Bài 9 trang 128 SGK Toán 11 tập 1 - Chân trời sáng tạo

Đề bài

Cho hình hộp $ABCD.A'B'C'D'$. Gọi $M$ và $N$ lần lượt là trung điểm của $AB$ và $A'B'$ và $O$ là một điểm thuộc miền trong của mặt bên $CC'D'D$. Tìm giao tuyến của mặt phẳng $\left( {OMN} \right)$ với các mặt của hình hộp.

Lời giải chi tiết

Ta có:

$\begin{array}{l}\left. \begin{array}{l}M \in AB \subset \left( {ABB'A'} \right)\\M \in \left( {OMN} \right)\end{array} \right\} \Rightarrow M \in \left( {OMN} \right) \cap \left( {ABB'A'} \right)\\\left. \begin{array}{l}N \in A'B' \subset \left( {ABB'A'} \right)\\N \in \left( {OMN} \right)\end{array} \right\} \Rightarrow N \in \left( {OMN} \right) \cap \left( {ABB'A'} \right)\\ \Rightarrow \left( {OMN} \right) \cap \left( {ABB'A'} \right) = MN\end{array}$

$M$ là trung điểm của $AB$

$N$ là trung điểm của $A'B'$

$\Rightarrow MN$ là đường trung bình của hình bình hành $ABB'A'$

$\Rightarrow MN\parallel AA'\parallel BB'\parallel CC'\parallel DD'$

$\left. \begin{array}{l}O \in \left( {OMN} \right) \cap \left( {C{\rm{DD'C'}}} \right)\\MN\parallel C{\rm{D}}\\MN \subset \left( {OMN} \right)\\C{\rm{D}} \subset \left( {C{\rm{DD'C'}}} \right)\end{array} \right\}$

$\Rightarrow$Giao tuyến của hai mặt phẳng $\left( {OMN} \right)$ và $\left( {C{\rm{DD'C'}}} \right)$ là đường thẳng $d$ đi qua $O$, song song với $MN$ và $C{\rm{D}}$.

Gọi $P = d \cap C'D',Q = d \cap CD \Rightarrow \left( {OMN} \right) \cap \left( {C{\rm{DD'C'}}} \right) = PQ$

$\begin{array}{l}\left. \begin{array}{l}M \in AB \subset \left( {ABC{\rm{D}}} \right)\\M \in \left( {OMN} \right)\end{array} \right\} \Rightarrow M \in \left( {OMN} \right) \cap \left( {ABC{\rm{D}}} \right)\\\left. \begin{array}{l}Q \in C{\rm{D}} \subset \left( {ABC{\rm{D}}} \right)\\Q \in d \subset \left( {OMN} \right)\end{array} \right\} \Rightarrow Q \in \left( {OMN} \right) \cap \left( {ABC{\rm{D}}} \right)\\ \Rightarrow \left( {OMN} \right) \cap \left( {ABC{\rm{D}}} \right) = MQ\end{array}$

$\begin{array}{l}\left. \begin{array}{l}N \in A'B' \subset \left( {A'B'C'{\rm{D'}}} \right)\\N \in \left( {OMN} \right)\end{array} \right\} \Rightarrow N \in \left( {OMN} \right) \cap \left( {A'B'C'{\rm{D'}}} \right)\\\left. \begin{array}{l}P \in C'{\rm{D'}} \subset \left( {A'B'C'{\rm{D'}}} \right)\\P \in d \subset \left( {OMN} \right)\end{array} \right\} \Rightarrow P \in \left( {OMN} \right) \cap \left( {A'B'C'{\rm{D'}}} \right)\\ \Rightarrow \left( {OMN} \right) \cap \left( {A'B'C'{\rm{D'}}} \right) = NP\end{array}$

Gọi $E = MQ \cap BC,F = MQ \cap AD,G = NP \cap B'C',H = NP \cap A'D'$

$\begin{array}{l}\left. \begin{array}{l}E \in BC \subset \left( {BCC'B'} \right)\\E \in MQ \subset \left( {OMN} \right)\end{array} \right\} \Rightarrow E \in \left( {OMN} \right) \cap \left( {BCC'B'} \right)\\\left. \begin{array}{l}G \in B'C' \subset \left( {BCC'B'} \right)\\G \in NP \subset \left( {OMN} \right)\end{array} \right\} \Rightarrow G \in \left( {OMN} \right) \cap \left( {BCC'B'} \right)\\ \Rightarrow \left( {OMN} \right) \cap \left( {BCC'B'} \right) = EG\end{array}$

$\begin{array}{l}\left. \begin{array}{l}F \in A{\rm{D}} \subset \left( {A{\rm{DD'A'}}} \right)\\F \in MQ \subset \left( {OMN} \right)\end{array} \right\} \Rightarrow F \in \left( {OMN} \right) \cap \left( {A{\rm{DD'A'}}} \right)\\\left. \begin{array}{l}H \in A'D' \subset \left( {A{\rm{DD'A'}}} \right)\\H \in NP \subset \left( {OMN} \right)\end{array} \right\} \Rightarrow H \in \left( {OMN} \right) \cap \left( {A{\rm{DD'A'}}} \right)\\ \Rightarrow \left( {OMN} \right) \cap \left( {A{\rm{DD'A'}}} \right) = FH\end{array}$