Cho hình lăng trụ ABC.A'B'C' có đáy là tam giác vuông cân tại A. Hình chiếu vuông góc của điểm A' lên mặt phẳng

* Hướng dẫn giải

Đáp án A.

Gọi \(N\) là trung điểm của \(BC,G\) là trọng tâm tam giác \(ABC\)

Hình chiếu vuông góc của điểm \(A'\) lên mặt phẳng \(\left( {ABC} \right)\) trùng với trọng tâm tam giác \(\left( {ABC} \right)\) nên \(A'G \bot \left( {ABC} \right)\)

Tam giác \(ABC\) vuông cân tại \(A\) nên \(AN \bot BC\left( 1 \right)\)

Lại có \(A'G \bot BC\left( 2 \right)\)

Từ \(\left( 1 \right)\) và \(\left( 2 \right)\) ta có \(BC \bot \left( {A'AN} \right)\)

Trong mặt phẳng \(\left( {A'AN} \right)\) từ \(N\) kẻ \(NH \bot A'A\) suy ra \(NH\) là ddonanj vuông góc chung của \(AA'\) và \(BC\) do đó \(d\left( {A'A;BC} \right) = NH = \frac{{\sqrt {17} }}{6}a\)

Đặt \(AB = 2x\)

Vì tam giác \(ABC\) vuông cân tại \(A\) nên \(BC = 2x\sqrt 2 ;AN = \frac{1}{2}BC = x\sqrt 2 \)

\(G\) là trọng tâm tam giác \(ABC \Rightarrow AG = \frac{2}{3}AN = \frac{{2x\sqrt 2 }}{3}\)

Trong tam giác vuông \(A'AG\) có \(A'{G^2} = A'{A^2} - A{G^2} = 4{a^2} - \frac{{8{x^2}}}{9}\)

Trong mặt phẳng \(\left( {A'AN} \right)\) kẻ \(GK//NH \Rightarrow GK = \frac{2}{3}NH = \frac{{a\sqrt {17} }}{9}\)

Trong tam giác vuông \(A'AG\) có

\(\frac{1}{{G{K^2}}} = \frac{1}{{A'{G^2}}} + \frac{1}{{A{G^2}}} \Leftrightarrow \frac{{81}}{{17{a^2}}} = \frac{1}{{4{a^2} - \frac{{8{x^2}}}{9}}} + \frac{1}{{\frac{{8{x^2}}}{9}}}\)

\( \Leftrightarrow \frac{{81}}{{17{a^2}}} = \frac{{4{a^2}}}{{\left( {4{a^2} - \frac{{8{x^2}}}{9}} \right).\frac{{8{x^2}}}{9}}}\)

\( \Leftrightarrow 64{x^4} - 288{a^2}{x^2} + 68{a^4} = 0\)

\( \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}{x^2} = \frac{{17}}{4}{a^2} \Rightarrow x = \frac{{\sqrt {17} }}{2}a \Rightarrow AB = a\sqrt {17} \\{x^2} = \frac{1}{4}{a^2} \Rightarrow x = \frac{1}{2}a \Rightarrow AB = a\end{array} \right.\)

Mà \(AB < a\sqrt 3 \) nên \(AB = a\)

Cách để tính AB

Ta có \(NH.AA' = A'G.AN\) (vì cùng bằng 2 lần diện tích tam giác \[A'NA)\]

\( \Leftrightarrow \frac{{a\sqrt {17} }}{6}.2a = \sqrt {4{a^2} - \frac{{8{x^2}}}{9}} .x\sqrt 2 \)

\( \Leftrightarrow 16{x^4} - 72{a^2}{x^2} + 17{a^4} = 0 \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}{x^2} = \frac{{17}}{4}{a^2} \Rightarrow x = \frac{{\sqrt {17} }}{2}a \Rightarrow AB = a\sqrt {17} \\{x^2} = \frac{1}{4}{a^2} \Rightarrow x = \frac{1}{2}a \Rightarrow AB = a\end{array} \right.\)

Mà \(AB < a\sqrt 3 \) nên \(AB = a.\)

\(A'{G^2} = A'{A^2} - A{G^2} = 4{a^2} - \frac{{8{x^2}}}{9} = \frac{{34{a^2}}}{9} \Rightarrow A'G = \frac{{a\sqrt {34} }}{3}\)

Thể tích \(V\) của khối lăng trụ \(ABC.A'B'C'\) là

\(V = A'G.{S_{ABC}} = \frac{{a\sqrt {34} }}{3}.\frac{1}{2}.a.a = \frac{{\sqrt {34} {a^3}}}{6}.\)