LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 11·10 / 2026

VG · 0545 phút

Góc nhị diện. Hai mặt phẳng vuông góc

Mở như trang sách

01Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1 (hình chóp đều)

Hình chóp đều S.ABCDS.ABCD có cạnh đáy 44 và chiều cao SO=22SO = 2\sqrt2. Tính góc giữa mặt bên (SCD)(SCD) và đáy (ABCD)(ABCD).

Giải. Giao tuyến là CDCD. Gọi MM là trung điểm CDCD: OM⊥CDOM \perp CD (tam giác OCDOCD cân) và SM⊥CDSM \perp CD (tam giác SCDSCD cân), nên SMO^\widehat{SMO} là góc phẳng nhị diện [S,CD,A][S, CD, A]. OM=42=2OM = \dfrac{4}{2} = 2, tam giác SOMSOM vuông tại OO: tan⁡SMO^=SOOM=2\tan\widehat{SMO} = \dfrac{SO}{OM} = \sqrt2, tức cos⁡=13\cos = \dfrac1{\sqrt3}, góc ≈54,7∘\approx 54{,}7^\circ.

Kiểm bằng diện tích: SM=8+4=23SM = \sqrt{8 + 4} = 2\sqrt3, SSCD=12⋅4⋅23=43S_{SCD} = \dfrac12\cdot4\cdot2\sqrt3 = 4\sqrt3; hình chiếu là tam giác OCDOCD có diện tích 14⋅16=4\dfrac14\cdot16 = 4; cos⁡φ=443=13\cos\varphi = \dfrac{4}{4\sqrt3} = \dfrac1{\sqrt3}. Hai cách khớp nhau.

φSABCDOM
Chóp đều S.ABCD, cạnh đáy 4, SO = 2√2. M là trung điểm CD: SM ⊥ CD, OM ⊥ CD nên góc SMO là góc phẳng nhị diện cạnh CD, tan SMO = √2.

Ví dụ 2 (hình lập phương)

Hình lập phương ABCD.A′B′C′D′ABCD.A'B'C'D' cạnh 22. Tính góc phẳng nhị diện [A′,BD,A][A', BD, A].

Giải. Giao tuyến là BDBD. Gọi OO là tâm hình vuông ABCDABCD: AO⊥BDAO \perp BD và A′O⊥BDA'O \perp BD (BD⊥(ACC′A′)BD \perp (ACC'A')). Góc phẳng là A′OA^\widehat{A'OA}, tam giác A′AOA'AO vuông tại AA với AO=2AO = \sqrt2, AA′=2AA' = 2: tan⁡=22=2\tan = \dfrac{2}{\sqrt2} = \sqrt2, góc ≈54,7∘\approx 54{,}7^\circ.

Ví dụ 3 (hình chóp có cạnh bên vuông góc đáy)

Hình chóp S.ABCDS.ABCD có đáy là hình chữ nhật AB=3AB = 3, AD=4AD = 4, SA⊥(ABCD)SA \perp (ABCD), SA=4SA = 4. a) Tính góc giữa (SBC)(SBC) và (ABCD)(ABCD). b) Chứng minh (SAB)⊥(SAD)(SAB) \perp (SAD) và (SAB)⊥(SBC)(SAB) \perp (SBC).

Giải.

a) Giao tuyến là BCBC. BC⊥ABBC \perp AB và BC⊥SABC \perp SA nên BC⊥(SAB)BC \perp (SAB), do đó BC⊥SBBC \perp SB. Vậy SBA^\widehat{SBA} là góc phẳng nhị diện, tan⁡SBA^=SAAB=43\tan\widehat{SBA} = \dfrac{SA}{AB} = \dfrac43, cos⁡=35\cos = \dfrac35, góc ≈53,1∘\approx 53{,}1^\circ.

b) AB⊥ADAB \perp AD và AB⊥SAAB \perp SA nên AB⊥(SAD)AB \perp (SAD); AB⊂(SAB)AB \subset (SAB) nên (SAB)⊥(SAD)(SAB) \perp (SAD). Cũng BC⊥(SAB)BC \perp (SAB) ở trên và BC⊂(SBC)BC \subset (SBC) nên (SBC)⊥(SAB)(SBC) \perp (SAB).

Ví dụ 4 (hai mặt bên liền kề, nhị diện tù)

Hình chóp đều S.ABCDS.ABCD có cạnh đáy 22 và cạnh bên 22. Tính số đo góc nhị diện [A,SB,C][A, SB, C] và góc giữa hai mặt phẳng (SAB)(SAB), (SBC)(SBC).

Giải. Các mặt bên là tam giác đều cạnh 22. Gọi HH là trung điểm SBSB: AH⊥SBAH \perp SB và CH⊥SBCH \perp SB, AH=CH=3AH = CH = \sqrt3. Góc AHC^\widehat{AHC} là góc phẳng nhị diện, AC=22AC = 2\sqrt2. Định lí côsin: cos⁡AHC^=3+3−82⋅3⋅3=−13,\cos\widehat{AHC} = \dfrac{3 + 3 - 8}{2\cdot\sqrt3\cdot\sqrt3} = -\dfrac13, nên nhị diện ≈109,5∘\approx 109{,}5^\circ (tù). Góc giữa hai mặt phẳng là góc bù: cos⁡=13\cos = \dfrac13, góc ≈70,5∘\approx 70{,}5^\circ.

Ví dụ 5 (diện tích hình chiếu)

Hình lập phương ABCD.A′B′C′D′ABCD.A'B'C'D' cạnh 22. Tính góc φ\varphi giữa (A′BD)(A'BD) và (ABCD)(ABCD).

Giải. Tam giác A′BDA'BD đều cạnh A′B=22A'B = 2\sqrt2, diện tích S=34⋅8=23S = \dfrac{\sqrt3}4\cdot8 = 2\sqrt3. Hình chiếu của nó trên (ABCD)(ABCD) là tam giác ABDABD (A′↦AA'\mapsto A, BB, DD giữ nguyên), diện tích S′=2S' = 2. Do đó cos⁡φ=223=13\cos\varphi = \dfrac{2}{2\sqrt3} = \dfrac1{\sqrt3}. Kết quả trùng với Ví dụ 2: vì hai mặt phẳng (A′BD)(A'BD) và (ABCD)(ABCD) cắt nhau theo BDBD nên góc phẳng nhị diện chính là A′OA^\widehat{A'OA}.

Ví dụ 6 (tìm diện tích khi biết góc)

Hình chóp S.ABCDS.ABCD có đáy là hình vuông cạnh 66 và các mặt bên đều tạo với đáy góc 60∘60^\circ (chân đường cao là tâm OO). Tính diện tích xung quanh.

Giải. Hình chiếu của bốn mặt bên trên đáy là bốn tam giác OABOAB, OBCOBC, OCDOCD, ODAODA, ghép lại đúng bằng hình vuông đáy. Mỗi mặt bên nghiêng 60∘60^\circ so với đáy nên Sđaˊy=Sxqcos⁡60∘S_{\text{đáy}} = S_{xq}\cos60^\circ, trong đó SxqS_{xq} là tổng diện tích bốn mặt bên:

Sxq=36cos⁡60∘=72.S_{xq} = \dfrac{36}{\cos60^\circ} = 72. Kiểm: SO=3tan⁡60∘=33SO = 3\tan60^\circ = 3\sqrt3, đường cao mặt bên SM=27+9=6SM = \sqrt{27 + 9} = 6, mỗi mặt bên 12⋅6⋅6=18\dfrac12\cdot6\cdot6 = 18, bốn mặt 7272.

Tiếp theoLuyện tập →