Cho hình chóp S.ABCD đáy là hình thang vuông tại A và B, \(AB = BC = a;\,\,AD = 2a\). Biết SA vuông góc với đáy (ABCD), \(SA = a\). Gọi M, N lần lượt là trung điểm SB, CD. Tính sin góc giữa đường thẳng MN và mặt phẳng (SAC).
Suy nghĩ trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo saiGọi P và Q lần lượt là trung điểm của AB và SC ta có : MQ // NP // BC \( \Rightarrow M,N,P,Q\) đồng phẳng.
Gọi \(F = NP \cap AC \Rightarrow \left( {MNPQ} \right) \cap \left( {SAC} \right) = QF\),
\(I = QF \cap MN \Rightarrow I = MN \cap \left( {SAC} \right)\).
Gọi E là trung điểm của AD, ABCE là hình vuông nên CE = a.
Xét tam giác ACD có \(CE = \dfrac{1}{2}AD = a \Rightarrow \Delta ACD\) vuông tại C \( \Rightarrow CD \bot AC\).
Ta có:
\(\left\{ \begin{array}{l}CD \bot AC\\CD \bot SA\,\,\left( {SA \bot \left( {ABCD} \right)} \right)\end{array} \right. \Rightarrow CD \bot \left( {SAC} \right) \Rightarrow NC \bot \left( {SAC} \right) \Rightarrow \)C là hình chiếu của N trên (SAC)
\( \Rightarrow \angle \left( {MN;\left( {SAC} \right)} \right) = \angle \left( {NI;CI} \right) = \angle NIC\).
Xét tam giác vuông CED có \(CD = \sqrt {C{E^2} + E{D^2}} = a\sqrt 2 \Rightarrow CN = \dfrac{{a\sqrt 2 }}{2}\).
Có \(MO = \dfrac{1}{2}BC = \dfrac{a}{2};\,\,NP = \dfrac{{AD + BC}}{2} = \dfrac{{3a}}{2}\); \(\dfrac{{PF}}{{BC}} = \dfrac{{AP}}{{AB}} = \dfrac{1}{2} \Rightarrow PF = \dfrac{a}{2} \Rightarrow FN = a\).
Áp dụng định lí Ta-lét ta có: \(\dfrac{{IN}}{{IM}} = \dfrac{{NF}}{{MQ}} = 2 \Rightarrow IN = 2IM \Rightarrow IN = \dfrac{2}{3}MN\).
Xét tam giác vuông MNP có \(MN = \sqrt {M{P^2} + N{P^2}} = \sqrt {{{\left( {\dfrac{{SA}}{2}} \right)}^2} + N{P^2}} = \dfrac{{a\sqrt {10} }}{2} \Rightarrow IN = \dfrac{2}{3}.\dfrac{{a\sqrt {10} }}{2} = \dfrac{{a\sqrt {10} }}{3}\).
Xét tam giác vuông NIC : \(\sin \angle NIC = \dfrac{{CN}}{{NI}} = \dfrac{{\dfrac{{a\sqrt 2 }}{2}}}{{\dfrac{{a\sqrt {10} }}{3}}} = \dfrac{{3\sqrt 5 }}{{10}}\).
Chọn C.