Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A’B’C’D’ có các cạnh AB = 2, AD = 3, AA’ = 4. Góc giữa hai mặt phẳng (AB’D’) và (A’C’D) là α. Tính giá trị gần đúng của α.
Hình vẽ minh họa:
Phần 1: Xác định góc
Bước 1: Tìm giao tuyến giữa hai mặt phẳng:
Trong mặt phẳng (ADD’A’) gọi E là giao điểm của AD’ và A’D.
Trong mặt phẳng (A’B’C’D’) gọi F là giao điểm của B’D’ và A’C’.
Khi đó EF là giao tuyến của hai mặt phẳng (AB’D’) và (A’C’D).
Bước 2: Trong mỗi mặt phẳng, ta cần tìm đường thẳng vuông góc với giao tuyến:
Trong mặt phẳng (DA’C’) kẻ A’H ⊥ EF tại H, A’H cắt DC’ tại K.
Ta chứng minh D’H ⊥ EF.
Ta có:
Mặt khác:
Bước 3: Xác định góc giữa hai mặt phẳng:
Ta có:
=> α = ((AB’D’), (DA’C’)) = (D’H, A’H)
Phần 2: Tính góc α:
Ta sẽ sử dụng định lý cosin trong tam giác A’HD’
Bước 1: Chứng minh tam giác A’HD’ cân:
Trong tam giác A’DC’ ta có EF là đường trung bình, nên suy ra H là trung điểm A’K.
Vì A’D’ ⊥ (DD’C’C) nên A’D’ ⊥ D’K.
Do đó tam giác A’D’K vuông tại D’.
Xét tam giác A’D’K vuông tại D’ có D’K là đường trung tuyến ứng với cạnh huyền nên D’H = A’H = A’K/2
Bước 2: Tính độ dài cạnh A’K:
Ta tính đường cao A’K của tam giác ADC’ thông qua diện tích.
Áp dụng định lý Pi – ta - go ta tính được độ dài các cạnh tam giác A’DC’ là:
Sử dụng công thức Hê-rông ta tính được
Mặt khác
Từ đó suy ra D’H = A’H = A’K/2 =
Bước 3: Tính góc α bằng định lý cosin:
Trong tam giác A’HD’ ta có:
Do đó góc giữa hai đường thẳng A’H và D’H bằng 61,60
Vậy α = 61,60
