Sáng kiến kinh nghiệm Một số phương pháp giải toán hình học không gian ở trường THPT

 1. MỤC LỤC
 - Đối tượng nghiên cứu.............. 1
- Mục đích nghiên cứu ................ 1
- Đối tượng nghiên cứu.................... 1
-Phương pháp nghiên cứu.................... 1
 2. NỘI DUNG 2 
2.1. Cơ sở lí luận................... 2
2.1.1. Vài nét về sự hình thành vec tơ và tọa độ.................. 2
2.1.2. Căn cứ vào bản chất hình học............... 2
2.2. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm .............. 3
2.3. Thực hành giải một số dạng bài toán hình học không gian ................... 3
 thông qua 3 phương pháp giải khác nhau.
2.3.1. Các bài toán về tính thẳng hàng............... 3
2.3.2. Các bài toán về quan hệ song song.............. 6
2.3.3.Các bài toán về quan hệ vuông góc.............. 10
2.3.4. Các bài toán về tính khoảng cách.................. 13
2.3.5. Các bài toán về tính góc................ 16
2.4. Thực nghiệm sư phạm.............. 18
 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 20
Tài liệu tham khảo 
Phụ lục
1. MỞ ĐẦU
 -LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
 Việc tổ chức dạy học các kiến thức hình học bằng các phương pháp khác nhau nhằm tạo ra cho học sinh tính linh hoạt, đa dạng khi tiếp cận một bài toán hình học.
 Thực trạng hiện nay, tại trường THPT việc học hình học với một bộ phận học sinh là điều miễn cưỡng, môn hình chỉ đưa lại say mê với số ít học sinh khá và giỏi thì việc tạo ra cho các em hứng thú trong học hình bằng các cách tiếp cận đối với một bài toán bằng các phương pháp khác nhau là một việc nên làm. Điều đó sẽ góp phần làm cho các em nắm vững kiến thức hình học,hiểu được bản chất các đối tượng hình học trong chương trình phỏ thông.
 Hình học không gian chiếm một vị trí quan trọng trong chương trình toán cấp THPT, do vậy việc tìm kiếm các con đường tổ chức dạy học cho phần hình học không gian luôn được nhiều người quan tâm. Đặc biệt, hiện nay với những tiện ích do việc sử dụng phương tiện dạy học hiện đại đưa lại, giáo viên có thể trình chiếu và nhanh chóng phân tích, so sánh những phương pháp giải khác nhau cho một bài toán cụ thể trong một đơn vị thời gian nhất định, cách làm này đã tạo được ấn tượng rất tốt và thực sự có hiệu quả đối với học sinh.
Vì vậy tôi chọn đề tài:
 ‘’ Một số phương pháp giải toán hình học không gian ở trường THPT’’ 
- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
 Mục đích nghiên cứu của đề tài là xây dựng hệ thống các dạng bài tập hình học không gian giải bằng các phương pháp khác nhau từ đó giúp cho học sinh tiếp cận hình học và giải toán hình học một cách dễ hơn.
-ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
 Xây dựng cơ sở lý luận và thực tiễn của việc rèn luyện năng lực chuyển đổi của ba phương pháp.
 Xây dựng hệ thống các dạng bài tập hình học không gian giải bằng các phương pháp khác nhau.
-PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 Nghiên cứu các tài liệu về phương pháp giảng dạy toán, sách giáo khoa, sách giáo viên về chương trình hình học ở cấp THPT; Điều tra tìm hiểu, khảo sát thực tế và thu thập thông tin.
 Tìm hiểu về việc dạy và học hình học ở trường THPT Hàm Rồng theo các chủ đề: hình học tổng hợp,vec tơ và toạ độ.
Đối chiếu kết quả kiểm tra ở 2 lớp thuộc khối 12 trường THPT Hàm Rồng
 2. NỘI DUNG
2.1. CƠ SỞ LÍ LUẬN
 2.1.1 Vài nét về sự hình thành kiến thức vec tơ và toạ độ.
 Phương pháp toạ độ đã có nguồn gốc trong lịch sử cổ đại. Các nhà thiên văn học Hy lạp(Hippocrates thế kỷ II-TCN,Ptolemaeus thế kỷ II ) đã dùng các toạ độ cầu (vĩ độ và kinh độ)để xác định các điểm khác nhau trên trái đất, tuy nhiên sự phát triển của phương pháp toán học này đã bị kìm hãm do chưa có ký hiệu bằng chữ và quan niệm tổng quát về số.
 Việc không có những phương pháp toán học tổng quát để giải các bài toán và chứng minh một số định lý hình học là một hạn chế rất lớn của hình học sơ cấp.Trong vật lý, cơ học, kỹ thuật ... người ta thấy hạn chế này một cách sâu sắc khi gặp những đường, những mặt phức tạp như đường Parabol, đường hypecbol, đường elip..., mặt Paraboloit, mặt Hypecboloit,....Cho đến thế kỷ XVII, nhà toán học Đêcac(R.Descartes)(1596-1650) đã sáng lập ra môn hình học giải tích một cách độc lập với Phecma(P.Fermat)(1601-1665). Hai ông đã cống hiến cho khoa học một phương pháp mới – phương pháp toạ độ làm cơ sở cho hình học giải tích, môn học đã dùng hệ toạ độ để chuyển những hình ảnh của hình học về ngôn ngữ của đại số.
 Có thể nói, sự ra đời của khái niệm toạ độ và sau đó là khái niệm vec tơ đã góp phần thúc đẩy sự phát triển của lý thuyết toán học và sự ứng dụng của toán học vào thực tế đời sống.
 2.1.2 Căn cứ vào bản chất toán học của kiến thức hình học.
 Một nội dung,một khái niệm toán học có thể diễn đạt theo ngôn ngữ,ký hiệu khác nhau.Chẳng hạn:
 + Khái niệm: “M là trung điểm của đoạn thẳng AB”
 (theo ngôn ngữ tổng hợp)
 ( theo ngôn ngữ vec tơ)
 (theo ngôn ngữ toạ độ)
 + Khái niệm: “đường thẳng AB”
 ( theo ngôn ngữ vec tơ)
 (theo ngôn ngữ toạ độ)
 Như vậy,một khái niệm toán học có thể có những vỏ ngôn ngữ khác nhau và ta có thể dựa vào mỗi cách diễn đạt theo các ngôn ngữ khác nhau ấy mà định hướng để tìm ra các phương pháp khác nhau để giải quyết bài toán hình học. Chẳng hạn,dựa vào cách diễn đạt khái niệm:”Hai mặt phẳng vuông góc với nhau trong không gian” ta sẽ định hướng cách chứng minh hai mặt phẳng vuông góc:
 1/ Theo ngôn ngữ tổng hợp: Để chứng minh hai mặt phẳng vuông góc với nhau,ta chứng minh góc giữa hai mặt phẳng đó bằng 900.
 2/ Theo ngôn ngữ vec tơ: Để chứng minh hai mặt phẳng vuông góc với nhau,ta chứng minh tích vô hướng (qua phép biến đổi) của hai vec tơ pháp tuyến của hai mặt phẳng bằng 0.
 3/ Theo ngôn ngữ toạ độ:Để chứng minh hai mặt phẳng A1x + B1y + C1z + D1 = 0 và A2x + B2y + C+C2z + D2 = 0 vuông góc với nhau, ta chứng minh biểu thức toạ độ của tích vô hướng hai vec tơ pháp tuyến của hai mặt phẳng bằng 0.
 A1.A2 + B1.B2 + C1.C2 = 0
 2.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
 Trươc khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm tôi nhận thấy việc học sinh THPT ( cụ thể học sinh các lớp 12) khi giải một bài toán hình học không gian thường rất lúng túng, làm bài rất chậm, các đối tượng học sinh trung bình trở xuống thường không làm được các bài hình. 
 2.3. THỰC HÀNH GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN HÌNH HỌC KHÔNG GIAN THÔNG QUA VIỆC KHAI THÁC CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU.
 2.3.1. CÁC BÀI TOÁN VỀ TÍNH THẲNG HÀNG
 Dạng toán 1: Chứng minh ba điểm thẳng hàng
* Phương pháp tổng hợp: Để chứng minh ba điểm A,B,C thẳng hàng ta có thể sử dụng một trong các hướng sau:
 + Chứng minh A,B,C cùng thuộc hai mặt phẳng khác nhau nào đó
 + Chứng minh AB và AC cùng song song với một đường thẳng nào đó...
* Phương pháp vec tơ
 + Chứng minh 
 + Chứng minh với điểm O tuỳ ý có: 
 + Chứng minh với điểm O tuỳ ý có: 
* Phương pháp toạ độ Chọn hệ trục toạ độ Oxyz
+ Biểu thị toạ độ A,B,C theo hệ toạ độ đã chọn: A(xA;yA;zA), B(xB;yB;zB) ,C(xC;yC;zC)
+ Tính toạ độ của , 
+ Chỉ ra sự tồn tại sao cho 
Hoặc thay toạ độ cuả điểm C vào phương trình đường thẳng AB thấy thoả mãn
Ví dụ 1:Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A1B1C1D1. Gọi G là trọng tâm tam giác 
A1BD. Chứng minh rằng A,G,C1 thẳng hàng.
Lời giải
* Phương pháp tổng hợp: Chứng minh A,G,C1 cùng thuộc hai mặt phẳng khác nhau.
Ta có: nên .
Vậy .
Mặt khác nên.
Vậy .
Từ trên suy ra ba điểm A,G,C1 thẳng hàng
A
O
I
C
B
A1
G
B1
C1
D1
D

Phương pháp vec tơ. Quy trình giải bài toán gồm:
+ Bước 1: Chọn hệ vec tơ gốc,biểu diễn các dữ kiện của bài toán sang ngôn ngữ vec tơ:
 - Chọn hệ vec tơ gốc .Theo bài ra, G là trọng tâm tam giác A1BD nên .
 - Để chứng minh rằng A,G,C1 thẳng hàng, ta chứng minh 
+ Bước 2: Biến đổi các biểu thức vec tơ phù hợp với yêu cầu bài toán.
Ta có: , 
 == 
+ Bước 3: Chuyển kết luận ra ngôn ngữ hình học tổng hợp
 Như vậy,ta có:hay A,G,C1 thẳng hàng.
* Phương pháp toạ độ: Quy trình giải bài toán gồm:
+ Bước 1: Chọn hệ toạ độ,chuyễn các dữ kiện bài toán sang ngôn ngữ toạ độ
Chọn hệ trục toạ độ Oxyz sao cho: O, .Khi đó ta có: A1(0;0;0),D1(a;0;0),B1(0;b;0),A(0;0;c),
B(0;b;c),D(a;0;c),C1(a;b;0).Vì G là trọng tâm tam giác nên: G = .

+ Bước 2: Biến đổi các biểu thức toạ độ.
Ta có: ,
+ Bước 3: Chuyển kết luận ra ngôn ngữ hình học tổng hợp
 hay A,G,C1 thẳng hàng.
Dạng toán 2:Cho ba điểm A,B,C thẳng hàng, từ đó suy ra các tính chất khác.
Ví dụ 2: Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A1B1C1D1. P là điểm trên đường thẳng 
CC1 sao cho , M là một điểm trên đường thẳng AD, N là điểm trên 
đường thẳng BD1 sao cho M,N,P thẳng hàng.Tính .
Lời giải:
Phương pháp tổng hợp: Ta có: .Vì nên MD1// BP, 
do đó MD1D=.....suy ra ...,vậy nên hay 
 từ đó .
* Phương pháp vec tơ. Quy trình giải bài toán gồm: 
+ Bước 1: Chọn hệ vec tơ gốc, biểu diễn các dữ kiện của bài toán sang ngôn ngữ vec tơ: Chọn hệ vec tơ gốc : ,,
Theo giả thiết,ta có: .Vì D,M,A thẳng hàng nên: .
 Vì M,N,P thẳng hàng nên: 
 .
 Vì B,N,D1 thẳng hàng nên: 
A
D
C
B
A1
B1
C1
D1
N
P
+ Bước 2: Biến đổi các biểu thức vec tơ phù hợp với yêu cầu bài toán.
Tacó: (1)
 .
Lại có(2)
Từ (1) và (2)suy ra: .Vậy 
Phương pháp toạ độ: Quy trình giải bài toán gồm:
+ Bước 1: Chọn hệ toạ độ,chuyển các dữ kiện bài toán sang ngôn ngữ toạ độ
Chọn hệ trục toạ độ Oxyz sao cho: C, .
Khi đó: C(0;0;0), B(a;0;0), D(0;b;0),C1(0;0;c) ,D1(0;b;c), D .
+ Bước 2: Biến đổi các biểu thức toạ độ.
Mặt phẳng (BD1P) (chứa N) đi qua B(a;0;0) 
có vec tơ chỉ phương là 
và 
nên có phương trình: 3bcx+acy+2abz-3abc = 0 (3) 
Đường thẳng AD có phương trình: (4)
 do đó M có toạ độ là nghiệm của hệ (3) 
A
M
y
z
x
M
P
N
D1
C1
B1
A1
B
C
D
C1

và (4) nên M=,từ đó có , .
+ Bước 3: Chuyển kết luận ra ngôn ngữ hình học tổng hợp 
 2.3.2 CÁC BÀI TOÁN VỀ QUAN HỆ SONG SONG.
Dạng toán 1: Chứng minh đường thẳng song song với đường thẳng, đường thẳng song song với mặt phẳng, hai mặt phẳng song song.
Phương pháp tổng hợp:
 + Để chứng minh hai đường thẳng a và b song song với nhau,ta chứng minh chúng đồng phẳng rồi áp dụng các cách chứng minh trong hình học phẳng như: tính chất đường trung bình, định lý Talet đảo...hoặc chứng minh hai đường thẳng đó cùng song song với một đường thẳng thứ ba,...
 + Để chứng minh a//(P) ta chứng minh a//b với b
 + Để chứng minh hai mặt phẳng song song với nhau, ta chứng minh mặt phẳng này chứa hai đường thẳg cắt nhau cùng song song với mặt phẳng kia,...
Phương pháp vec tơ, phương pháp toạ độ
 Khi giải bài toán dạng này, ta có thể tiến hành:Chuyển các dữ kiện của bài toán ra ngôn ngữ vec tơ hoặc toạ độ,sau đó biến đổi các đẳng thức vec tơ (hoặc toạ độ) thu được về dạng các đẳng thức vec tơ (hoặc toạ độ) tương đương với các điều kiện song song.
Ví dụ3: Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A1B1C1D1. M là điểm chia đoạn AD theo tỉ số , N là điểm chia đoạn A1C theo tỉ số .Chứng minh: MN//(BC1D).
Lời giải * Phương pháp tổng hợp: 
Đặt O = , I = ,
J = 
Ta có: suy ra Vậy (1).
Mặt khác 
A
D
C
B
A1
B1
C1
D1
N
M
I
J
O

 .Từ (1) và (2) có: hay MN//IJ (), do đó MN//(BC1D).
* Phương pháp vec tơ. Quy trình giải bài toán gồm:
+ Bước 1: Chọn hệ vec tơ gốc, biểu diễn các dữ kiện của bài toán sang ngôn ngữ vec tơ:
Chọn hệ vec tơ gốc : ,, M là điểm chia đoạn AD theo tỉ số ,nên N là điểm chia đoạn A1C theo tỉ số nên, để chứng minh: MN//(BC1D) ta sẽ chứng minh 
+ Bước 2: Biến đổi các biểu thức vec tơ phù hợp với yêu cầu bài toán.
Ta có: ,,=
+ Bước 3: Chuyển kết luận ra ngôn ngữ hình học tổng hợp 
* Phương pháp toạ độ: Quy trình giải bài toán gồm:
+ Bước 1: Chọn hệ toạ độ,chuyển các dữ kiện bài toán sang ngôn ngữ toạ độ.
Chọn hệ trục toạ độ Oxyz sao cho: C, . Giả sử ba kích thước của hình hộp là a,b,c, khiđó: C(0;0;0),B(a;0;0),D(0;b;0),C1(0;0;c), A(a;b;0),A1 . M là điểm chia đoạn AD theo tỉ số ,nên M=(,N=(
A
M
D
C
B
A1
B1
D1
N
P
M
y
z
x

+ Bước 2: Biến đổi các biểu thức toạ độ.
Mặt phẳng (BC1D) có phương trình là: 3 bcx+acy+abz+abc = 0
Đường thẳng MN có vec tơ chi phương .
+ Bước 3: Chuyển kết luận ra ngôn ngữ hình học tổng hợp
Vì nên hay MN//(BC1D)
Dạng toán 2:Cho biết các quan hệ song song,từ đó suy ra các tính chất hình học khác.
Ví dụ 4: Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A1B1C1D1. M là điểm trên đường chéo AC của mặt phẳng (ABCD), N là điểm trên đường chéo thẳng C1D của mặt phẳng (CDD1C1) sao cho MN//BD1. Tính tỉ só .
* Phương pháp tổng hợp: 
Đặt I = , vì và nên 
Ta có: ,
 mặt khác . nên suy ra: do đó DI = CI hay I là trung điểm của CD.
A
D
C
B
A1
B1
C1
D1
N
M
I

Vậy hay .
* Phương pháp vec tơ. Quy trình giải bài toán gồm:
+ Bước 1: Chọn hệ vec tơ gốc, biểu diễn các dữ kiện của bài toán sang ngôn ngữ vec tơ:
 Chọn hệ vec tơ gốc : ,, Theobài ra A, M, C thẳng hàng nên , C1, N, D thẳng hàng nên , vì MN//BD1 nên 
+ Bước 2: Biến đổi các biểu thức vec tơ phù hợp với yêu cầu bài toán.
Tacó:,,, (2) . Vì ,, đồng phẳng nên từ (1) và (2) suy ra 
 Vậy 
+ Bước 3: Chuyển kết luận ra ngôn ngữ hình học tổng hợp
hay =.
Phương pháp toạ độ: Quy trình giải bài toán gồm:
 + Bước 1: Chọn hệ toạ độ,chuyển các dữ kiện bài toán sang ngôn ngữ toạ độ
Chọn hệ trục toạ độ Oxyz sao cho: A, . Giả sử ba kích thước của hình hộp là a,b,c, khiđó: A(0;0;0),B(a;0;0),D1(0;b;c),C1(0;0;c),C(a;b;0),C1 .
Vì nên M(xM;yM;0), Vì nên N=(xN;b;zN) 
+ Bước 2: Biến đổi các biểu thức toạ độ.
,,,,, . Từ giả thiết suy ra: MN//BD1 suy ra 
 (1),M (2) , (3) . Từ (1),(2),(3) suy ra như vậy 
+ Bước 3: Chuyển kết luận ra ngôn ngữ hình học tổng hợp .
 2.3.3 CÁC BÀI TOÁN VỀ QUAN HỆ VUÔNG GÓC.
Dạng toán 1: Chứng minh tính vuông góc của các đường thẳng và mặt phẳng.
Phương pháp tổng hợp:
* Để chứng minh đường thẳng a vuông góc với mặt phẳng (P), ta có thể chứng minh:
+ a vuông góc với hai đường thẳng cắt nhau trong (P).
+ a song song với dường thẳng b mà b (P)
+ Sử dụng định lý:” Nếu a thuộc mặt phẳng (P) mà (P) vuông góc với (Q) và a vuông góc với giao tuyến của (P) và (Q) thì a (P)”
+ Sử dụng định lý:” Nếu a là giao tuyến của hai mặt phẳng (P) và (Q) cùng vuông góc với mặt phẳng (R) thì a vuông góc với mặt phẳng (R)”...
* Để chứng minh hai mặt phẳng vuông góc với nhau,ta có thể chứng minh :
+ Mặt phẳng này chứa một đường thẳng vuông góc với mặt phẳng kia.
+ Góc giữa hai mặt phẳng có số đo bằng 900....
Phương pháp vec tơ:
Để chứng minh hai mặt phẳng vuông góc với nhau,ta quy về chứng minh đường thẳng vuông góc với mặt phẳng, để chứng minh đường thẳng vuông góc với mặt phẳng,ta quy về chứng minh đường thẳng vuông góc với đường thẳng. Như vậy đối với phương pháp vec tơ ta chỉ cần chú ý: ABCD
Phương pháp toạ độ
+ Để chứng minh ABCD ta chứng minh:
 (xB-xA)(xD-xC)+ (yB-yA)(yD-yC)+ (zB-zA)(zD-zC)=0
+ Để chứng minh đường thẳng vuông góc với mặt phẳng ta chứng minh vec tơ chỉ phương của đưòng thẳng cùng phương với vec tơ pháp tuyến của mặt phẳng.
+ Để chứng minh hai mặt phẳng A1x + B1y + C1z + D1 = 0 và A2x + B2y + C2z + D2 = 0 vuông góc với nhau, ta chứng minh A1.A2 + B1.B2 + C1.C2 = 0
Ví dụ5: Cho hình lập phương ABCD.A1B1C1D1. Gọi P là trung điểm của AB, Q là giao điểm của BC1 và CB1. Chứng minh rằng D1Q(PB1C).
Lời giải:
* Phương pháp tổng hợp: 
Vì đều và Q là trung điểm của B1C nên D1QB1C (1).
Gọi R và S lần lượt là trung điểm của CD và CC1, khi đó: RC1//PB1, QS(CDD1C1) nên QSRC1.Mặt khác D1SRC1 nên RC1(QSD1). Vậy RC1D1Q nên . 
D1QPB1 (2).Từ (1) và (2) suy ra D1Q(PB1C). 
Phương pháp vec tơ. Quy trình giải bài toán gồm:
+ Bước 1: Chọn hệ vec tơ gốc, biểu diễn các dữ kiện của bài toán sang ngôn ngữ vec tơ: Chọn hệ vec tơ gốc 
+ Bước 2: Biến đổi các biểu thức vec tơ phù hợp với yêu cầu bài toán.
 Ta có =,
==
.=.()= 0
.. = 0
+ Bước 3: Chuyển kết luận ra ngôn ngữ hình học tổng hợp
.= 0 D1QPB1 
. = 0 D1QB1C .Vậy D1QB1C 
* Phương pháp toạ độ: Quy trình giải bài toán gồm:
+ Bước 1: Chọn hệ toạ độ,chuyển các dữ kiện bài toán sang ngôn ngữ toạ độ.
Chọn hệ trục toạ độ Oxyz sao cho: B1, . Giả sử kích thước của hình lập phương là a, khiđó: B1(0;0;0),C1(a;0;0), P là trung điểm của AB nên , B(0;0;a),C(a;0;a), D1(a;a;0),
 A . 
Q là trung điểm của B1C nên 
 + Bước 2: Biến đổi các biểu thức toạ độ.
Ta có: là vec tơ chỉ phương của đường thẳng QD1.Mặt phẳng (PB1C) qua B1 nhận hai vec tơ chỉ phương là và nên có vec tơ pháp tuyến là cùng phương với nên D1Q(PB1C). 
Dạng toán 2: Cho biết các đường thẳng hay mặt phẳng vuông góc rồi từ đó suy ra các tính chất hình học khác.
Ví dụ 5 Cho hình chóp S.ABCD, đáy là nửa lục giác đều.AB = B = CD = a. Cạnh bên SA vuông góc với đáy và .M là điểm trên cạnh SB sao cho M khác B và AMMD.
1)Tính tỉ số 
2)Tính diện tích thiết diện tạo bởi hình chóp và mặt phẳng (AMD)
Lời giải:* Phương pháp tổng hợp: 
1) Ta có: suy ra BDvà BDAM.Mặt khác AMMD nên AM(BMD),
do đó: AMSB.khi đó: SA2-SM2 = AB2 – BM2, hơn nữa SM + BM =SB. Suy ra: 
S
B
N
M
A
D
C

2/ Thiết diện là hình thang AMND có diện tích S được tính theo công thức: 
 MN là đường cao của hình thang và AD = 2a ,
 Tính MH: Vì AMMD nên: 
 với AM = , .
Vậy .
* Phương pháp vec tơ. Quy trình giải bài toán gồm:
+ Bước 1: Chọn hệ vec tơ gốc, biểu diễn các dữ kiện của bài toán sang ngôn ngữ vec tơ:
 Chọn hệ vec tơ gốc : ,,; 
Khi đó ta có: . AMMD (1)
 + Bước 2: Biến đổi các biểu thức vec tơ phù hợp với yêu cầu bài toán.
Ta có ,==( Với , do MB); ==.
 Khi đó 
(1) [].[] =0
Vậy 
Phương pháp toạ độ: Quy trình giải bài toán gồm:
+ Bước 1: Chọn hệ toạ độ, chuyển các dữ kiện bài toán sang ngôn ngữ toạ độ
Chọn hệ trục toạ độ Oxyz sao cho: A, 
.
Khi đó: A(0;0;0),D(2a;0;0), S(0;0;a), . 
+ Bước 2: Biến đổi các biểu thức toạ độ.
Đặt M= ( x0;y0;z0). Đường thẳng SB có phương trình: 
 .
Vì Mnên: Mặt khác AMMD do đó ta tìm được: 
S
B
N
M
A
D
C
z
y
x

Vậy ; do đó 
 2.3.4 CÁC BÀI TOÁN VỀ TÍNH KHOẢNG CÁCH
Dạng toán 1: Chứng minh tính vuông góc của các đường thẳng và mặt phẳng.
Phương pháp tổng hợp:
+ khoảng cách từ điểm M đến đường thẳng a: d(M;a) = MH ( MHa;H)
+ khoảng cách từ điểm M đến mặt phẳng (P) được xác định như sau:
Chọn trong (P) một đường thẳng a rồi dựng mặt phẳng (Q) qua A vuông góc với a( nên chọn a để mặt phẳng (Q) dễ xác định)
Xác định 
Dựng tại H, khi đó d(A;( P)) = AH
+ Khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau a và b.
Ngoại trừ trường hợp đoạn vuông góc chung có sẵn, ta phải dựng đoạn vuông góc chung bằng các cách sau:
Cách 1: (áp dụng cho trường hợp ab)
Dựng mặt phẳng (P) chứa b và vuông góc với a tại A.
Dựng AB b tại B, khi đó: d(a;b) = AB
Cách 2: 
Dựng mặt phẳng (P) chứa b và song song với a
Chọn M , dựng tại H
Từ H dựng a///a; 
Từ B dựng đường thẳng song song với MH cắt a tại A,khi đó d(a;b) = AB.
Phương pháp vec tơ: đối với phươngpháp này, ta cần chú ý áp dụng tích vô hướng của hai vec tơ để tính khoảng cách
Khoảng cách giữa hai điểm A và B: 
Khoảng cách từ điểm M đến đuờng thẳng a: Giải theo trình tự sau: 
 Chọn A và đặt .Gọi N là hình chiếu vuông góc của điểm M trên a, khi đó: =. Tìm x nhờ điều kiện vuông góc của : 
 ( ). suy ra . 
Khoảng cách từ điểm M đến mặt phẳng (P) có cặp vec tơ chi phương là :
Chọn A và đặt .Gọi H là hình chiếu vuông góc M trên mặt phẳng (P),khi đó: =.Ta tìm được các hệ số x,y nhờ điều kiẹn vuông góc của từ đó suy ra khoảng cách cần tìm là: .
+ Khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau a và b lần lượt có hai vec tơ chỉ phương , Giải theo trình tự sau:
Chọn A và B và đặt .
Gọi MN là đoạn vuông góc chung của a và b, khi đó: 
Biểu diễn theo các vec tơ không đồng phẳng
 +=. 
Ta tìm được các hệ số x,y nhờ điều kiện vuông góc của từ đó suy ra khoảng cách cần tìm là: .
* Phương pháp toạ độ: Đối với phương pháp này, ta cần chú ý một số công thức:
Khoảng cách giữa hai điểm A và B: 
Khoảng cách từ một điểm đến đường thẳng đi qua điểm 
 và có vec tơ chỉ phương : 
Khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng (P):Ax + By +Cz +D = 0
Khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau a và b lần lượt đi qua hai điểm M, M1 có hai vec tơ chỉ phương : 
Chú ý: - Việc tính khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau có thể quy về tính khoảng cách giưã hai điểm hoặc giữa đường thẳng và mặt phẳng song song hoặc giữa hai mặt phẳng song song.
Việc tính khoảng cách giữa đường thẳng và mặt phẳng song song, giữa hai mặt phẳng song song có thể quy về tính khoảng cách từ một điểm đến mặt phẳng.
Ví dụ 6: Cho tứ diện OABC có các góc AOB=BOC=COA = 900 và OA = a,
OB = b, OC = c. Gọi D là trung điểm của OC.
Tính khoảng cách từ A đến đường thẳng BD.
Tính khoảng cách từ O đến mặt phẳng (ABC).
Lời giải:
* Phương pháp tổng hợp:
Gọi M là hình chiếu vuông góc của A trên BD,khi đó có: OM BD
Xét tam giác vuông AOM có: AM2 = AO2+OM2 = a2+OM2
Mặt khác,xét tam giác vuông OBD có:
Gọi H là hình chiếu vuông góc của O trên mặt phẳng (ABC) và .Vì OH BC và OA BC nên BC(OAH) do đó BCAH và BC OE

H
C
E
M
D
O
B
A

Ta có: với, vì vậy hay 
* Phương pháp vec tơ. Quy trình giải bài toán gồm:
+ Bước 1: Chọn hệ vec tơ gốc, biểu diễn các dữ kiện sang ngôn ngữ vec tơ:
 Chọn hệ vec tơ gốc : ,,;khi đó và .D là trung điểm của OC nên 
 + Bước 2: Biến đổi các biểu thức vec tơ phù hợp với yêu cầu bài toán.
Ta có .Vì []. = 0 x=Vậy 
 *Phương pháp toạ độ: Quy trình giải bài toán gồm:
+ Bước 1: Chọn hệ toạ độ,chuyển các dữ kiện bài toán sang ngôn ngữ toạ độ
Chọn hệ trục toạ độ Oxyz sao cho: .
khiđó: O(0;0;0),A(a;0;0),B(0,b;0) C(0;0;c), Vì D là trung điểm của OC nên. 
x
A
B
O
D
M
C
H
z
	
+ Bước 2: Biến đổi các biểu thức toạ độ.
Đặt M là hình chiếu vuông góc của A trên BD. Ta có:
 ;.Vậy 
Gọi H là hình chiếu vuông góc của O trên mặt phẳng (ABC), mặt phẳng (ABC) có phương trình ( theo đoạn chắn) là: 
 => 
 2.3.5 CÁC BÀI TOÁN VỀ TÍNH GÓC
* Phương pháp vec tơ:
+ Góc giữa hai đường thẳng d1 và d2 lần lượt có hai vec tơ chỉ phương được xác định:
+ Việc tính góc giữa đường thẳng và mặt phẳng quy về tính góc giữa đường thẳng đó và hình chiếu của nó trên mặt phẳng.
+ Việc tính góc giữa hai mặt phẳng quy về tính góc giữa hai đường thẳng tương ứng vuông góc với hai mặt phẳng đó.
* Phương pháp toạ độ:
 + Góc giữa hai vec tơ là 
+ Góc giữa hai đường thẳng d1 và d2 lần lượt có hai vec tơ chỉ phương được xác định:
+ Góc giữa đường thẳng d: và mặt phẳng P): 
 Ax + By +Cz +D = 0
được xác định:
+ Góc giữa hai mặt phẳng (P):A1x + B1y + C1z + D1 = 0 và (Q): A2x + B2y + C2z + D2 = 0 được xác định: 
Ví dụ 7: Cho hai tia Ax1 và By1 hợp với nhau một góc 600. Đường thẳng AB vuông góc với cả hai Ax1 và By1. AB = a. Hai điểm M, N lần lượt nằm trên hai tia Ax1 và By1sao cho AM = m, BN = n. Tính cosin của góc giữa hai đường thẳng MN và AB theo a, m ,n
Lời giải:
Phương pháp tổng hợp:
Dựng At//By1 và NH//AB ()Ta có:, .Mặt khác NH//AB nên .Vì NH = AB = a,MH2 = AM2 + AH2 - 2.AM.AH.cos600 
t
H
N
M
A
B
x1
y1

= m2 + n2 –m.n suy ra MN2 = MH2 + AH2 = m2 + n2 + a2 – m.n.
Vậy 
* Phương pháp vec tơ. Quy trình giải bài toán gồm:
+ Bước 1: Chọn hệ vec tơ gốc, biểu diễn các dữ kiện sang ngôn ngữ vec tơ:
 Chọn hệ vec tơ gốc : ,,;khi đó 
 và .
+ Bước 2: Biến đổi các biểu thức vec tơ phù hợp với yêu cầu bài toán.
Ta có: ; ; ; 
* Phương pháp toạ độ: Quy trình giải bài toán gồm:+ Bước 1: Chọn hệ toạ độ,chuyển các dữ kiện bài toán sang ngôn ngữ toạ độ. Chọn hệ trục toạ độ Oxyz sao cho: , .khiđó:A(0;0;0),M(m;0;0),B(0,0;a),. 
t
H
N
M
A
B
x1
y1
y

 Bước 2: Biến đổi các biểu thức toạ độ. Ta có: , suy ra ;;.
Vậy 
2.4. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
2.4.1 Mục đích thực nghiệm: Nhằm đánh giá tính khả thi, kiểm tra tính đúng đắn của gỉả thuyết khoa học,tính hiệu quả của quy trình giải các bài toán bằng các phương pháp khác nhau: tổng hợp, vec tơ và toạ độ .
Nội dung thực nghiệm: Các tiết thực nghiệm là tiết 38-Tự chọn, và một bài 
kiểm tra 45 phút trong chương trình lớp 12. Sau khi đã dạy cho học sinh quy trình giải bài toán bằng các phương pháp khác nhau, ở tiết bài tập 38, chúng tôi muốn kiểm tra kỹ năng vận dụng quy trình đó của các em.
2.4.3 Tổ chức thực nghiệm
 Chúng tôi tiến hành thực nghiệm tại hai lớp của trường THPT Hàm Rồng, lớp thực nghiệm là 12C6 và chọn lớp đối chứng là lớp 12C2.
 Thời gian thực nghiệm: Năm học 2015-2016
Bài kiểm tra 45 phút
Hãy giải các bài toán sau bằng các phương pháp khác nhau:
Bài 1: Cho tứ diện OABC có các tam giác AOB, BOC, COA là những tam giác vuông đỉnh O và OA =a, OB = b,OC = c. Tính khoảng cách từ O tới mặt phẳng (ABC).
Bài 2: Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A1B1C1D1. Gọi M, N lần lượt là các điểm chia hai đoạn thẳng CA và DC1 theo tỉ số . Chứng minh rằng MN//(ABC1D1).
 Kết quả thực nghiệm
Điểm
Lớp

2
3
4
5
6
7
8
9
10
Số bài
Thực nghiệm
0
2
1
3
12
13
11
4
1
47
Đối chứng
2
4
11
13
9
6
2
1
0
48

Kết quả sơ bộ: + Lớp thực nghiệm tỉ lệ học sinh đạt kết quả trung bình trở lên là: 44( tỉ lệ khá giỏi là:55% )
+ Lớp đối chứng tỉ lệ học sinh đạt kết quả trung bình trở lên là: 22 ( tỉ lệ khá giỏi là:18% )
 Kết luận thực nghiệm
 + Việc dạy học cho học sinh quy trình giải các bài toán hình học không gian bằng các phương pháp khác nhau thông qua một số tiết và dạng bài tập đã giúp cho các em thấy được các mối liên hệ giữa các chủ đề hình học tổng hợp, vec to và toạ độ
 + Giúp các em có kỹ năng thực sự giả một bài toán hình theo quy trình đã đưa ra,
+ Việc tổ chức dạy học tốt nhờ ứng dụng công nghệ thông tin,dùng các phương tiện dạy học hiện đại đã gây cho học sinh hứng thú học tập môn hình, nâng cao hiệu quả của giờ dạy.
 Như vậy, mục đích thực nghiệm đã đạt và giả thuyết khoa học của đề tài là chấp nhận được.
 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
- Kết luận:
 Qua quá trình nghiên cứu đề tài: “Một số phương pháp giải toán hình học không gian ở trường THPT ” đã thu được một số kết quả:
 + Đề tài đã làm sáng tỏ các căn cứ lý luận và thực tiễn của việc rèn luyện năng lực chuyển đổi ngôn ngữ.
 + Đề tài đã đưa ra quy trình giải một lớp các bài toán bằng các phương pháp hìmh học tổng hợp, vec tơ và toạ độ.
 +Dựa trên kinh nghiệm thực tế của giáo viên và qua kết quả thực nghiệm cho phép xác nhận giả thuyết của đề tài là chấp nhận được, có tính hiệu quả và mục đích nghiên cứu đã hoàn thành.
Kiến nghị: Đối với giáo viên dạy học môn toán cần tách lọc các đối tượng học sinh để từ đó có phương pháp dạy học phù hợp. Đối với học sinh ở mức trung bình và dưới trung bình thì trang bị cho các học sinh phương pháp hệ trục tọa độ hóa để các em có sự tiếp cận dễ hơn.
Xác nhận của thủ trưởng đơn vị
 Thanh Hoá, ngày 30 tháng 3 năm 2016
 Tôi xin cam đoan đây là SKKN do mình viết, không sao chép nội dung của người khác.
 Người viết
 Trịnh Đình Chiến

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tài liệu bồi dưỡng giáo viên môn Toán- Nhà xuất bản giáo dục.
2. Phương pháp giải toán hình học, Lê Hồng Đức – Đào Thiện Khải –
 Lê Bích Ngọc,Nhà xuất bản đại học sư phạm-Năm 2004.
3. Sách Hình học 12, Nhà xuất bản giáo dục- Năm 2008.
4. Sách Hình học 12 Nâng cao, Nhà xuất bản giáo dục- Năm 2008.
5. Sách Hình học 11, Nhà xuất bản giáo dục- Năm 2007.
6. Sách Hình học 11 Nâng cao, Nhà xuất bản giáo dục- Năm 2007.
7. Sách Giáo viên Hình học 12, Nhà xuất bản giáo dục- Năm 2008.
8. Sách Giáo viên Hình học 12 Nâng cao, Nhà xuất bản giáo dục- Năm 2008.
9. Sách Giáo viên Hình học 11, Nhà xuất bản giáo dục- Năm 2007.
10.Sách Giáo viên Hình học 11 Nâng cao, Nhà xuất bản giáo dục- Năm 2007.