Câu 6 (2,0 điểm):
Cho hình chóp S.ABC có đáy là tam giác đều cạnh a, , đường cao SO của hình chóp S.ABC có độ dài bằng 2a.
a) Chứng minh rằng .
b) M là điểm thuộc đường cao AH của tam giác ABC (M khác A và H). Mặt phẳng (P) đi qua M và vuông góc với AH cắt hình chóp theo thiết diện. Tìm vị trí của M để diện tích thiết diện lớn nhất.

Câu 6 (2,0 điểm):
Cho hình chóp S.ABC có đáy là tam giác đều cạnh a, , đường cao SO của hình chóp S.ABC có độ dài bằng 2a.
a) Chứng minh rằng .
b) M là điểm thuộc đường cao AH của tam giác ABC (M khác A và H). Mặt phẳng (P) đi qua M và vuông góc với AH cắt hình chóp theo thiết diện. Tìm vị trí của M để diện tích thiết diện lớn nhất.

Cho hình chóp S.ABC có đáy là tam giác đều cạnh a, , đường cao SO của hình chóp S.ABC có độ dài bằng 2a.
a) Chứng minh rằng .
b) M là điểm thuộc đường cao AH của tam giác ABC (M khác A và H). Mặt phẳng (P) đi qua M và vuông góc với AH cắt hình chóp theo thiết diện. Tìm vị trí của M để diện tích thiết diện lớn nhất.

Đáp án chính thức: Tự luận
Hướng dẫn giải chi tiết
a) Từ O là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác => O cũng là trực tâm tam giác OA vuông góc BC (1).
Mà SO vuông góc với (ACB) nên SO vuông góc với BC (2).
Từ (1) và (2) suy ra BC vuông góc với (OSA).
Vậy BC vuông góc với SA.
b) Vì (P) đi qua M và vuông góc với AH nên (P) song song hoặc chứa AH. Do đó: Giao tuyến (P) với (SAH) song song hoặc trùng với AH => Gọi giao tuyến là GM. Theo định lí giao tuyến thì (P), (SCB), (ABC) đôi một cắt nhau nên giao tuyến EF (qua G) // BC // IJ (qua M).
Chú ý: Vẽ đúng hình cả hai trường hợp thiết diện là tam giác và tính đúng cho 0,5 điểm, hình thang cân và tính đúng cho 0,5 điểm.
Đặt , ; ; .
TH1. Nếu thì thiết diện là tam giác KIJ. Thiết diện có diện tích lớn nhất, khi hay .
TH2. Nếu thì thiết diện là hình thang IJEF.
Ta có: .
.
.
Khi đó, diện tích thiết diện IJEF là
(BDT Cô-si).
Vậy diện tích thiết diện lớn nhất là khi .
Kết hợp các trường hợp, diện tích thiết diện lớn nhất là khi .
Mà SO vuông góc với (ACB) nên SO vuông góc với BC (2).
Từ (1) và (2) suy ra BC vuông góc với (OSA).
Vậy BC vuông góc với SA.
b) Vì (P) đi qua M và vuông góc với AH nên (P) song song hoặc chứa AH. Do đó: Giao tuyến (P) với (SAH) song song hoặc trùng với AH => Gọi giao tuyến là GM. Theo định lí giao tuyến thì (P), (SCB), (ABC) đôi một cắt nhau nên giao tuyến EF (qua G) // BC // IJ (qua M).
Chú ý: Vẽ đúng hình cả hai trường hợp thiết diện là tam giác và tính đúng cho 0,5 điểm, hình thang cân và tính đúng cho 0,5 điểm.
Đặt , ; ; .
TH1. Nếu thì thiết diện là tam giác KIJ. Thiết diện có diện tích lớn nhất, khi hay .
TH2. Nếu thì thiết diện là hình thang IJEF.
Ta có: .
.
.
Khi đó, diện tích thiết diện IJEF là
(BDT Cô-si).
Vậy diện tích thiết diện lớn nhất là khi .
Kết hợp các trường hợp, diện tích thiết diện lớn nhất là khi .