Khoảng cách giữa 2 đường thẳng chéo nhau: Lý thuyết, cách xác định và các dạng bài tập

Khoảng cách giữa 2 đường thẳng chéo nhau

1. Định nghĩa khoảng cách giữa 2 đường thẳng chéo nhau

Trong không gian tọa đọ Oxyz, có 4 vị trí tương đối của 2 đường thẳng đó là trùng nhau, cắt nhau, chéo nhau và song song. Trong trường hợp 2 đường thẳng chéo nhau, khoảng cách giữa chúng là độ dài đoạn vuông góc chung của 2 đường thẳng. Trong đó, đoạn thẳng nối 2 điểm trên 2 đường thẳng chéo nhau, đồng thời vuông góc với cả 2 đường thẳng đó chính là đoạn vuông góc chung.

Lưu ý, đoạn vuông góc chung của 2 đường thẳng chéo nhau là chỉ có một và tồn tại duy nhất.

2. Phương pháp tính khoảng cách giữa 2 đường thẳng chéo nhau

Để có thể tính được khoảng cách giữa 2 đường thẳng chéo nhau thì chúng ta có thể sử dụng một trong các cách dưới đây:

Phương pháp 1: Dựng đoạn vuông góc chung MN của a và b, khi đó d (a,b) = MN.

Tuy nhiên, khi dựng đoạn vuông góc chung MN, chúng ta có thể sẽ gặp phải các trường hợp sau:

- Trường hợp 1: ∆ và ∆’ vừa chéo vừa vuông góc với nhau

Khi gặp trường hợp này, chúng ta sẽ làm như sau:

• Bước 1: Chọn mặt phẳng (α) chứa ∆’ và vuông góc với ∆ tại I
• Bước 2: Trong mặt phẳng (α) kẻ đường thẳng IJ vuông góc với ∆’

Khi đó IJ chính là đoạn vuông góc chung và d (∆, ∆’) = IJ.

- Trường hợp 2: ∆ và ∆’ chéo nhau mà không vuông góc với nhau

• Bước 1: Bạn chọn một mặt phẳng (α) chứa ∆’ và song song với ∆
• Bước 2: Bạn dựng d là hình chiếu vuông góc của ∆ xuống (α) bằng cách lấy điểm M thuộc ∆ dựng đoạn MN vuông góc với (α) . Khi đó, d sẽ là đường thẳng đi qua N và song song với ∆
• Bước 3: Bạn gọi H là giao điểm của đường thẳng d với ∆’, dựng HK // MN

Khi đó, HK chính là đoạn vuông góc chung và d (∆, ∆’) = HK = MN.

Hoặc bạn làm như sau:

• Bước 1: Chọn mặt phẳng (α) vuông góc với ∆ tại I
• Bước 2: Bạn tìm hình chiếu d của ∆’ xuống mặt phẳng (α)
• Bước 3: Trong mặt phẳng (α), dựng IJ vuông góc với d, từ J bạn dựng đường thẳng song song với ∆ và cắt ∆’ tại H, từ H dựng HM // IJ

Khi đó, HM chính là đoạn vuông góc chung và d (∆, ∆’) = HM = IJ.

Phương pháp 2: Chọn mặt phẳng (α) chứa đường thẳng ∆ và song song với ∆’. Khi đó, d (∆, ∆’) = d (∆’, (α)).

Phương pháp 3: Dựng 2 mặt phẳng song song và lần lượt chứa 2 đường thẳng. Khoảng cách giữa 2 mặt phẳng đó chính là khoảng cách giữa 2 đường thẳng cần tìm.

Lưu ý: Phương pháp này thường sử dụng trong trường hợp khi kẻ đường thẳng song song với 1 trong 2 đường đề bài cho ban đầu gặp khó khăn.

Phương pháp 4: Sử dụng phương pháp vec tơ

* MN là đoạn vuông góc chung của AB và CD khi và chỉ khi:

* Nếu trong mặt phẳng (α) có hai véc tơ không cùng phương thì:

3. Bài tập vận dụng

4. Bài tập tự luyện

Bài 1. Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông tâm O, SA vuông góc với đáy ABCD. Gọi K, H theo thứ tự là hình chiếu vuông góc của A và O lên SD. Chọn khẳng định đúng trong các khẳng định sau?

A.Đoạn vuông góc chung của AC và SD là AK;

B.Đoạn vuông góc chung của AC và SD là CD;

C.Đoạn vuông góc chung của AC và SD là OH;

D.Các khẳng định trên đều sai.

Bài 2. Cho tứ diện đều ABCD có cạnh bằng a. Tính khoảng cách giữa AB và CD.

A. $\frac{a\sqrt{3}}{2}$ ;

B. $\frac{a\sqrt{2}}{3}$;

C. $\frac{a\sqrt{2}}{2}$;

D. $\frac{a\sqrt{3}}{3}$.

Bài 3. Cho hình chóp S.ABCD có SA $\perp$ (ABCD), đáy ABCD là hình chữ nhật với $AC=a\sqrt{5}$ và $BC=a\sqrt{2}$ . Tính khoảng cách giữa SD và BC.

A. $\frac{3a}{4}$ ;

B. $\frac{2a}{3}$;

C. $\frac{a\sqrt{3}}{2}$;

D. $a\sqrt{3}$.

Bài 4. Cho hình lập phương ABCD.A'B'C'D' có cạnh bằng a. Khoảng cách giữa BB' và AC bằng:

A. $\frac{a}{2}$ ;

B. $\frac{a}{3}$;

C. $\frac{a\sqrt{2}}{2}$;

D. $\frac{a\sqrt{3}}{3}$.

Bài 5. Cho hình lập phương ABCD.A'B'C'D' có cạnh bằng 1. Khoảng cách giữa AA' và BD' bằng:

A. $\frac{\sqrt{3}}{3}$ ;

B. $\frac{\sqrt{2}}{2}$ ;

C. $\frac{2\sqrt{2}}{5}$;

D. $\frac{3\sqrt{5}}{7}$.

Bài 6. Cho khối lập phương ABCD.A'B'C'D'. Đoạn vuông góc chung của hai đường thẳng chéo nhau AD và A'C' là:

A. AA';

B. BD;

C. DA';

D. DD'.

Bài 7. Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình vuông cạnh a. Đường thẳng SA vuông góc với mặt phẳng đáy, SA = a. Khoảng cách giữa hai đường thẳng SB và CD nhận giá trị nào trong các giá trị sau?

A. a;

B. $a\sqrt{2}$ ;

C. $a\sqrt{3}$ ;

D. 2a.

Bài 8. Cho tứ diện OABC trong đó OA, OB, OC đôi một vuông góc với nhau, OA = OB = OC = a. Gọi I là trung điểm BC. Khoảng cách giữa AI và OC bằng bao nhiêu?

A. a;

B. $\frac{a}{\sqrt{5}}$ ;

C. $\frac{a\sqrt{3}}{2}$ ;

D. $\frac{a}{2}$ .

Bài 9. Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình thang vuông tại A và B, AB = BC = a, AD = 2a, SA vuông góc với mặt đáy và SA = a. Tính khoảng cách giữa SB và CD.

A. $\frac{a\sqrt{2}}{4}$ ;

B. $\frac{a}{2}$ ;

C. $\frac{a\sqrt{3}}{3}$ ;

D. $\frac{a\sqrt{2}}{2}$ .

Bài 10. Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD có cạnh đáy bằng a và chiều cao bằng h. Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau SA và BD.

A. $\frac{ah}{\sqrt{3a^2+h^2}}$ ;

B. $\frac{ah}{\sqrt{a^2+h^2}}$ ;

C. $\frac{ah}{\sqrt{2a^2+h^2}}$ ;

D. $\frac{ah}{\sqrt{a^2+2h^2}}$ .