01Ví dụ minh hoạ
Ví dụ 1 (tứ diện, thiết diện hình thang)
Tứ diện . , là trung điểm của , ; thuộc cạnh với . Dựng thiết diện của tứ diện cắt bởi và so sánh độ dài hai cạnh song song.
Giải. , cùng thuộc nên là cạnh của thiết diện; , cùng thuộc nên là cạnh. là đường trung bình của tam giác : , . Vì và nên ; mặt phẳng chứa nên cắt theo đường thẳng qua song song , tức song song ; đường này cắt tại . Trong tam giác : và .
Thiết diện là hình thang () có . Tứ giác này không phải hình bình hành vì .
Ví dụ 2 (chóp tứ giác, thiết diện tứ giác)
Hình chóp đáy hình bình hành tâm . , , với , , . Tìm giao điểm của với và dựng thiết diện.
Giải. cắt các mặt bên theo , theo . Để tìm ta dùng mặt phẳng phụ chứa và :
- và cùng nằm trong nên cắt nhau tại .
- và . Vậy , là hai điểm chung của và .
- cắt tại (cùng nằm trong ). Khi đó và .
Thiết diện là tứ giác . Với các số liệu trên, toạ độ cho .
Ví dụ 3 (chóp tứ giác, thiết diện ngũ giác)
Hình chóp có đáy là hình bình hành. với , với , là trung điểm . Dựng thiết diện của hình chóp cắt bởi .
Giải.
- nên là cạnh thiết diện. Kéo dài: cắt tại (cùng trong ). Menelaus cho tam giác : , với , nên , tức ngoài đoạn về phía và .
- nên là giao tuyến của với đáy. cắt tại : đoạn là cạnh thiết diện nằm trên đáy.
- : là cạnh thiết diện.
- cắt đường thẳng tại (ngoài đoạn ). nên cắt tại : là cạnh thiết diện.
- nên là cạnh còn lại.
Thiết diện là ngũ giác (nằm trên mặt: , , , , ). Số liệu (đáy , , , , ): , , , .
Ví dụ 4 (hình lập phương, tam giác đều)
Hình lập phương cạnh . Mặt phẳng đi qua trung điểm của , trung điểm của và trung điểm của . Xác định thiết diện và tính diện tích.
Giải. Ba điểm , , nằm trên ba cạnh xuất phát từ , mỗi cặp nằm trong một mặt. Thiết diện là tam giác cắt "góc" . Các cạnh: (đường chéo của hình vuông cạnh ), nên tam giác đều.
Ví dụ 5 (hình lập phương, hình thoi)
Cùng hình lập phương. là trung điểm , là trung điểm . Chứng minh cùng thuộc một mặt phẳng, xác định thiết diện của và tính diện tích.
Giải. Tâm của hình lập phương là trung điểm . đối xứng qua ( trung điểm , trung điểm , hai cạnh đối nhau qua ), nên là trung điểm . Hai đoạn và cắt nhau tại trung điểm chung, nên là hình bình hành, thuộc một mặt phẳng.
Các cạnh: (cạnh huyền tam giác vuông có hai cạnh góc vuông và ). Hình bình hành có bốn cạnh bằng nhau là hình thoi. Hai đường chéo , . Diện tích
Ví dụ 6 (hình lập phương, ngũ giác)
Cùng hình lập phương. là trung điểm , là trung điểm , thuộc với . Dựng thiết diện của và tính diện tích.
Giải. ; cắt tại , cắt tại (đường có phương trình trong đáy). nên cắt tại ; nên cắt tại . Tính tỉ lệ trong tam giác : , nên ; tương tự .
Thiết diện là ngũ giác nằm trên năm mặt , , , , .
Diện tích. Hình chiếu của ngũ giác xuống là hình vuông trừ tam giác vuông cân (cạnh góc vuông ): . Mặt phẳng có phương trình , vectơ pháp tuyến nên , và
Ví dụ 7 (hình lập phương, lục giác đều)
Cùng hình lập phương. Mặt phẳng đi qua trung điểm của sáu cạnh . Chứng minh thiết diện là lục giác đều và tính diện tích.
Giải. Gọi sáu trung điểm theo thứ tự là . Trong toạ độ chúng đều thoả , nên sáu điểm đồng phẳng; hai điểm liên tiếp như cùng thuộc một mặt của hình nên là cạnh thiết diện. Mỗi cạnh là đường chéo của hình vuông cạnh nên bằng . Tâm cách đều sáu đỉnh một khoảng và cũng nằm trong mặt phẳng nên sáu tam giác là đều. Thiết diện là lục giác đều cạnh và
Kiểm bằng hình chiếu: hình chiếu xuống đáy là hình vuông trừ hai tam giác vuông cân cạnh , diện tích ; pháp tuyến cho , nên , trùng kết quả trên.