Trắc nghiệm Công thức tính góc trong không gian lớp 12 (có đáp án - phần 2)

+ Từ hệ trục tọa độ \(Oxyz\) với \(A \equiv O\left( {0;0;0} \right)\,,\,B\left( {a;0;0} \right)\,,\,C\left( {a;a;0} \right)\,,\,D\left( {0;a;0} \right)\),\(A'\left( {0;0;a} \right)\,,\,\)

\(B'\left( {a;0;a} \right)\,,\,\)\(C'\left( {a;a;a} \right)\,,\,D'\left( {0;a;a} \right).\)

+Ta thấy \(OC \bot \left( {BB'D'D} \right)\) và \(\overrightarrow {OC}  = \left( {a;a;0} \right)\) nên suy ra mặt phẳng \(\left( {BB'D'D} \right)\) có một vec tơ pháp tuyến là \(\overrightarrow n  = \left( {1;1;0.} \right)\).

+Đường thẳng \(A'B\)có vectơ chỉ phương là \(\overrightarrow {A'B}  = \left( {a;0; - a} \right)\) ta chọn \(\overrightarrow u  = \left( {1;0; - 1} \right).\)

+Ta có \(\sin \alpha  = \frac{{\left| {\,\overrightarrow n .\overrightarrow {u\,} } \right|}}{{\left| {\overrightarrow n } \right|.\left| {\overrightarrow u } \right|}} = \frac{{\left| {1.1 + 1.0 + 0.( - 1)} \right|}}{{\sqrt {{1^2} + {1^2} + {0^2}} .\sqrt {{1^2} + {0^2} + {{( - 1)}^2}} }} = \frac{1}{2}.\)

Gọi \(I = AC \cap BD\).

Hình vuông \(ABCD\) có độ dài đường chéo bằng \(a\sqrt 2 \) suy ra hình vuông đó có cạnh bằng \(a\).

Ta có \[\left\{ \begin{array}{l}\left( {SBD} \right) \cap \left( {ABCD} \right) = BD\\SI \bot BD\\AI \bot BD\end{array} \right.\]\[ \Rightarrow \widehat {\left( {\left( {SBD} \right);\,\left( {ABCD} \right)} \right)} = \widehat {\left( {SI;\,AI} \right)} = \widehat {SIA}\].

Ta có \(\tan \alpha  = \tan \widehat {SIA} = \frac{{SA}}{{AI}} \Leftrightarrow SA = a\).

Chọn hệ trục tọa độ \[Oxyz\] như hình vẽ. Ta có \(A\left( {0;\,0;\,0} \right)\), \(B\left( {a;\,0;\,0} \right)\), \(C\left( {a;\,a;\,0} \right)\), \(S\left( {0;\,0;\,a} \right)\).

Khi đó \(\overrightarrow {SA}  = \left( {0;\,0;\, - a} \right)\); \(\overrightarrow {SC}  = \left( {a;\,a;\, - a} \right)\); \(\overrightarrow {SB}  = \left( {a;\,0;\, - a} \right)\).

Mặt phẳng \(\left( {SAC} \right)\) có vectơ pháp tuyến \({\vec n_1} = \left( { - 1;\,1;\,0} \right)\).

Mặt phẳng \(\left( {SBC} \right)\) có vectơ pháp tuyến \({\vec n_2} = \left( {1;\,0;\,1} \right)\).

Chọn hệ trục tọa độ \[Ox{\rm{yz}}\] sao cho \(A \equiv O\), \(B \in Ox\), \(D \in Oy\), \(S \in Oz\).

\( \Rightarrow B\left( {a\,;\,0\,;\,0} \right)\), \(D\left( {0\,;\,a\,;\,0} \right)\), \(S\left( {0\,;\,0\,;\,a} \right)\). Khi đó \(E\left( {\frac{a}{2}\,;\,0\,;\,\frac{a}{2}} \right)\), \(F\left( {0\,;\,\frac{a}{2}\,;\,\frac{a}{2}} \right)\).

\( \Rightarrow \overrightarrow {AE}  = \left( {\frac{a}{2}\,;\,0\,;\,\frac{a}{2}} \right)\), \(\overrightarrow {AF}  = \left( {0\,;\,\frac{a}{2}\,;\,\frac{a}{2}} \right)\).

Vectơ pháp tuyến của mp\(\left( {AEF} \right)\) là \(\overrightarrow {{n_1}}  = \left[ {\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {AF} } \right] = \left( {\frac{{ - a}}{4}\,;\,\frac{{ - a}}{4}\,;\,\frac{a}{4}} \right)\)\[ \Rightarrow \overrightarrow {{n_1}}  = \left( {1\,;\,1\,;\, - 1} \right).\].

Vectơ pháp tuyến của mp\(\left( {ABCD} \right)\) là \(\overrightarrow {{n_2}}  = \overrightarrow {AS}  = (0\,;\,0\,;\,a)\)\( \Rightarrow \overrightarrow {{n_2}}  = \left( {0\,;\,0\,;\,1} \right).\).

Vậy côsin góc giữa 2 mặt phẳng \(\left( {AEF} \right)\)và \(\left( {ABCD} \right)\) là.

\[\cos \left( {\left( {AEF} \right),\left( {ABCD} \right)} \right) = \frac{{\left| {{{\overrightarrow n }_1}.{{\overrightarrow n }_2}} \right|}}{{\left| {{{\overrightarrow n }_1}} \right|.\left| {{{\overrightarrow n }_2}} \right|}} = \frac{1}{{\sqrt 3 }} = \frac{{\sqrt 3 }}{3} \cdot \].

Cách 2:

\(A\left( {0;0;0} \right)\), \(B\left( {a;0;0} \right)\), \(C\left( {a;a;0} \right)\), \(D\left( {0;a;0} \right)\), \(O\left( {\frac{a}{2};\frac{a}{2};0} \right)\), \(S\left( {\frac{a}{2};\frac{a}{2};\frac{{a\sqrt 6 }}{2}} \right)\).

Vì \(G\) là trọng tâm tam giác \(SCD\) nên \(G\left( {\frac{a}{2};\frac{{5a}}{6};\frac{{a\sqrt 6 }}{6}} \right)\).

Ta có : \(\overrightarrow {AS}  = \left( {\frac{a}{2};\frac{a}{2};\frac{{a\sqrt 6 }}{2}} \right)\) \( = \frac{a}{2}\left( {1;1;\sqrt 6 } \right)\), \(\overrightarrow {BG}  = \left( {\frac{{ - a}}{2};\frac{{5a}}{6};\frac{{a\sqrt 6 }}{6}} \right) = \frac{a}{6}\left( { - 3;5;\sqrt 6 } \right)\).

Góc giữa đường thẳng \(BG\) với đường thẳng \(SA\) bằng:

\(\cos \left( {BG;SA} \right) = \frac{{\left| {\overrightarrow {BG} .\overrightarrow {AS} } \right|}}{{BG.AS}}\)\( = \frac{{\left| { - 3 + 5 + 6} \right|}}{{\sqrt {40} .\sqrt 8 }} = \frac{{\sqrt 5 }}{5}\).

* Chọn \(AB = 2 \Rightarrow BD = 2;AC = 2\sqrt 3 \), đặt

\(AA' = h\), chọn hệ trục tọa độ \(Oxyz\) như hình vẽ ta có: \(D\left( {1;0;0} \right)\), \(B\left( { - 1;0;0} \right)\), \(C\left( {0;\sqrt 3 ;0} \right)\), \(D'\left( {1;0;h} \right)\), \(C'\left( {0;\sqrt 3 ;h} \right)\), \(B'\left( { - 1;0;h} \right)\).

\( \Rightarrow M\left( { - \frac{1}{2};\frac{{\sqrt 3 }}{2};0} \right),N\left( {\frac{1}{2};\frac{{\sqrt 3 }}{2};h} \right)\), \(\overrightarrow {MN}  = \left( {1;0;h} \right)\), \(\overrightarrow {B'D}  = \left( {2;0; - h} \right)\).

* Do \(MN \bot B'D \Rightarrow \overrightarrow {MN} .\overrightarrow {B'D}  = 0 \Leftrightarrow 2 - {h^2} = 0 \Rightarrow h = \sqrt 2 \)\( \Rightarrow \overrightarrow {MN}  = \left( {1;0;\sqrt 2 } \right)\). Ta có:

\(MN{\rm{//}}\overrightarrow u  = \overrightarrow {MN}  = \left( {1;0;\sqrt 2 } \right)\), \(\left( {ABCD} \right) \bot \overrightarrow n  = \overrightarrow j  = \left( {0;0;1} \right)\).

* Do \(\alpha \) là góc tạo bởi đường thẳng \(MN\) và mặt đáy \(\left( {ABCD} \right)\) nên ta có:

\(\sin \alpha  = \left| {\cos \left( {\overrightarrow u ;\overrightarrow n } \right)} \right| = \frac{{\left| {\overrightarrow u .\overrightarrow n } \right|}}{{\left| {\overrightarrow u } \right|.\left| {\overrightarrow n } \right|}} = \frac{{\sqrt 2 }}{{\sqrt 3 }} \Rightarrow \cos \alpha  = \sqrt {1 - {{\sin }^2}\alpha }  = \frac{1}{{\sqrt 3 }}\).

Chú ý: Ta có thể giải bài toán với cạnh hình vuông \[a = 1\].

Gọi \[O,M\] lần lượt là trung điểm của \[AB,CD\]. Vì \[SAB\] là tam giác đều và \[\left( {SAB} \right)\] vuông góc với \[\left( {ABCD} \right)\]nên \[SO \bot \left( {ABCD} \right)\].

Xét hệ trục \[Oxyz\] có \[O\left( {0;0;0} \right),M\left( {1;0;0} \right),A\left( {0;\frac{1}{2};0} \right),S\left( {0;0;\frac{{\sqrt 3 }}{2}} \right)\]. Khi đó \[C\left( {1;\frac{{ - 1}}{2};0} \right),D\left( {1;\frac{1}{2};0} \right)\].

Suy ra \[\overrightarrow {SA}  = \left( {0;\frac{1}{2};\frac{{ - \sqrt 3 }}{2}} \right),\overrightarrow {AC} \left( {1; - 1;0} \right),\overrightarrow {SC}  = \left( {1;\frac{{ - 1}}{2};\frac{{ - \sqrt 3 }}{2}} \right),\overrightarrow {CD}  = \left( {0;1;0} \right)\].

Mặt phẳng \[\left( {SAC} \right)\] có véc tơ pháp tuyến \[\overrightarrow {{n_1}}  = \left[ {\overrightarrow {SA} ,\overrightarrow {AC} } \right] = \left( {\frac{{ - \sqrt 3 }}{2};\frac{{ - \sqrt 3 }}{2};\frac{{ - 1}}{2}} \right)\].

Mặt phẳng \[\left( {SAD} \right)\] có véc tơ pháp tuyến \[\overrightarrow {{n_1}}  = \left[ {\overrightarrow {SC} ,\overrightarrow {CD} } \right] = \left( {\frac{{\sqrt 3 }}{2};0;1} \right)\].

Vậy \[\cos \varphi  = \frac{{\left| {\overrightarrow {{n_1}} .\overrightarrow {{n_2}} } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {{n_1}} } \right|.\left| {\overrightarrow {{n_2}} } \right|}} = \frac{5}{7}\].

Chọn hệ trục tọa độ Oxyz sao cho gốc tọa độ \(O \equiv A',\,Ox \equiv A'D',\,Oy \equiv A'B',\,\,Oz \equiv A'A.\)

Khi đó:\(A'(0;0;0)\), \(D'(a;0;0)\), \(B'(0;a;0)\), \(C'(a;a;0)\),

\(A(0;0;a)\), \(D(a;0;a)\), \(B(0;a;a)\), \(C(a;a;a)\).

\[ \Rightarrow \overrightarrow {A'B'}  = (0;a;0),\,\overrightarrow {A'D}  = (a;0;a),\,\overrightarrow {A'A}  = (0;0;a),\,\overrightarrow {A'C'}  = (a;a;0).\]

\(\left[ {\overrightarrow {A'B'} ,\overrightarrow {A'D} } \right] = ({a^2};0; - {a^2}).\)

Chọn \(\overrightarrow {{n_1}}  = (1;0; - 1)\) là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \(\left( {A'B'CD} \right)\).

\(\left[ {\overrightarrow {A'A} ,\overrightarrow {A'C} } \right] = ( - {a^2};{a^2};0).\)

Chọn \(\overrightarrow {{n_2}}  = ( - 1;1;0)\) là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \(\left( {ACC'A'} \right)\).

Góc giữa hai mặt phẳng \(\left( {A'B'CD} \right)\)và \(\left( {ACC'A'} \right)\) là:

$\text{cos}\alpha \text{=}\left|\text{cos}\left(\overrightarrow{n_1},\overrightarrow{n_2}\right)\right|=\frac{\left|-1\right|}{\sqrt{2}.\sqrt{2}}=\frac{1}{2}\Rightarrow \alpha =60°.$

Gọi \[O\] là trung điểm của \[AB\]. Chuẩn hóa và chọn hệ trục tọa độ sao cho \[O\left( {0;0;0} \right)\],

\[A\left( {\frac{1}{2};0;0} \right)\], \[B\left( { - \frac{1}{2};0;0} \right)\], \[C\left( {0;\frac{{\sqrt 3 }}{2};0} \right)\], \[H\left( {0;\frac{{\sqrt 3 }}{6};0} \right)\], \[A'H = \frac{{a\sqrt 6 }}{3}\]\[ \Rightarrow A'\left( {0;\frac{{\sqrt 3 }}{6};\frac{{\sqrt 6 }}{3}} \right)\]

Ta có \[\overrightarrow {AB}  = \overrightarrow {A'B'} \]\[ \Rightarrow B'\left( { - 1;\frac{{\sqrt 3 }}{6};\frac{{\sqrt 6 }}{3}} \right)\]. Dễ thấy \[\left( {ABC} \right)\] có vtpt \[\overrightarrow {{n_1}}  = \left( {0;0;1} \right)\].

\[M\] là trung điểm \[AA'\]\[ \Rightarrow M\left( {\frac{1}{4};\frac{{\sqrt 3 }}{{12}};\frac{{\sqrt 6 }}{6}} \right)\], \[N\] là trung điểm \[BB'\]\[ \Rightarrow N\left( {\frac{{ - 3}}{4};\frac{{\sqrt 3 }}{{12}};\frac{{\sqrt 6 }}{6}} \right)\]

\[\overrightarrow {MN}  = \left( { - 1;0;0} \right)\], \[\overrightarrow {CM}  = \left( {\frac{1}{4};\frac{{ - 5\sqrt 3 }}{{12}};\frac{{\sqrt 6 }}{6}} \right)\]

\[ \Rightarrow \] \[\left( {CMN} \right)\] có vtpt \[\overrightarrow {{n_2}}  = \left( {0;\frac{{\sqrt 6 }}{6};\frac{{5\sqrt 3 }}{{12}}} \right)\]\[ = \frac{{\sqrt 3 }}{{12}}\left( {0;2\sqrt 2 ;5} \right)\]

\[\cos \varphi  = \]\[\frac{5}{{\sqrt {33} }}\]\[ \Rightarrow \tan \varphi  = \sqrt {\frac{1}{{{{\cos }^2}\varphi }} - 1} \]\[ = \frac{{2\sqrt 2 }}{5}\]

Chọn hệ trục tọa độ sao cho \[A \equiv O\], như hình vẽ:

Khi đó ta có:

\[A\left( {0\,;\,0\,;\,0} \right)\], \[B\left( {2a\,;\,0\,;\,0} \right)\], \[D\left( {0\,;\,2a\,;\,0} \right)\], \[C\left( {2a\,;\,2a\,;\,0} \right)\], \[S\left( {0\,;\,0\,;\,a} \right)\], \[M\left( {0\,;\,a\,;\,\frac{a}{2}} \right)\].

\[\overrightarrow {SB}  = \left( {2a\,;\,0\,;\, - a} \right)\],\[\overrightarrow {SC}  = \left( {2a\,;\,2a\,;\, - a} \right)\],\[\overrightarrow {MA}  = \left( {0\,;\, - a\,;\, - \frac{a}{2}} \right)\],\[\overrightarrow {MC}  = \left( {2a\,;\,a\,;\, - \frac{a}{2}} \right)\].

\[\overrightarrow {{n_1}}  = \left[ {\overrightarrow {SB} \,,\,\overrightarrow {SC} } \right]\]\[ = \left( {2{a^2}\,;\,0\,;\,4{a^2}} \right)\] và \[\overrightarrow {{n_2}}  = \left[ {\overrightarrow {MA} \,,\,\overrightarrow {MC} } \right]\]\[ = \left( {{a^2}\,;\, - {a^2}\,;\,2{a^2}} \right)\].

Gọi \[\alpha \](\(0^\circ  \le \alpha  \le 90^\circ \)) là góc tạo bởi hai mặt phẳng \[\left( {AMC} \right)\]và \[\left( {SBC} \right)\].

ta có \[cos\alpha  = \left| {\cos \left( {\overrightarrow {{n_1}} \,,\,\overrightarrow {{n_2}} } \right)} \right|\]\[ = \frac{{\left| {\overrightarrow {{n_1}} \,.\overrightarrow {{n_2}} } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {{n_1}} } \right|\,.\left| {\overrightarrow {{n_2}} } \right|}}\] $\frac{\left|2a^2.a^2 + 4a^2.2a^2\right|}{\sqrt{{\left(2a^2\right)}^2+ (4a^2}{)}^2. \sqrt{{\left(a^2\right)}^2+{(-a^2)}^2+{\left(2a^2\right)}^2}}$

\[ = \frac{{10{a^4}}}{{\sqrt {20.6.{{\left( {{a^4}} \right)}^2}} }}\]\[ = \frac{5}{{\sqrt {30} }}\].

Mà \[{\tan ^2}\alpha  = \frac{1}{{{{\cos }^2}\alpha }} - 1\]\[ = {\left( {\frac{{\sqrt {30} }}{5}} \right)^2} - 1\]\[ = \frac{5}{{25}}\]. Suy ra \[\tan \alpha  = \frac{{\sqrt 5 }}{5}\].

Đặt không gian \[Oxyz\] với \(A \equiv O(0;0;0),{\rm{ }}AB \equiv Ox,{\rm{ }}AD \equiv Oy,{\rm{ }}AS \equiv Oz\).

Ta có: \(S(0;0;a),{\rm{ }}B(a;0;0),{\rm{ }}D(0;2a;0),{\rm{ }}C(a;a;0)\).

\(M(\frac{a}{2};0;\frac{a}{2}),{\rm{ }}N(\frac{a}{2};\frac{{3a}}{2};0)\)

\(\overrightarrow {MN}  = (0;\frac{{3a}}{2};\frac{{ - a}}{2})\)

\[\overrightarrow {AS}  = (0;0;a),\overrightarrow {{\rm{ }}AC}  = (a;a;0)\]

\[ \Rightarrow \left[ {\overrightarrow {AS} ,\overrightarrow {AC} } \right] = ( - {a^2};{a^2};0)\] là vtpt của mặt phẳng \((SAC)\).

\(\sin (MN;(SAC)) = \frac{{\overrightarrow {MN} .{{\overrightarrow n }_{(SAC)}}}}{{\left| {\overrightarrow {MN} } \right|\left| {{{\overrightarrow n }_{(SAC)}}} \right|}} = \frac{{\frac{{3{a^3}}}{2}}}{{\sqrt {\frac{{9{a^2}}}{4} + \frac{{{a^2}}}{4}} .\sqrt {{a^4} + {a^4}} }} = \frac{{3\sqrt 5 }}{{10}}\).

Chọn hệ trục tọa độ \[Oxyz\]như hình vẽ. Đặt \[SO = m\,,\,\,\left( {m > 0} \right)\].

\[A\left( {\frac{{a\sqrt 2 }}{2};0;0} \right);\,S\left( {0;0;m} \right);\,N\left( { - \frac{{a\sqrt 2 }}{4};\,\frac{{a\sqrt 2 }}{4};0} \right)\]\[ \Rightarrow M\left( {\frac{{a\sqrt 2 }}{4};\,0;\,\frac{m}{2}} \right)\].\[ \Rightarrow \overrightarrow {MN}  = \left( { - \frac{{a\sqrt 2 }}{2};\frac{{a\sqrt 2 }}{4}; - \frac{m}{2}} \right)\]. Mặt phẳng \[\left( {ABCD} \right)\] có véc tơ pháp tuyến \[\overrightarrow k  = \left( {0;0;1} \right)\].

\[ \Rightarrow \sin \left( {MN,\,\left( {ABCD} \right)} \right) = \frac{{\left| {\overrightarrow {MN} .\overrightarrow k } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {MN} } \right|\left| {\overrightarrow k } \right|}} = \frac{{\frac{m}{2}}}{{\sqrt {\frac{{5{a^2}}}{8} + \frac{{{m^2}}}{4}} }} = \frac{{\sqrt 3 }}{2} \Leftrightarrow {m^2} = \frac{{15{a^2}}}{8} + \frac{{3{m^2}}}{4}\].

\[ \Rightarrow 2{m^2} = 15{a^2} \Rightarrow m = \frac{{a\sqrt {30} }}{2}\]

\[ \Rightarrow \overrightarrow {MN}  = \left( { - \frac{{a\sqrt 2 }}{2};\frac{{a\sqrt 2 }}{4}; - \frac{{a\sqrt {30} }}{4}} \right)\], mặt phẳng \[\left( {SBD} \right)\] có véc tơ pháp tuyến là \[\overrightarrow i  = \left( {1;0;0} \right)\].

\[ \Rightarrow \sin \left( {MN,\,\left( {SBD} \right)} \right) = \frac{{\left| {\overrightarrow {MN} .\overrightarrow i } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {MN} } \right|\left| {\overrightarrow i } \right|}} = \frac{{\frac{{a\sqrt 2 }}{2}}}{{\sqrt {\frac{{{a^2}}}{2} + \frac{{{a^2}}}{8} + \frac{{30{a^2}}}{{16}}} }} = \frac{{\sqrt 5 }}{5} \Rightarrow c{\rm{os}}\left( {MN,\,\left( {SBD} \right)} \right) = \frac{{2\sqrt 5 }}{5}\].

Ta có \[BC \bot \left( {SAB} \right)\]\[ \Rightarrow BC \bot AM\]\[ \Rightarrow AM \bot \left( {SBC} \right)\]\[ \Rightarrow AM \bot SC\]. Tương tự ta cũng có \[AN \bot SC\]\[ \Rightarrow \left( {AMN} \right) \bot SC\]. Gọi \[\varphi \] là góc giữa đường thẳng \[SB\] và \[\left( {AMN} \right)\].

Chuẩn hóa và chọn hệ trục tọa độ sao cho \[A\left( {0;0;0} \right)\], \[B\left( {0;1;0} \right)\], \[D\left( {1;0;0} \right)\], \[S\left( {0;0;\sqrt 2 } \right)\],

\[C\left( {1;1;0} \right)\], \[\overrightarrow {SC}  = \left( {1;1; - \sqrt 2 } \right)\], \[\overrightarrow {SB}  = \left( {0;1; - \sqrt 2 } \right)\]. Do \[\left( {AMN} \right) \bot SC\] nên \[\left( {AMN} \right)\] có vtpt \[\overrightarrow {SC} \]

$\sin \phi =\frac{\left|3\right|}{2\sqrt{3}}=\frac{\sqrt{3}}{2}\Rightarrow \phi ={60}^{\text{o}}$

Đặt hệ trục tọa độ \(Oxyz\) như hình vẽ. Khi đó, ta có \(A\left( {0;0;0} \right)\), \(B\left( {a;0;0} \right)\), \(D\left( {0;a\sqrt 3 ;0} \right)\), \(S\left( {0;0;a} \right)\).

Ta có \(\overrightarrow {BD}  = \left( { - a;a\sqrt 3 ;0} \right) = a\left( { - 1;\sqrt 3 ;0} \right)\), nên đường thẳng \(BD\) có véc-tơ chỉ phương là \(\overrightarrow u  = \left( { - 1;\sqrt 3 ;0} \right)\).

Ta có \(\overrightarrow {SB}  = \left( {a;0; - a} \right)\), \(\overrightarrow {BC}  = \left( {0;a\sqrt 3 ;0} \right)\) \( \Rightarrow \left[ {\overrightarrow {SB} ,\overrightarrow {BC} } \right] = \left( {{a^2}\sqrt 3 ;0;{a^2}\sqrt 3 } \right)\)\( = {a^2}\sqrt 3 \left( {1;0;1} \right)\).

Như vậy, mặt phẳng \(\left( {SBC} \right)\)có véc-tơ pháp tuyến là \(\overrightarrow n  = \left( {1;0;1} \right)\).

Do đó, \(\alpha \) là góc tạo bởi giữa đường thẳng \(BD\) và mặt phẳng \(\left( {SBC} \right)\) thì

\(\sin \alpha  = \frac{{\left| {\overrightarrow u .\overrightarrow n } \right|}}{{\left| {\overrightarrow u } \right|.\left| {\overrightarrow n } \right|}}\)\( = \frac{{\left| {\left( { - 1} \right).1 + \sqrt 3 .0 + 0.1} \right|}}{{\sqrt {{{\left( { - 1} \right)}^2} + {{\sqrt 3 }^2} + {0^2}} .\sqrt {{1^2} + {0^2} + {1^2}} }}\)\( = \frac{{\sqrt 2 }}{4}\).

Gắn hệ trục tọa độ \[{\rm{Ox}}yz\] như hình vẽ \( \Rightarrow P\left( {0;0;0} \right),\,A\left( {3;0;0} \right),\,B\left( {0;\sqrt 3 ;0} \right),\,C\left( {0; - \sqrt 3 ;0} \right),\,A'\left( {3;0;2} \right),\,B'\left( {0;\sqrt 3 ;2} \right),\,C'\left( {0; - \sqrt 3 ;2} \right)\)

nên \(M\left( {\frac{3}{2};\frac{{\sqrt 3 }}{2};2} \right),\,N\left( {\frac{3}{2}; - \frac{{\sqrt 3 }}{2};2} \right)\)

Ta có vtpt của mp\(\left( {AB'C'} \right)\) là \(\overrightarrow {{n_1}}  = \frac{1}{{2\sqrt 3 }}\left[ {\overrightarrow {AB'} ,\overrightarrow {AC'} } \right] = \left( {2;0;3} \right)\) và vtpt của mp\(\left( {MNP} \right)\) là \(\overrightarrow {{n_2}}  = \left( {4;0; - 3} \right)\)

Gọi \(\varphi \) là góc giữa hai mặt phẳng \(\left( {AB'C'} \right)\) và mp\(\left( {MNP} \right)\)\( \Rightarrow c{\rm{os}}\varphi  = \left| {c{\rm{os}}\left( {\overrightarrow {{n_1}} ,\overrightarrow {{n_2}} } \right)} \right| = \frac{{\left| {8 - 9} \right|}}{{\sqrt {13} \sqrt {25} }} = \frac{{\sqrt {13} }}{{65}}\)

Gọi \[H\] là trung điểm \[BC\], \[BC = a\sqrt 3 \], \[AH = \frac{a}{2}\].

Chọn hệ trục tọa độ \[H\left( {0;0;0} \right)\], \[A\left( {\frac{a}{2};0;0} \right)\], \[B\left( {0;\frac{{a\sqrt 3 }}{2};0} \right)\], \[C\left( {0; - \frac{{a\sqrt 3 }}{2};0} \right)\],

\[M\left( {0;0;a} \right)\], \[N\left( {0; - \frac{{a\sqrt 3 }}{2};\frac{a}{2}} \right)\]. Gọi \[\varphi \] là góc giữa mặt phẳng\(\left( {AMN} \right)\) và mặt phẳng \(\left( {ABC} \right)\).

\(\left( {AMN} \right)\) có một vtpt \[\vec n = \left[ {\overrightarrow {AM} ,\overrightarrow {AN} } \right]\]\[ = \left( {\frac{{\sqrt 3 }}{2};\frac{{ - 1}}{4};\frac{{\sqrt 3 }}{4}} \right)\]

\(\left( {ABC} \right)\) có một vtpt \[\overrightarrow {HM} \]\[ = \left( {0;0;1} \right)\], từ đó \[\cos \varphi  = \frac{{\left| {\vec n.\overrightarrow {HM} } \right|}}{{\left| {\vec n} \right|HM}}\]\[ = \frac{{\frac{{\sqrt 3 }}{4}}}{{1.1}}\]\[ = \frac{{\sqrt 3 }}{4}\].

Chọn hệ trục tọa độ và chuẩn hóa cho \[a = 1\] sao cho \[A\left( {0;0;0} \right)\], \[B\left( {0;1;0} \right)\], \[D\left( {1;0;0} \right)\], \[S\left( {0;0;2} \right)\]

Ta có \[M\] là trung điểm \[SD\]\[ \Rightarrow M\left( {\frac{1}{2};0;1} \right)\], \[C\left( {1;1;0} \right)\].

\[\overrightarrow {AM}  = \left( {\frac{1}{2};0;1} \right)\], \[\overrightarrow {AC}  = \left( {1;1;0} \right)\], \[\left[ {\overrightarrow {AM} ,\overrightarrow {AC} } \right] = \left( { - 1;1;\frac{1}{2}} \right)\]\[ \Rightarrow \left( {AMC} \right)\] có một vtpt \[\vec n = \left( { - 2;2;1} \right)\]

\[\overrightarrow {SB}  = \left( {0;1; - 2} \right)\], \[\overrightarrow {SC}  = \left( {1;1; - 2} \right)\], \[\left[ {\overrightarrow {SB} ,\overrightarrow {SC} } \right] = \left( {0;2;1} \right)\]\[ \Rightarrow \left( {SBC} \right)\] có một vtpt \[\vec k = \left( {0;2;1} \right)\]

Gọi \[\alpha \] là góc giữa hai mặt phẳng \[\left( {AMC} \right)\] và \[\left( {SBC} \right)\] thì \[\cos \alpha  = \frac{{\left| {\vec n.\vec k} \right|}}{{\left| {\vec n} \right|.\left| {\vec n} \right|}}\]\[ = \frac{{\sqrt 5 }}{3}\]

Do \[\tan \alpha  > 0\] nên \[\tan \alpha  = \sqrt {\frac{1}{{{{\cos }^2}\alpha }} - 1} \]\[ = \frac{{2\sqrt 5 }}{5}\].

Chọn hệ trục tọa độ \[Oxyz\] như hình vẽ. Khi đó

\(S\left( {0;\,0;\,\frac{{\sqrt 3 }}{2}} \right)\); \(A\left( {\frac{{ - a}}{2};0;\,0} \right)\); \(B\left( {\frac{a}{2};0;\,0} \right)\);\(C\left( {\frac{a}{2};a;\,0} \right)\); \(D\left( {\frac{{ - a}}{2};a;\,0} \right)\)

suy ra \(G\left( {0;\,0;\,\frac{{a\sqrt 3 }}{6}} \right)\); \(M\left( {\frac{a}{4};\frac{a}{2};\,\frac{{a\sqrt 3 }}{4}} \right)\); \(N\left( { - \frac{a}{4};\frac{a}{2};\,\frac{{a\sqrt 3 }}{4}} \right)\)

Ta có mặt phẳng \(\left( {ABCD} \right)\)có vectơ pháp tuyến là \(\vec k = \left( {0;\,0;\,1} \right)\), mặt phẳng \(\left( {GMN} \right)\)có vectơ pháp tuyến là \(\vec n = \left[ {\overrightarrow {GM} ;\,\overrightarrow {GN} } \right] = \left( {0;\, - \frac{{a\sqrt 3 }}{{24}};\,\frac{a}{4}} \right)\)

Gọi \(\alpha \) là góc giữa hai mặt phẳng \(\left( {GMN} \right)\) và \(\left( {ABCD} \right)\), ta có

\[{\rm{cos}}\alpha  = \frac{{\left| {\vec n.\vec k} \right|}}{{\left| {\vec n} \right|.\left| {\vec k} \right|}}\]\[ = \frac{{\frac{1}{4}}}{{\frac{{\sqrt {39} }}{{24}}}}\]\[ = \frac{{2\sqrt {39} }}{{13}}\].

Gọi \(O\)là trung điểm của \(BC\). Gắn hệ trục tọa độ như hình vẽ.

Ta có: $OB=AB\sin 60°=\frac{a\sqrt{3}}{2}$; $OA=AB\cos 60°=\frac{a}{2}$.

Giả sử \(a = 1\) suy ra \(A\left( {\frac{1}{2};0;0} \right)\), \(B\left( {0; - \frac{{\sqrt 3 }}{2};0} \right)\),\(C\left( {0;\frac{{\sqrt 3 }}{2};0} \right)\), \(I\left( {0;\frac{{\sqrt 3 }}{2};\frac{1}{2}} \right)\), \(B'\left( {0; - \frac{{\sqrt 3 }}{2};1} \right)\).

Ta có: \(\overrightarrow {{n_1}}  = \left[ {\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {AC} } \right] = \left( {0;0; - \frac{{\sqrt 3 }}{2}} \right)\) và \(\overrightarrow {{n_2}}  = \left[ {\overrightarrow {AB'} ,\overrightarrow {AI} } \right] = \left( { - \frac{{3\sqrt 3 }}{4}; - \frac{1}{4}; - \frac{{\sqrt 3 }}{2}} \right)\)

Gọi \(\alpha \) là góc giữa \(\left( {ABC} \right)\) và \(\left( {AB'I} \right)\). Suy ra: \(\cos \alpha  = \frac{{\left| {\overrightarrow {{n_1}} .\overrightarrow {{n_2}} } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {{n_1}} } \right|.\left| {\overrightarrow {{n_2}} } \right|}} = \sqrt {\frac{3}{{10}}}  = \frac{{\sqrt {30} }}{{10}}\).