Cho hình lăng trụ đứng ABC.DEF có tất cả các cạnh bằng a. Gọi G là trọng tâm của tam giác AEF. Tính khoảng cách từ A đến mp(GBC) Cho hình lăng trụ đứng ABC.DEF có tất cả các cạnh bằng a. Gọi G là trọng tâm của tam giác AEF. Tính khoảng cách từ A đến mp(GBC).
Tham khảo câu trả lời từ Trợ lý ảo Lazi Để tính khoảng cách từ điểm \( A \) đến mặt phẳng \( (GBC) \) trong hình lăng trụ đứng \( ABC.DEF \) có các cạnh bằng \( a \), trước hết, ta xác định vị trí của các điểm trong không gian. Giả sử các điểm trong không gian như sau: - \( A(0, 0, 0) \) - \( B(a, 0, 0) \) - \( C(a, a, 0) \) - \( D(0, a, 0) \) - \( E(0, 0, a) \) - \( F(a, 0, a) \) Từ đó, ta tính tọa độ trọng tâm \( G \) của tam giác \( AEF \): \[ G = \left( \frac{x_A + x_E + x_F}{3}, \frac{y_A + y_E + y_F}{3}, \frac{z_A + z_E + z_F}{3} \right) = \left( \frac{0 + 0 + a}{3}, \frac{0 + 0 + 0}{3}, \frac{0 + a + a}{3} \right) = \left( \frac{a}{3}, 0, \frac{2a}{3} \right) \] Tiếp theo, để tìm mặt phẳng \( GBC \), ta cần ba điểm \( G, B, C \). Tọa độ các điểm là: - \( G \left( \frac{a}{3}, 0, \frac{2a}{3} \right) \) - \( B(a, 0, 0) \) - \( C(a, a, 0) \) Ta sẽ xác định véc tơ \( \vec{GB} \) và \( \vec{GC} \): \[ \vec{GB} = B - G = \left( a - \frac{a}{3}, 0 - 0, 0 - \frac{2a}{3} \right) = \left( \frac{2a}{3}, 0, -\frac{2a}{3} \right) \] \[ \vec{GC} = C - G = \left( a - \frac{a}{3}, a - 0, 0 - \frac{2a}{3} \right) = \left( \frac{2a}{3}, a, -\frac{2a}{3} \right) \] Tính tích có hướng \( \vec{GB} \times \vec{GC} \): \[ \vec{GB} \times \vec{GC} = \begin{vmatrix} \mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\ \frac{2a}{3} & 0 & -\frac{2a}{3} \\ \frac{2a}{3} & a & -\frac{2a}{3} \end{vmatrix} = \mathbf{i} \left( 0 - a \cdot -\frac{2a}{3} \right) - \mathbf{j} \left( \frac{2a}{3} \cdot -\frac{2a}{3} - \frac{2a}{3} \cdot \frac{2a}{3} \right) + \mathbf{k} \left( \frac{2a}{3} \cdot a - 0 \cdot \frac{2a}{3} \right) \] \[ = \mathbf{i} \left( \frac{2a^2}{3} \right) - \mathbf{j} \left( -\frac{8a^2}{9} \right) + \mathbf{k} \left( \frac{2a^2}{3} \right) = \left( \frac{2a^2}{3}, \frac{8a^2}{9}, \frac{2a^2}{3} \right) \] Tiến hành tính toán, để xác định phương trình mặt phẳng \( GBC \) theo dạng: \[ Ax + By + Cz + D = 0 \] trong đó \( (A, B, C) \) là hệ số từ tích có hướng: \[ A = \frac{2a^2}{3}, \quad B = \frac{8a^2}{9}, \quad C = \frac{2a^2}{3} \] Sử dụng \( (G) \) để tìm \( D \): \[ D = -\frac{2a^2}{3} \cdot \frac{a}{3} - \frac{8a^2}{9} \cdot 0 - \frac{2a^2}{3} \cdot \frac{2a}{3} = -\frac{2a^3}{9} - \frac{4a^3}{9} = -\frac{6a^3}{9} = -\frac{2a^3}{3} \] Phương trình mặt phẳng \( GBC \) là: \[ \frac{2a^2}{3}x + \frac{8a^2}{9}y + \frac{2a^2}{3}z + \frac{2a^3}{3} = 0 \] Bước tiếp theo, ta tính khoảng cách từ điểm \( A(0, 0, 0) \) đến mặt phẳng \( GBC \) bằng công thức: \[ d = \frac{|Ax_0 + By_0 + Cz_0 + D|}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}} \] Đặt \( (x_0, y_0, z_0) = (0, 0, 0) \): \[ d = \frac{\left| 0 + 0 + 0 - \frac{2a^3}{3} \right|}{\sqrt{\left( \frac{2a^2}{3} \right)^2 + \left( \frac{8a^2}{9} \right)^2 + \left( \frac{2a^2}{3} \right)^2}} \] \[ = \frac{\frac{2a^3}{3}}{\sqrt{\frac{4a^4}{9} + \frac{64a^4}{81} + \frac{4a^4}{9}}} = \frac{\frac{2a^3}{3}}{\sqrt{\frac{36a^4}{81} + \frac{64a^4}{81}}} = \frac{\frac{2a^3}{3}}{\sqrt{\frac{100a^4}{81}}} = \frac{\frac{2a^3}{3}}{\frac{10a^2}{9}} = \frac{2a^3}{3} \cdot \frac{9}{10a^2} = \frac{6a}{10} = \frac{3a}{5} \] Vậy, khoảng cách từ điểm \( A \) đến mặt phẳng \( (GBC) \) là: \[ \boxed{\frac{3a}{5}} \]