. Trắc nghiệm
• 1 điểm
Cho tứ diện ABCD có M là trung điểm của cạnh BC. Khi đó cosAB,DM=?

22

36

12

32

Xem đáp án

Đáp án đúng là: B

Cho tứ diện ABCD có M là trung điểm của cạnh BC. Khi đó   (ảnh 1)

Giả sử cạnh của tứ diện là a.

Ta có:   cosAB→,DM→=AB→.DM→AB→.DM→=AB→.DM→a.a32

Mặt khác:

AB→.DM→=AB→.AM→−AD→= AB→.AM→−AB→.AD→=AB.AM.cos30°−AB.AD.cos60°.
a.a32.32−a.a.12=3a24−a22=a24
⇒cosAB→,DM→=36⇒cosAB,DM=36
10. Trắc nghiệm
• 1 điểm

Cho hình chóp S.ABCD có tất cả các cạnh đều bằng a. Gọi I và J lần lượt là trung điểm của SC và BC. Số đo của góc (IJ, CD) bằng:

90°

45°

30°

60°

Xem đáp án

Đáp án đúng là: D

Cho hình chóp S.ABCD có tất cả các cạnh đều bằng a. Gọi I và J lần lượt là trung điểm của SC và BC. Số đo của góc (IJ, CD) bằng:  (ảnh 1)

 

Gọi O là tâm của hình thoi ABCD

Ta có: OJ // CD

Nên (IJ, CD) = (IJ, OJ)

Nên góc giữa IOJ và CD bằng góc giữa IJ và OJ

Xét tam giác IOJ có: IJ=12SB=a2;OJ=12CD=a2;IO=12SA=a2

Nên tam giác IOJ đều

Vậy (IJ, CD) = (IJ, OJ) = IJO^  = 60°.

 

11. Trắc nghiệm
• 1 điểm

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông. Xác định góc giữa hai đường thẳng AB và AC?

90°.

60°.

45°.

120°.

Xem đáp án

Đáp án đúng là: C

Vì ABCD là hình vuông nên đường chéo AC là đường phân giác của góc \(\widehat {BAD}\)

⇒ \(\widehat {BAC}\) = 45°

Do đó, góc giữa hai đường thẳng AB và AC là (AB, AC) = \(\widehat {BAC}\) = 45°.

12. Trắc nghiệm
• 1 điểm

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông. Chọn khẳng định sai?

Góc giữa AB và CD bằng 0°.

Góc giữa AD và BC bằng 0°.

Góc giữa AB và AC bằng 45°.

Góc giữa CD và AC bằng 60°.

Xem đáp án

Đáp án đúng là: D

Ta có: ABCD là hình vuông:

AB ∥ CD nên (AB, CD) = 0°

AD ∥ BC nên (AD, BC) = 0°

Đường chéo AC là đường phân giác của \(\widehat {DAB}\) nên \(\widehat {BAC}\) = 45°

⇒ (AB, AC) = \(\widehat {BAC}\) = 45°

Đường chéo AC là đường phân giác của \(\widehat {BCD}\) nên \(\widehat {ACD}\)= 45°. Do CD cắt AC tại C nên góc giữa CD và AC bằng \(\widehat {ACD}\) = 45° ≠ 60°.

Vậy khẳng định D là sai.

13. Trắc nghiệm
• 1 điểm

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a và tất cả các cạnh bên của hình chóp đều bằng a. Góc giữa hai đường thẳng AB và SC bằng:

45°.

90°.

60°.

120°.

Xem đáp án

Đáp án đúng là: C

Vì ABCD là hình vuông nên AB ∥ CD

Do đó, góc giữa hai đường thẳng AB và SC bằng góc giữa hai đường thẳng CD và SC

Vì CD cắt SC tại C ⇒ (AB, SC) = (CD, SC) = \(\widehat {SCD}\) (do △SCD có các cạnh bằng nhau nên \(\widehat {SCD}\) < 90°)

Xét △SCD có SC = SD = CD = a nên △SCD là tam giác đều ⇒ \(\widehat {SCD}\) = 60°

Vậy góc giữa hai đường thẳng AB và SC bằng 60°.

14. Trắc nghiệm
• 1 điểm

Cho tứ diện ABCD có AB = CD = a. Gọi M và N lần lượt là trung điểm của AD và BC. Xác định độ dài đoạn thẳng MN để góc giữa hai đường thẳng AB và MN bằng 30°.

\(MN = \frac{a}{2}\).

\(MN = \frac{{a\sqrt 3 }}{2}\).

\(MN = \frac{{a\sqrt 3 }}{3}\).

\(MN = \frac{a}{4}\).

Xem đáp án

Đáp án đúng là: B.

Gọi P là trung điểm của AC. Suy ra \(PM = \frac{1}{2}CD = \frac{1}{2}AB = PN\). Do đó, tam giác PMN cân tại P.

Lại có góc giữa AB và MN bằng 30° nên góc giữa MN và PN bằng 30°.

Vậy tam giác PMN là tam giác cân tại P có góc ở đỉnh bằng 120°.

Ta có \(PN.\sqrt 3 = MN\)nên MN = \(\frac{{a\sqrt 3 }}{2}\).

15. Trắc nghiệm
• 1 điểm

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a và tất cả các cạnh bên đều bằng a. Gọi M, N lần lượt là trung điểm của SA và SB. Góc giữa hai đường thẳng MN và BD là:

60°.

30°.

90°.

45°.

Xem đáp án

Đáp án đúng là: D

Vì M, N lần lượt là trung điểm của SA, SB nên MN là đường trung bình của tam giác SAB ⇒ MN ∥ AB

Do MN ∥ AB nên góc giữa hai đường thẳng MN và BD bằng góc giữa hai đường thẳng AB và BD

Vì ABCD là hình vuông nên đường chéo BD là đường phân giác của góc \(\widehat {ABC}\)

⇒ \(\widehat {ABD}\) = 45°

Do đó, (MN, BD) = (AB, BD) = \(\widehat {ABD}\) = 45°.

16. Đúng sai
• 1 điểm

Cho tứ diện S.ABC có SA = SB = SC = AB = AC = a; BC = \(a\sqrt 2 \). M, N, P lần lượt là trung điểm của BC, SB, SA. Các mệnh đề sau đúng hay sai?

a

MN = NP.

ĐúngSai
b

PM = 2a.

ĐúngSai
c

Góc giữa AB và SC là góc giữa PN và PM.

ĐúngSai
d

Góc giữa AB và SC bằng 60°.

ĐúngSai
Xem đáp án

Đáp án: a) Đúng. b) Sai. c) Sai. d) Đúng.

Cho tứ diện S.ABC có SA = SB = SC = AB = AC = a; BC = a căn 2. M, N, P lần lượt là trung điểm của BC, SB, SA. Các mệnh đề sau đúng hay sai? (ảnh 1)

a) Đúng. MN, PN lần lượt là đường trung bình △SBC và △SAB

⇒MN = \(\frac{1}{2}\)SC, PN = \(\frac{1}{2}\)AB.

Lại có AB = SC suy ra MN = PN = \[\frac{a}{2}\].

b) Sai. △SAC và △SAB là các tam giác đều cạnh a (vì SA = AC = SC = a và SA = AB = SB = a)

Do P là trung điểm của SA nên CP và BP lần lượt là đường cao của △SAC và △SAB ⇒ PC = PB = \(\frac{{a\sqrt 3 }}{2}\) ⇒ △PBC cân tại P

Mà M là trung điểm BC ⇒ PM là đường trung tuyến đồng thời là đường cao

⇒ PM ⊥ BC ⇒ △PMC vuông tại M

Vì M là trung điểm của BC ⇒ CM = BM = \(\frac{{BC}}{2} = \frac{{a\sqrt 2 }}{2}\)

Xét △PMC vuông tại M, ta có:

PM = \(\sqrt {P{C^2} - C{M^2}} \) = \(\sqrt {{{\left( {\frac{{a\sqrt 3 }}{2}} \right)}^2} + {{\left( {\frac{{a\sqrt 2 }}{2}} \right)}^2}} \) = \(\frac{a}{2}\) (định lý Pytago)

Vậy PM = \[\frac{a}{2}\].

c) Sai. Do M, N, P lần lượt là trung điểm của BC, SB, SA nên MN // SC, PN // AB. Suy ra góc giữa AB và SC là góc giữa MN và PN.

d) Đúng. Có \(PM = PN = MN = \frac{a}{2}\)nên tam giác MNP là tam giác đều. Suy ra \(\widehat {MNP} = 60^\circ \). Lại có \(\left( {AB,SC} \right) = \left( {PN,MN} \right) = \widehat {MNP}\) suy ra góc giữa AB và SC là 60°.

17. Đúng sai
• 1 điểm

Trong không gian, xét tính đúng sau của các khẳng định sau:

a

Để xác định góc giữa hai đường thẳng chéo nhau a và b, ta bắt buộc phải chọn một điểm O nằm ngoài cả hai đường thẳng đó để kẻ các đường thẳng song song lần lượt với a và b.

ĐúngSai
b

Nếu hai đường thẳng a và b song song thì góc giữa chúng được quy ước bằng 180°.

ĐúngSai
c

Góc giữa hai đường thẳng trong không gian là góc α thoả mãn điều kiện 0° ≤ α ≤ 90°.

ĐúngSai
d

Giả sử hai đường thẳng a và b cắt nhau tại O tạo thành 4 góc chung đỉnh. Góc giữa hai đường thẳng a và b là góc nhỏ nhất trong 4 góc đó.

ĐúngSai
Xem đáp án

Đáp án: a) Sai. b) Sai. c) Đúng. d) Đúng.

a) Sai. Điểm O có thể lấy bất kỳ trong không gian. Để thuận tiện thì ta chọn điểm O nằm ngay trên một trong hai đường thẳng.

b) Sai. Theo quy ước, góc giữa hai đường thẳng song song hoặc trùng nhau bằng 0°.

c) Đúng. Góc giữa hai đường thẳng luôn là góc không tù, tức là từ 0° đến 90°.

d) Đúng. Hai đường thẳng cắt nhau luôn tạo thành 2 cặp góc đối đỉnh. Theo định nghĩa, góc giữa hai đường thẳng cắt nhau là góc không tù, nên nó luôn là góc có số đo nhỏ nhất hoặc bằng tất cả các góc còn lại trong các góc được tạo thành.

18. Đúng sai
• 1 điểm

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông, các cạnh bên và cạnh đáy đều bằng a. Gọi M, N lần lượt là trung điểm của AD, SD.

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông, các cạnh bên và cạnh đáy đều bằng a. Gọi M, N lần lượt là trung điểm của AD, SD.  (ảnh 1)

a

Góc giữa đường thẳng SA và MN bằng 180°.

ĐúngSai
b

\(SA \bot SC\).

ĐúngSai
c

Góc giữa đường thẳng SC và đường thẳng MN bằng 90°.

ĐúngSai
d

Góc giữa đường thẳng SB và đường thẳng MN bằng 45°.

ĐúngSai
Xem đáp án

Đáp án: a) Sai. b) Đúng. c) Đúng. d) Sai.

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông, các cạnh bên và cạnh đáy đều bằng a. Gọi M, N lần lượt là trung điểm của AD, SD.  (ảnh 2)

a) Sai. Ta có SA // MN nên \(\left( {SA,MN} \right) = 0^\circ \).

b) Đúng. Ta có SA = SC = a, AC là đường chéo hình vuông ABCD nên AC = \(a\sqrt 2 \).

Xét tam giác SAC có \(A{C^2} = S{A^2} + S{C^2}\)(vì \({\left( {a\sqrt 2 } \right)^2} = {a^2} + {a^2}\)) nên tam giác SAC vuông tại S, do đó: \(SA \bot SC\).

c) Đúng. Ta có SA // MN nên \(\left( {SA,SC} \right) = \left( {MN,SC} \right) = \widehat {SAC} = {90^ \circ }\).

d) Sai. Vì SA // MN nên \(\left( {SB,MN} \right) = \left( {SB,SA} \right) = \widehat {ASB} = {60^ \circ }\).

Vậy góc giữa đường thẳng SB và MN bằng 60°.

19. Đúng sai
• 1 điểm

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh \(a\sqrt 3 \), tất cả các cạnh bên của hình chóp đều bằng nhau và bằng \(a\sqrt 3 \). Xét tính đúng sai của các khẳng định sau:

a

Góc giữa hai đường thẳng AB và CD bằng 90°.

ĐúngSai
b

Góc giữa hai đường thẳng CD và SA bằng 60°.

ĐúngSai
c

Góc giữa hai đường thẳng AB và SC bằng 60°.

ĐúngSai
d

Hai đường thẳng AC và BD vuông góc với nhau.

ĐúngSai
Xem đáp án

Đáp án: a) Sai. b) Đúng. c) Đúng. d) Đúng.

Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a căn 3, tất cả các cạnh bên của hình chóp đều bằng nhau và bằng a căn 3. Xét tính đúng sai của các khẳng định sau: (ảnh 1)

a) Sai. Vì ABCD là hình vuông nên AB ∥ CD. Do đó, góc giữa hai đường thẳng AB và CD bằng 0°.

b) Đúng. Vì ABCD là hình vuông nên CD ∥ AB

Do đó (CD, SA) = (AB, SA) = \(\widehat {SAB}\)

Xét △SAB có SA = SB = AB = \(a\sqrt 3 \) nên △SAB là tam giác đều

⇒ \(\widehat {SAB}\) = 60°. Vậy (CD, SA) = 60°.

c) Đúng. Vì ABCD là hình vuông nên AB ∥ CD

Do đó (AB, SC) = (CD, SC) = \(\widehat {SCD}\)

Xét △SCD có SC = SD = CD = \(a\sqrt 3 \) nên △SCD là tam giác đều.

⇒ \(\widehat {SCD}\) = 60°. Vậy (AB, SC) = 60°.

d) Đúng. Vì ABCD là hình vuông nên hai đường chéo vuông góc với nhau: AC ⊥ BD

Vậy hai đường thẳng AC và BD vuông góc với nhau.

20. Đúng sai
• 1 điểm

Cho tứ diện ABCD có AB = AC = BC = CD = DB = a. Gọi M, N, P lần lượt là trung điểm AD, BC và AC. Các mệnh đề sau đúng hay sai?

a

Góc giữa hai đường thẳng MP và BD bằng 90°.

ĐúngSai
b

\(\left( {MN,AB} \right) = \left( {CD,MN} \right)\).

ĐúngSai
c

MN vuông góc với AD

ĐúngSai
d

Khi góc giữa hai đường thẳng AB và MN bằng 30° thì độ dài đoạn thẳng MN bằng \(\frac{{a\sqrt 3 }}{2}\).

ĐúngSai
Xem đáp án

Đáp án: a) Sai. b) Đúng. c) Đúng. d) Đúng.

Cho tứ diện ABCD có AB = AC = BC = CD = DB = a. Gọi M, N, P lần lượt là trung điểm AD, BC và (ảnh 1)

a) Sai. BC = CD = DB ⇒ BCD là tam giác đều ⇒ \(\widehat {BDC} = {60^ \circ }\).

MP // CD ⇒ \(\left( {MP,BD} \right) = \left( {CD,BD} \right) = \widehat {BDC} = {60^ \circ }\).

b) Đúng. Ta có: \(NP = \frac{{AB}}{2} = \frac{a}{2},MP = \frac{{CD}}{2} = \frac{a}{2}\)

⇒ MNP là tam giác cân tại P

⇒ \(\widehat {PMN} = \widehat {PNM} < {90^ \circ }\)

Lại có NP // AB nên \(\left( {AB,MN} \right) = \left( {NP,MN} \right) = \widehat {PNM}\)và MP // CD nên \(\left( {CD,MN} \right) = \left( {MP,MN} \right) = \widehat {PMN}\) ⇒ \(\left( {MN,AB} \right) = \left( {CD,MN} \right)\).

c) Đúng. Tam giác ABC và DBC là hai tam giác đều bằng nhau nên hai trung tuyến AN và DN bằng nhau. Do đó, tam giác NAD cân tại N. Vậy \(MN \bot AD\).

d) Đúng. Ta có:

\(\left\{ \begin{array}{l}\left( {AB,MN} \right) = \widehat {MNP}\\\left( {AB,MN} \right) = 30^\circ \\\cos \widehat {MNP} = \frac{{M{N^2} + N{P^2} - M{P^2}}}{{2 \cdot MN \cdot NP}} = \frac{{M{N^2} + \frac{{{a^2}}}{4} - \frac{{{a^2}}}{4}}}{{2 \cdot MN \cdot \frac{a}{2}}} = \frac{{MN}}{a}\end{array} \right.\)

⇒ \(\frac{{MN}}{a} = \frac{{\sqrt 3 }}{2} \Leftrightarrow MN = \frac{{a\sqrt 3 }}{2}\).

21. Tự luận
• 1 điểm

Cho tứ diện OABC có OA, OB, OC đôi một vuông góc với nhau và OA = OB = OC. Gọi M là trung điểm của BC (tham khảo hình vẽ bên dưới). Góc giữa hai đường thẳng OM và AB bằng bao nhiêu độ?

Xem đáp án

Đáp án: 60

Đặt OA = a suy ra OB = OC = a và AB = BC = AC = \(a\sqrt 2 \).

Gọi N là trung điểm AC, ta có MN // AB và MN = \(\frac{{a\sqrt 2 }}{2}\).

⇒ \(\left( {OM,AB} \right) = \left( {OM,MN} \right)\).

Trong tam giác OMN có ON = OM = MN = \(\frac{{a\sqrt 2 }}{2}\) nên OMN là tam giác đều.

⇒ \(\widehat {OMN} = 60^\circ \). Vậy \(\left( {OM,AB} \right) = \left( {OM,MN} \right) = 60^\circ \).

22. Tự luận
• 1 điểm

Cho tứ diện đều ABCD, M là trung điểm của cạnh BC. Tính giá trị của cos(AB, DM). (Làm tròn kết quả đến chữ số thập phân thứ hai)

Xem đáp án

Đáp án: 0,29.

Giả sử cạnh của tứ diện đều bằng a. Gọi N là trung điểm của AC.

Khi đó: \(\left( {AB,DM} \right) = (MN,DM)\)

Ta có: \(MN = \frac{a}{2},DM = DN = \frac{{a\sqrt 3 }}{2}\)

\(\cos \widehat {NMD} = \frac{{M{N^2} + M{D^2} - N{D^2}}}{{2 \cdot MN \cdot MD}} = \frac{{\frac{{{a^2}}}{4}}}{{2 \cdot \frac{a}{2} \cdot \frac{{a\sqrt 3 }}{2}}} = \frac{{\sqrt 3 }}{6}\).

Vậy \(\cos \left( {AB,DM} \right) = \frac{{\sqrt 3 }}{6} \approx 0,29\).

23. Tự luận
• 1 điểm

Cho tứ diện ABCD. Gọi M và N lần lượt là trung điểm của AB và CD. Tính góc giữa hai đường thẳng AD và BC, biết MN = \(a\sqrt 3 \)và AD = BC = 2a. (Tính theo độ.)

Xem đáp án

Đáp án: 60.

Gọi P là trung điểm của cạnh AC

Trong △ABC, ta có M là trung điểm AB và P là trung điểm AC:

⇒ MP là đường trung bình của tam giác ABC ⇒ \(\left\{ \begin{array}{l}MP\parallel BC\\MP = \frac{1}{2}BC = \frac{{2a}}{2}\end{array} \right.\)

Trong △ACD, ta có N là trung điểm CD và P là trung điểm AC:

⇒ PN là đường trung bình của tam giác ACD ⇒ \(\left\{ \begin{array}{l}PN\parallel AD\\PN = \frac{1}{2}AD = \frac{{2a}}{2}\end{array} \right.\)

Do MP ∥ BC và PN ∥ AD, góc giữa hai đường thẳng AD và BC chính là góc giữa hai đường thẳng MP và PN

Xét △MPN, áp dụng định lý cosin tại đỉnh P:

cos\(\widehat {MPN}\) = \(\frac{{M{P^2} + P{N^2} - M{N^2}}}{{2 \cdot MP \cdot PN}}\) = \(\frac{{{a^2} + {a^2} - {{\left( {a\sqrt 3 } \right)}^2}}}{{2 \cdot a \cdot a}}\) = \(\frac{{2{a^2} - 3{a^2}}}{{2a}} = - \frac{{{a^2}}}{{2{a^2}}} = - \frac{1}{2}\)

⇒ \(\widehat {MPN}\) = 120°

Vì góc giữa hai đường thẳng luôn nằm trong khoảng từ 0° đến 90° nên:

(AD, BC) = 180° – \(\widehat {MPN}\) = 180° – 120° = 60°.

24. Tự luận
• 1 điểm

Cho tứ diện ABCD có AB = CD = a. Gọi M, N lần lượt là trung điểm của các cạnh BC và AD. Biết MN = \(\frac{{a\sqrt 6 }}{3}\). Tính tang của góc giữa hai đường thẳng AB và CD. (Làm tròn kết quả đến chữ số thập phân thứ nhất.)

Xem đáp án

Đáp án: 2,8

Gọi P là trung điểm của cạnh AC

Trong tam giác ABC, M là trung điểm BC và P là trung điểm AC:

⇒ MP là đường trung bình của tam giác ABC ⇒ \(\left\{ \begin{array}{l}MP\parallel AB\\MP = \frac{1}{2}AB = \frac{a}{2}\end{array} \right.\)

Trong tam giác ACD, N là trung điểm AD và P là trung điểm AC:

⇒ PN là đường trung bình của tam giác ACD ⇒ \(\left\{ \begin{array}{l}PN\parallel CD\\PN = \frac{1}{2}CD = \frac{a}{2}\end{array} \right.\)

Do MP ∥ AB và PN ∥ CD, góc giữa hai đường thẳng AB và CD chính bằng góc giữa hai đường thẳng MP và PN: (AB, CD) = (MP, PN)

Áp dụng Định lý Cosin tại đỉnh P trong △MPN:

cos\(\widehat {MPN}\) = \(\frac{{M{P^2} + P{N^2} - M{N^2}}}{{2 \cdot MP \cdot PN}}\) = \(\frac{{{{\left( {\frac{a}{2}} \right)}^2} + {{\left( {\frac{a}{2}} \right)}^2} - {{\left( {\frac{{a\sqrt 6 }}{3}} \right)}^2}}}{{2 \cdot \frac{a}{2} \cdot \frac{a}{2}}}\) = \( - \frac{1}{3}\)

Gọi α là góc giữa hai đường thẳng AB và CD

Vì góc giữa hai đường thẳng nằm trong khoảng [0°; 90°]:

cos α = \(\left| {\cos \widehat {MPN}} \right| = \left| { - \frac{1}{3}} \right| = \frac{1}{3}\)

Áp dụng công thức lượng giác cơ bản: 1 + tan2 α = \(\frac{1}{{{{\cos }^2}\alpha }}\):

tan2 α = \(\frac{1}{{{{\cos }^2}\alpha }}\) – 1 = \(\frac{1}{{{{\left( {\frac{1}{3}} \right)}^2}}}\) – 1 = 9 – 1 = 8

⇒ tan α = \(\sqrt 8 \) ≈ 2,8.

25. Tự luận
• 1 điểm

Cho tứ diện ABCD có AB, AC, AD đôi một vuông góc với nhau, biết AB = AC = AD = 1. Gọi M, N, P lần lượt là trung điểm của các cạnh BC, AC, AD. Góc của hai đường thẳng AB và CD bằng bao nhiêu độ?

Xem đáp án

Đáp án: 90

Tam giác ABC có MN là đường trung bình ⇒ \(\left\{ \begin{array}{l}MN//AB\\MN = \frac{1}{2}AB = \frac{1}{2}\end{array} \right.\)

Tam giác ACD có NP là đường trung bình ⇒ \(\left\{ \begin{array}{l}NP\parallel CD\\NP = \frac{1}{2}CD = \frac{{\sqrt 2 }}{2}\end{array} \right.\)

Tam giác ABC vuông tại A có đường trung tuyến \(AM = \frac{{BC}}{2} = \frac{{\sqrt 2 }}{2}\).

Tam giác AMP vuông tại A có:\(MP = \sqrt {A{M^2} + A{P^2}} = \frac{{\sqrt 3 }}{2}\).

Ta có: \(\left\{ \begin{array}{l}MN//AB\\NP//CD\end{array} \right. \Rightarrow \left( {AB,CD} \right) = \left( {MN,NP} \right)\).

Tam giác MNP có: \(M{N^2} + N{P^2} = M{P^2}\)hay tam giác MNP vuông tại N.

Vậy \[\left( {AB,CD} \right) = \left( {MN,NP} \right) = 90^\circ \].