Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình chữ nhật. Biết rằng cạnh AB = a, AD = 2a, cạnh bên SA = 2a và vuông góc với mặt đáy. Gọi M, N lần lượt là trung điểm của các cạnh SB, SD. Khi đó:

a) Hai vectơ \(\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {CD} \) là hai vectơ cùng phương, cùng hướng.

b) Góc giữa hai vectơ \(\overrightarrow {SC} \) và \(\overrightarrow {AC} \) bằng 60°.

c) Tích vô hướng \(\overrightarrow {AM} .\overrightarrow {AB}  = \frac{{{a^2}}}{2}\).

d) Độ dài của vectơ \(\overrightarrow {AM}  - \overrightarrow {AN} \) là \(\frac{{a\sqrt 3 }}{2}\).

a) Ta có \[ABCD\] là hình vuông nên \(\overrightarrow {AC} = \overrightarrow {AB} + \overrightarrow {AD} \) ( qui tắc hình bình hành) suy ra\(\overrightarrow {AC} - \overrightarrow {AB} = \overrightarrow {AD} \).

b) Do \[G\]là trọng tâm tam giác \[SBD\] nên

\(\overrightarrow {GS} + \overrightarrow {GB} + \overrightarrow {GD} = \overrightarrow 0 \Rightarrow \left( {\overrightarrow {GA} + \overrightarrow {AS} } \right) + \left( {\overrightarrow {GA} + \overrightarrow {AB} } \right) + \left( {\overrightarrow {GA} + \overrightarrow {AD} } \right) = \overrightarrow 0 \)

\( \Rightarrow \overrightarrow {AS} + \overrightarrow {AB} + \overrightarrow {AD} = 3\overrightarrow {AG} .\)

c) Ta có\[ABCD\] là hình vuông nên \(AC \bot BD \Rightarrow \overrightarrow {AC} .\overrightarrow {BD} = 0 \Rightarrow 2\overrightarrow {{\rm{IJ}}} .\overrightarrow {BD} = 0 \Rightarrow \overrightarrow {{\rm{IJ}}} .\overrightarrow {BD} = 0\).

d) Do \[G\]là trọng tâm tam giác \[SBD\] nên

\(\overrightarrow {AS} + \overrightarrow {AB} + \overrightarrow {AD} = 3\overrightarrow {AG} \)\({\left( {3\overrightarrow {AG} } \right)^2} = {\left( {\overrightarrow {AS} + \overrightarrow {AB} + \overrightarrow {AD} } \right)^2} \Rightarrow 9A{G^2} = A{S^2} + A{B^2} + A{D^2} + 2\overrightarrow {AS} \overrightarrow {AB} + 2\overrightarrow {AS} \overrightarrow {AD} + 2\overrightarrow {AD} \overrightarrow {AB} \;\left( 1 \right)\).

Vì \(SA\)vuông góc với mặt phẳng \((ABCD)\) nên\(\left\{ \begin{array}{l}SA \bot AB\\SA \bot AD\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}\overrightarrow {SA} .\overrightarrow {AD} = 0\\\overrightarrow {SA} .\overrightarrow {AB} = 0\end{array} \right.\;\left( 2 \right)\).

\[ABCD\] là hình vuông nên \(\overrightarrow {AB} .\overrightarrow {AD} = 0\left( 3 \right)\).

Từ \[\left( 1 \right);\left( 2 \right);\left( 3 \right)\] ta được \(9A{G^2} = A{S^2} + A{B^2} + A{D^2}.\)

Đáp án: a) Đúng; b) Sai; c) Sai; d) Sai.

Ta có \(\left( {\overrightarrow {SC} ,\overrightarrow {CA} } \right) = 180^\circ - 45^\circ = 135^\circ \); \(AC = \sqrt {{3^2} + {1^2}} = \sqrt {10} \).

Tam giác SAC vuông tại A, có \(SC = \frac{{AC}}{{\cos 45^\circ }} = \frac{{\sqrt {10} }}{{\frac{{\sqrt 2 }}{2}}} = 2\sqrt 5 \).

Ta có \(\overrightarrow {SC} .\overrightarrow {CA} = \left| {\overrightarrow {SC} } \right|.\left| {\overrightarrow {CA} } \right|.\cos \left( {\overrightarrow {SC} ,\overrightarrow {CA} } \right) = 2\sqrt 5 .\sqrt {10} .\cos 135^\circ = 2\sqrt 5 .\sqrt {10} .\left( {\frac{{ - \sqrt 2 }}{2}} \right) = - 10\).

Trả lời: −10.