Câu hỏi
Cho hình chóp \(S.ABCD\) có đáy là hình thang vuông tại \(A\) và \(B\). Hình chiếu vuông góc của \(S\) lên mặt đáy trùng với trung điểm của \(AB\). Biết \(AB = 1\), \(BC = 2\), \(BD = \sqrt {10} \). Góc giữa \((SBD)\) và mặt đáy là \({60^0}\). Tính thể tích của khối chóp \(S.BCD\).
- A \(\dfrac{{\sqrt {30} }}{4}\).
- B \(\dfrac{{\sqrt {30} }}{{12}}\).
- C \(\dfrac{{\sqrt {30} }}{{20}}\).
- D \(\dfrac{{3\sqrt {30} }}{8}\).
Phương pháp giải:
+ Xác định góc giữa hai mặt phẳng \(\left( P \right)\) và \(\left( Q \right):\) \(\left\{ \begin{array}{l}\left( P \right) \cap \left( Q \right) = d\\a \bot d;\,a \in \left( P \right)\\b \bot d;b \in \left( Q \right)\end{array} \right. \Rightarrow \) góc giữa \(\left( P \right)\) và \(\left( Q \right)\) là góc giữa hai đường thẳng \(a;b.\)
+ Tính toán dựa vào định lý Pytago và hệ thức lượng trong tam giác vuông
+ Thể tích khối chóp có chiều cao \(h\) và diện tích đáy \(S\) là \(V = \dfrac{1}{3}h.S\)
Lời giải chi tiết:
Gọi \(H\) là trung điểm của \(AB,\) kẻ \(AK \bot BD\) tại \(K\) và \(HN \bot BD\) tại \(N \Rightarrow AK//HN \Rightarrow HN = \dfrac{1}{2}AK\) (đường trung bình tam giác \(ABK\))
Khi đó ta có \(BD \bot HN;\,BD \bot SH\left( {SH \bot \left( {ABCD} \right)} \right) \Rightarrow BD \bot \left( {SHN} \right) \Rightarrow BD \bot SN\)
Suy ra \(\left\{ \begin{array}{l}\left( {SBD} \right) \cap \left( {ABCD} \right) = BD\\HN \bot BD;\,HN \subset \left( {ABCD} \right)\\SN \bot BD;SN \subset \left( {SBD} \right)\end{array} \right. \Rightarrow \) góc giữa \(\left( {SBD} \right)\) và \(\left( {ABCD} \right)\) là góc \(SNH \Rightarrow \widehat {SNH} = 60^\circ \)
Xét tam giác vuông \(ABD\) có \(AD = \sqrt {B{D^2} - A{B^2}} = \sqrt {10 - 1} = 3\) và
\(\dfrac{1}{{A{K^2}}} = \dfrac{1}{{A{B^2}}} + \dfrac{1}{{A{D^2}}} = \dfrac{1}{1} + \dfrac{1}{9} = \dfrac{{10}}{9} \Rightarrow AK = \dfrac{3}{{\sqrt {10} }}\) nên \(HN = \dfrac{1}{2}AK = \dfrac{3}{{2\sqrt {10} }}\)
Xét tam giác \(SHN\) vuông tại \(H\) có \(SH = HN.\tan \widehat {SNH} = \dfrac{3}{{2\sqrt {10} }}.\tan 60^\circ = \dfrac{{3\sqrt 3 }}{{2\sqrt {10} }}\)
Diện tích đáy \(BCD\) là \({S_{BCD}} = {S_{ABCD}} - {S_{ABD}} = \dfrac{{\left( {BC + AD} \right).AB}}{2} - \dfrac{{AB.AD}}{2} = \dfrac{5}{2} - \dfrac{3}{2} = 1\)
Thể tích khối chóp \(S.BCD\) là \({V_{S.BCD}} = \dfrac{1}{3}SH.{S_{BCD}} = \dfrac{1}{3}.\dfrac{{3\sqrt 3 }}{{2\sqrt {10} }}.1 = \dfrac{{\sqrt {30} }}{{20}}\) .
Chọn C.