Trong một bể hình lập phương cạnh 1 m có chứa một ít nước. Người ta đặt đáy bể nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang. Biết rằng, lúc đó mặt nước có dạng hình bình hành ABCD và khoảng cách từ các điểm A, B, C đến đáy bể tương ứng là \(40\;{\rm{cm}},44\;{\rm{cm}},48\;{\rm{cm}}\).

a) Khoảng cách từ điểm \(D\) đến đáy bể bằng bao nhiêu centimét? (Tính gần đúng, lấy giá trị nguyên.)

b) Đáy bể nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc bao nhiêu độ?

Gọi O là giao điểm của AC và BD . Suy ra O là trung điếm của \({\rm{AC}},{\rm{BD}}\).

Vì các tam giác SAC, SBD đều cân tại S, SO là trung tuyến nên SO đồng thời là đường cao.

Suy ra \(SO \bot AC\), \(SO \bot BD\) nên \(SO \bot (ABCD)\).

Chọn hệ tọa độ như hình vẽ.

Vi ABCD là hình vuông cạnh 230 m nên \({\rm{OA}} = {\rm{OB}} = {\rm{OC}} = {\rm{OD}} = 115\sqrt 2 \).

Xét tam giác SOB vuông tại \(O\), có \(SO = \sqrt {S{B^2} - O{B^2}}  = \sqrt {{{219}^2} - {{(115\sqrt 2 )}^2}}  = 7\sqrt {439} \)

Ta có \(A( - 115\sqrt 2 ;0;0),B(0; - 115\sqrt 2 ;0),C(115\sqrt 2 ;0;0),S(0;0;7\sqrt {439} )\)

Ta có \(\overrightarrow {SA}  = ( - 115\sqrt 2 ;0; - 7\sqrt {439} ),\overrightarrow {SB}  = (0; - 115\sqrt 2 ; - 7\sqrt {439} )\),

\(\begin{array}{l}\overrightarrow {SC}  = (115\sqrt 2 ;0; - 7\sqrt {439} )\\{\rm{Ta c\'o  }}[\overrightarrow {SA} ,\overrightarrow {SB} ] = \left( {\left| {\begin{array}{*{20}{c}}0&{ - 7\sqrt {439} }\\{ - 115\sqrt 2 }&{ - 7\sqrt {439} }\end{array}} \right|,\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 7\sqrt {439} }&{ - 115\sqrt 2 }\\{ - 7\sqrt {439} }&0\end{array}} \right|,\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 115\sqrt 2 }&0\\0&{ - 115\sqrt 2 }\end{array}} \right|} \right)\\ = ( - 805\sqrt {878} ; - 805\sqrt {878} ;26450)\end{array}\)

\([\overrightarrow {SB} ,\overrightarrow {SC} ] = \left( {\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 115\sqrt 2 }&{ - 7\sqrt {439} }\\0&{ - 7\sqrt {439} }\end{array}} \right|,\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 7\sqrt {439} }&0\\{ - 7\sqrt {439} }&{115\sqrt 2 }\end{array}} \right|,\left| {\begin{array}{*{20}{c}}0&{ - 115\sqrt 2 }\\{115\sqrt 2 }&0\end{array}} \right|} \right) = (805\sqrt {878} ; - 805\sqrt {878} ;26450)\)

Mặt phắng (SAB) nhận \(\vec n = \frac{1}{5}[\overrightarrow {SA} ,\overrightarrow {SB} ] = ( - 161\sqrt {878} ; - 161\sqrt {878} ;5290)\) làm vectơ pháp tuyến.

Mặt phắng (SBC) nhận \(\overrightarrow {{n^\prime }}  = \frac{1}{5}[\overrightarrow {SB} ,\overrightarrow {SC} ] = (161\sqrt {878} ; - 161\sqrt {878} ;5290)\) làm vectơ pháp tuyến.

Do đó

\(\begin{array}{l}\cos ((SAB),(SBC)) = \frac{{\left| { - {{(161\sqrt {878} )}^2} + {{(161\sqrt {878} )}^2} + {{5290}^2}} \right|}}{{\sqrt {{{( - 161\sqrt {878} )}^2} + {{( - 161\sqrt {878} )}^2} + {{5290}^2}}  \cdot \sqrt {{{(161\sqrt {878} )}^2} + {{( - 161\sqrt {878} )}^2} + {{5290}^2}} }}\\ = \frac{{{{5290}^2}}}{{{{(161\sqrt {878} )}^2} + {{( - 161\sqrt {878} )}^2} + {{5290}^2}}} \approx 0,3807\end{array}\)

a) Phương trình chính tắc của đường cáp là: \(\frac{{x - 10}}{2} = \frac{{y - 3}}{{ - 2}} = \frac{z}{1}\).

b) Do tốc độ chuyển động của cabin là \(4,5\;{\rm{m}}/{\rm{s}}\) nên độ dài AM bằng \(4,5t(\;{\rm{m}})\). Vì vậy \(|\overrightarrow {AM} | = 4,5t(t \ge 0)\).

Do hai vectơ \(\overrightarrow {AM} \) và \(\vec u\) là cùng phương và cùng hướng nên \(\overrightarrow {AM}  = k\vec u\) với \(k\) là số thực dương nào đó. Suy ra: \(|\overrightarrow {AM} | = k|\vec u| = k \cdot \sqrt {{2^2} + {{( - 2)}^2} + 1}  = 3k\). Do đó \(3k = 4,5t\). Suy ra \(k = \frac{{3t}}{2}\). Vì thế, ta có: \(\overrightarrow {AM}  = \frac{{3t}}{2}\vec u = \left( {3t; - 3t;\frac{{3t}}{2}} \right)\).

Gọi toạ độ của điểm \(M\) là \(\left( {{x_M};{y_M};{z_M}} \right)\).

Do \(\overrightarrow {AM}  = \left( {{x_M} - {x_A};{y_M} - {y_A};{z_M} - {z_A}} \right) = \left( {3t; - 3t;\frac{{3t}}{2}} \right)\) nên \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{x_M} = 3t + {x_A}}\\{{y_M} =  - 3t + {y_A}}\\{{z_M} = \frac{{3t}}{2} + {z_A}}\end{array} \Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{{x_M} = 3t + 10}\\{{y_M} =  - 3t + 3}\\{{z_M} = \frac{{3t}}{2}.}\end{array}} \right.} \right.\)

Vậy điểm \(M\) có toạ độ là \(\left( {3t + 10; - 3t + 3;\frac{{3t}}{2}} \right)\).

c) Do \({x_B} = 550\) nên \(3t + 10 = 550\), tức là \(t = 180\) (s). Do đó, ta có điểm \(B(550; - 537;270)\).

Vậy \(AB = \sqrt {{{(550 - 10)}^2} + {{( - 537 - 3)}^2} + {{(270 - 0)}^2}}  = \sqrt {656100}  = 810(\;{\rm{m}})\).