Câu hỏi
Cho khối lăng trụ tam giác đều \(ABC.A'B'C'\) có cạnh đáy bằng \(a\) và góc giữa hai đường thẳng \(AB'\) và \(BC'\) bằng \({60^0}\). Thể tích khối lăng trụ đã cho bằng:
- A \(\dfrac{{\sqrt 6 {a^3}}}{2}\)
- B \(\dfrac{{\sqrt 6 {a^3}}}{{12}}\)
- C \(\dfrac{{\sqrt 6 {a^3}}}{4}\)
- D \(\dfrac{{\sqrt 6 {a^3}}}{6}\)
Lời giải chi tiết:
Gọi \(N = AB' \cap A'B\) và \(M\) là trung điểm của \(A'C'\).
Ta có: \(MN\) là đường trung bình của tam giác \(A'C'B\) \( \Rightarrow MN\parallel BC'\) \( \Rightarrow \angle \left( {AB';BC'} \right) = \angle \left( {AB';MN} \right)\).
\( \Rightarrow \angle \left( {AB';MN} \right) = {60^0}\) \( \Rightarrow \angle B'NM = {60^0}\) hoặc \(\angle B'NM = {120^0}\).
Vì \(MN\) là đường trung bình của tam giác \(A'C'B\) nên \(MN = \dfrac{1}{2}BC'\).
Hình chữ nhật \(BCC'B'\) và hình chữ nhật \(ABB'A'\) là hai hình chữ nhật bằng nhau nên \(BC' = AB'\) \( \Rightarrow MN = NB'\).
TH1: \(\angle B'NM = {60^0}\), khi đó \(\Delta B'MN\) đều.
Tam giác \(A'B'C'\) đều cạnh \(a \Rightarrow B'M = \dfrac{{a\sqrt 3 }}{2}\)\( = B'N = MN\).
\( \Rightarrow AB' = 2B'N = a\sqrt 3 \).
Áp dụng định lí Pytago trong tam giác vuông \(AA'B'\) ta có:
\(AA' = \sqrt {AB{'^2} - A'B{'^2}} = \sqrt {3{a^2} - {a^2}} = a\sqrt 2 \).
\( \Rightarrow {V_{ABC.A'B'C'}} = AA'.{S_{\Delta ABC}} = a\sqrt 2 .\dfrac{{{a^2}\sqrt 3 }}{4} = \dfrac{{{a^3}\sqrt 6 }}{4}\).
TH2: \(\angle B'NM = {120^0}\).
Tam giác \(A'B'C'\) đều cạnh \(a \Rightarrow B'M = \dfrac{{a\sqrt 3 }}{2}\).
Áp dụng định lí Cosin trong tam giác \(B'MN\) ta có:
\(\begin{array}{l}\cos {120^0} = \dfrac{{B'{N^2} + M{N^2} - B'{M^2}}}{{2B'N.MN}}\\ \Leftrightarrow - \dfrac{1}{2} = \dfrac{{2M{N^2} - {{\left( {\dfrac{{a\sqrt 3 }}{2}} \right)}^2}}}{{2M{N^2}}}\\ \Leftrightarrow - M{N^2} = 2M{N^2} - \dfrac{{3{a^2}}}{4}\\ \Leftrightarrow 3M{N^2} = \dfrac{{3{a^2}}}{4}\\ \Leftrightarrow MN = \dfrac{a}{2} = B'N\end{array}\)
\( \Rightarrow AB' = 2B'N = a = AB\) (Vô lí do cạnh huyền không thể bằng cạnh góc vuông).
Vậy \({V_{ABC.A'B'C'}} = \dfrac{{{a^3}\sqrt 6 }}{4}\).
Chọn C.