Cho tứ diện đều \[ABCD\] có cạnh bằng \[4\]. Tính giá trị tích vô hướng \[\overrightarrow {AB} \left( {\overrightarrow {AB}  - \overrightarrow {CA} } \right)\].

Vì M là trung điểm của BB' nên ta có:

\(2\overrightarrow {AM}  = \overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AB'}  = \overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AA'}  + \overrightarrow {A'B'}  = 2\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AA'} \) \( \Rightarrow \overrightarrow {AM}  = \overrightarrow {AB}  + \frac{1}{2}\overrightarrow {AA'} \).

a) Ta có \(\overrightarrow {AA'} \) cùng phương với \(\overrightarrow {CM} \) và \(AA' = \frac{3}{2}CM\), suy ra \(\overrightarrow {AA'}  = \frac{3}{2}\overrightarrow {CM} \).

b) Do \(\overrightarrow {AC} \) cùng phương với \(\overrightarrow {A'C'} \), suy ra \(\left( {\overrightarrow {AM} ,\overrightarrow {A'C'} } \right) = \left( {\overrightarrow {AM} ,\overrightarrow {AC} } \right) = \widehat {CAM}\),

suy ra \(\cos \left( {\overrightarrow {AM} ,\overrightarrow {A'C'} } \right) = \cos \widehat {CAM} = \frac{{AC}}{{AM}} = \frac{{\sqrt 5 }}{3}\).

c) Ta có \(\overrightarrow {AM}  = \overrightarrow {AC}  + \overrightarrow {CM}  = \overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AD}  + \frac{2}{3}\overrightarrow {AA'} \).

d) Ta có \(\overrightarrow {B'D}  = \overrightarrow {AD}  - \overrightarrow {AB'}  = \overrightarrow {AD}  - \left( {\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AA'} } \right) =  - \overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AD}  - \overrightarrow {AA'} \).

Do đó \(\overrightarrow {AM} .\overrightarrow {B'D}  = \left( {\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AD}  + \frac{2}{3}\overrightarrow {AA'} } \right).\left( { - \overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AD}  - \overrightarrow {AA'} } \right)\)

\( =  - A{B^2} + A{D^2} - \frac{2}{3}A{A'^2} =  - 1 + 4 - 6 =  - 3\).