Cho hình chóp $S.ABCD$ có $SA=a\sqrt{6}$ và vuong góc với mặt phẳng $ABCD$ là nửa lục giác đều nội tiếp trong đường tròn đường kính $AD=2a$
$a)$ Tính các khoảng cách từ $A$ và $B$ đến mặt phẳng $(SCD)$
$b)$ Tính khoảng cách từ đường thẳng $AD$ đến mặt phẳng $(SBC)$
$c)$ Tính diện tích của thiết diện của hình chóp $S.ABCD$ với mặt phẳng $\alpha$ song song với mặt phẳng $(SAD)$ và cách một khoảng bằng $\frac{a\sqrt{3}}{4}$
a) Gọi $O$ là trung điểm của $AD$, ta có $OC=OA=OD\Rightarrow AC \perp CD$ và $AC=\sqrt{AD^2-CD^2}=a\sqrt{3}$
Kẻ $AI \perp SC$ ($I\in SC$) (1)
$\left\{\begin{matrix}CD\perp AC\\CD\perp SA \end{matrix}\right.\Rightarrow CD\perp(SAC)\Rightarrow AI\perp CD$ (2)
(1),(2) $\Rightarrow AI\perp (SCD)\Rightarrow AI=d(A,(SCD))$
$d(A,(SCD))=AI=\frac{SA.AC}{SC}=\frac{SA.AC}{\sqrt{SA^2+AC^2}}=a\sqrt{2}$
Gọi $E=AB\cap CD\Rightarrow E=AB\cap (SCD)$.
Dễ thấy $BE=\frac{AE}{2}\Rightarrow d(B,(SCD))=\frac{d(A,(SCD))}{2}=\frac{a\sqrt{2}}{2}$
b) Kẻ $AJ\perp BC$ ($J\in BC$) và $AK\perp SJ$ ($K\in SJ$)
$BC\perp AJ\Rightarrow BC\perp SJ\Rightarrow BC\perp (SAJ)\Rightarrow AK\perp BC\Rightarrow AK\perp (SBC)$
$d(AD,(SBC))=d(A,(SBC))=AK=\frac{SA.AJ}{SJ}=\frac{SA.AJ}{\sqrt{SA^2+AJ^2}}=\frac{\frac{3a^2\sqrt{2}}{2}}{\sqrt{6a^2+\frac{3a^2}{4}}}=\frac{a\sqrt{6}}{3}$
c) $SA\perp(ABCD)\Rightarrow (SAD)\perp(ABCD)\Rightarrow \alpha \perp(ABCD)$
Gọi $M=AB\cap \alpha$ ; $N=CD\cap \alpha\Rightarrow d(AD,MN)=d((SAD),\alpha)=\frac{a\sqrt{3}}{4}=\frac{AJ}{2}$
$\Rightarrow M,N$ lần lượt là trung điểm của $AB$ và $CD$
Gọi $P=SC\cap \alpha$ ; $Q=SB\cap \alpha\Rightarrow P,Q$ lần lượt là trung điểm của $SC$ và $SB$
$\Rightarrow$ Thiết diện là hình thang $MNPQ$ có $MN=\frac{3a}{2}$ ; $PQ=\frac{a}{2}$ và chiều cao $h=\frac{SA}{2}=\frac{a\sqrt{6}}{2}$
$V_{MNPQ}=\frac{(MN+PQ).h}{2}=\frac{a^2\sqrt{6}}{2}$.