Cho hình chóp \(S.ABCD\) có đáy là hình thang cân với \(AB = 2a;\,BC = CD = DA = a\). \(SA\) vuông góc với mặt phẳng đáy, \(SC\) tạo với đáy một góc \({60^o}\). Mặt phẳng (P) đi qua \(A\), vuông góc \(SB\) và cắt các cạnh \(SB,\,\,SC,\,SD\) lần lượt tại \(M,\,N,\,P\). Tính thể tích khối đa diện \(ABCDMNP\).

Lời giải

Do là\(ABCD\) hình thang cân\(AB = 2a;\,BC = CD = DA = a\).

Ta có \(AC = DB = a\sqrt 3 \).\(AC \bot BC;\,\,AD \bot DB\).

Do \(\widehat {\left( {SC,(ABCD)} \right)} = \widehat {\left( {SC,AC} \right)} = {60^o}\,\, \Rightarrow SA = 3a\).

Do\(\left( P \right) \bot SB\). Do\(AC \bot BC;\,\,AD \bot DB\) ta chứng minh được \(AM \bot SB\), \(AN \bot SC,\,\,AP \bot SD\).

Có \(\frac{{SM}}{{SB}} = \frac{{S{A^2}}}{{S{B^2}}} = \frac{9}{{13}}\); \(\frac{{SN}}{{SC}} = \frac{{S{A^2}}}{{S{C^2}}} = \frac{3}{4}\); \(\frac{{SP}}{{SD}} = \frac{{S{A^2}}}{{S{D^2}}} = \frac{9}{{10}}\).

Ta tính được \({V_{S.ACD}} = \frac{{{a^3}\sqrt 3 }}{4}\);\({V_{S.ABC}} = \frac{{{a^3}\sqrt 3 }}{2}\).

Có \(\frac{{{V_{SAMN}}}}{{{V_{S.ABC}}}} = \frac{{SM}}{{SB}}.\frac{{SN}}{{SC}} = \frac{{27}}{{52}}\); \({V_{S.AMN}} = \frac{{27{a^3}\sqrt 3 }}{{104}}\); \(\frac{{{V_{SANP}}}}{{{V_{S.ACD}}}} = \frac{{SP}}{{SD}}.\frac{{SN}}{{SC}} = \frac{{27}}{{40}}\); \({V_{S.ANP}} = \frac{{27{a^3}\sqrt 3 }}{{160}}\).

\[{V_{S.AMNP}} = \frac{{891}}{{2080}}{a^3}\sqrt 3 \]\( \Rightarrow {V_{MNP.ABCD}} = \frac{{669{a^3}\sqrt 3 }}{{2080}}\).