Giải Luyện tập 11 trang 58 SGK Toán 12
Đề bài
Cho hình lập phương $ABCD.A'B'C'D'$. Chứng minh rằng $\overrightarrow{A'C} \cdot \overrightarrow{B'D'} = 0$.
Lời giải
Đặt hệ vectơ cơ sở. Vì $ABCD.A'B'C'D'$ là hình lập phương nên ba vectơ $\overrightarrow{AB},\ \overrightarrow{AD},\ \overrightarrow{AA'}$ đôi một vuông góc và có cùng độ dài bằng cạnh hình lập phương $a$. Do đó:
$$\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AD}\cdot\overrightarrow{AA'}=\overrightarrow{AA'}\cdot\overrightarrow{AB}=0,\qquad |\overrightarrow{AB}|=|\overrightarrow{AD}|=|\overrightarrow{AA'}|=a.$$
Phân tích các vectơ cần xét theo cơ sở đó.
$$\overrightarrow{A'C}=\overrightarrow{A'A}+\overrightarrow{AC}=\overrightarrow{A'A}+\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}-\overrightarrow{AA'}.$$
$$\overrightarrow{B'D'}=\overrightarrow{B'A'}+\overrightarrow{A'D'}=-\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{AD}-\overrightarrow{AB}.$$
(Ở đây dùng $\overrightarrow{A'D'}=\overrightarrow{AD}$ và $\overrightarrow{B'A'}=\overrightarrow{BA}=-\overrightarrow{AB}$.)
Tính tích vô hướng.
$$\overrightarrow{A'C}\cdot\overrightarrow{B'D'}=\big(\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}-\overrightarrow{AA'}\big)\cdot\big(\overrightarrow{AD}-\overrightarrow{AB}\big).$$
Khai triển và dùng các tích vô hướng bằng $0$ ở trên:
$$=\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{AD}-\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{AD}\cdot\overrightarrow{AD}-\overrightarrow{AD}\cdot\overrightarrow{AB}-\overrightarrow{AA'}\cdot\overrightarrow{AD}+\overrightarrow{AA'}\cdot\overrightarrow{AB}$$
$$=0-|\overrightarrow{AB}|^{2}+|\overrightarrow{AD}|^{2}-0-0+0=-a^{2}+a^{2}=0.$$
Vậy $\overrightarrow{A'C}\cdot\overrightarrow{B'D'}=0$ (đpcm). Điều này cũng cho thấy $A'C\perp B'D'$.
Đáp số
Lời giải do Thư viện nhà trường biên soạn, giải và kiểm chéo độc lập theo SGK 2026-2027.
