Khởi động trang 50 Chuyên đề Toán 11: Hình khối ở Hình 1 gồm 4 viên gạch xếp liền nhau. Khi nhìn hình khối đó theo nhiều hướng khác nhau như ở Hình 2 ta được nhiều kết quả khác nhau.

Kết quả nhìn từ mỗi hướng được gọi là gì?

Lời giải:

Kết quả nhìn từ mỗi hướng được gọi là các hình chiếu (đứng, bằng, cạnh) của vật thể.

I. Phương pháp góc chiếu thứ nhất, hình biểu diễn của một hình khối

Hoạt động 1 trang 50 Chuyên đề Toán 11: Cho mặt phẳng (P), điểm M, đoạn thẳng AB và đường thẳng a. Xác định hình chiếu vuông góc trên mặt phẳng (P) của:

a) Điểm M;

b) Đoạn thẳng AB;

c) Đường thẳng a.

Lời giải:

a)

+) TH1: Điểm M thuộc mặt phẳng (P) thì hình chiếu vuông góc của M lên mặt phẳng (P) là chính nó.

+) TH2: Điểm M không thuộc mặt phẳng (P).

Từ M kẻ đường thẳng vuông góc với mặt phẳng (P), đường thẳng này cắt mặt phẳng (P) tại H. Vậy H là hình chiếu vuông góc của điểm M lên mặt phẳng (P).

b) Tùy theo vị trí của đoạn thẳng so với mặt phẳng hình chiếu, ta có 3 trường hợp:

+) TH1: Đoạn thẳng xiên với mặt phẳng hình chiếu: hình chiếu của nó là đoạn thẳng không song song và có độ dài không bằng nó (A'B' < AB).

+) TH2: Đoạn thẳng song song với mặt phẳng hình chiếu: hình chiếu của nó là đoạn thẳng song song và có độ dài bằng nó (A'B' = AB).

+) TH3: Đoạn thẳng vuông góc với mặt phẳng hình chiếu: hình chiếu của nó là một điểm (A' ≡ B').

c)

+) TH1: Đường thẳng a nằm trong mặt phẳng (P) thì hình chiếu vuông góc của đường thẳng a trên mặt phẳng (P) là chính nó.

+) TH2: Đường thẳng a cắt mặt phẳng (P).

Gọi M là giao điểm của đường thẳng a và mặt phẳng (P). Lấy điểm B khác M thuộc đường thẳng a, xác định hình chiếu vuông góc H của B trên mặt phẳng (P). Khi đó hình chiếu vuông góc của đường thẳng a lên mặt phẳng (P) là đường thẳng đi qua hai điểm M và H.

Tổng quát:

+) TH3: Đường thẳng a song song với mặt phẳng (P).

Lấy hai điểm A, B khác nhau trên đường thẳng a, xác định hình chiếu vuông góc A', B' lần lượt của A và B trên mặt phẳng (P). Khi đó hình chiếu vuông góc của đường thẳng a trên mặt phẳng (P) là đường thẳng A'B' (A'B' // a).

+) TH4: Đường thẳng a vuông góc với mặt phẳng (P).

Khi đó hình chiếu vuông của đường thẳng a trên mặt phẳng (P) là giao điểm M của a và (P).

Luyện tập 1 trang 54 Chuyên đề Toán 11: Khối hộp chữ nhật ở Hình 16 có các cạnh song song hoặc vuông góc với các tia OX, OY, OZ. Theo phương pháp góc chiếu thứ nhất, bản vẽ nào ở Hình 17 biểu diễn cho khối hộp chữ nhật đó?

Lời giải:

Theo phương pháp góc chiếu thứ nhất, bản vẽ D ở Hình 17 biểu diễn cho khối hộp chữ nhật đã cho ở Hình 16.

Hoạt động 2 trang 54 Chuyên đề Toán 11: Cho mặt phẳng (P) và đường thẳng ℓ cắt mặt phẳng (P). Cho điểm M, đoạn thẳng AB và đường thẳng a. Xác định hình chiếu song song trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ của:

a) Điểm M;

b) Đoạn thẳng AB;

c) Đường thẳng a.

Lời giải:

a)

+) TH1: Điểm M thuộc mặt phẳng (P) thì hình chiếu song song của điểm M trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ là chính nó.

+) TH2: Điểm M thuộc đường thẳng ℓ (M không thuộc (P)) thì hình chiếu song song của điểm M trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ là giao điểm M' của ℓ và (P).

+) TH3: Điểm M nằm ngoài mặt phẳng (P) và đường thẳng ℓ: Từ điểm M, kẻ đường thẳng song song với ℓ, đường thẳng này cắt mặt phẳng (P) tại M'. Vậy M' là hình chiếu song song của điểm M trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ.

b)

+) TH1: Đoạn thẳng AB nằm trong mặt phẳng (P) thì hình chiếu song song của đoạn thẳng AB trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ là chính nó.

+) TH2: Đoạn thẳng AB nằm trên đường thẳng ℓ thì hình chiếu song song của đoạn thẳng AB trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ là giao điểm M' của ℓ và (P).

+) TH3: Đoạn thẳng AB song song với ℓ thì hình chiếu song song của đoạn thẳng AB trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ là giao điểm M' của đường thẳng AB với mặt phẳng (P).

+) TH4: Đoạn thẳng AB thỏa mãn đường thẳng AB không song song hoặc trùng với ℓ và đoạn thẳng AB không nằm trong mặt phẳng (P).

Gọi A', B' lần lượt là hình chiếu song song của A, B trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ.

Khi đó hình chiếu song song đoạn thẳng AB trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ là đoạn thẳng A'B'.

c)

+) TH1: Đường thẳng a nằm trong mặt phẳng (P) thì hình chiếu song song của đường thẳng a trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ là chính nó.

+) TH2: Đường thẳng a trùng với đường thẳng ℓ thì hình chiếu song song của đường thẳng a trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ là giao điểm M' của ℓ và (P).

+) TH3: Đường thẳng a song song với ℓ thì hình chiếu song song của đường thẳng a trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ là giao điểm M' của đường thẳng a với mặt phẳng (P).

+) TH4: Đường thẳng a không song song hoặc trùng với ℓ và đường thẳng a không nằm trong mặt phẳng (P).

Lấy hai điểm A, B bất kì trên đường thẳng a. Gọi A', B' lần lượt là hình chiếu song song của A, B trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ.

Khi đó hình chiếu song song đường thẳng a trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ là đường thẳng a' đi qua hai điểm A', B'.

Luyện tập 2 trang 55 Chuyên đề Toán 11: Cho hình trụ có đáy trên là đường tròn (C), đường thẳng ℓ song song với đường sinh của hình trụ, mặt phẳng (P) không song song với mặt đáy của hình trụ. Hãy xác định hình chiếu song song của đường tròn (C) trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ.

Lời giải:

Lấy các điểm thuộc đường tròn đáy của hình trụ và xác định hình chiếu của các điểm đó trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ. Khi đó ta được hình chiếu song song của đường tròn (C) trên mặt phẳng (P) theo phương ℓ như hình vẽ dưới đây.

II. Hình chiếu trục đo

Hoạt động 3 trang 57 Chuyên đề Toán 11: Cho hình chóp tam giác đều O.ABC có các góc AOB, BOC, COA đều là góc vuông. Xét hệ trục tọa độ vuông góc OXYZ sao cho A, B, C lần lượt nằm trên các trục OX, OY, OZ. Gọi (P) là mặt phẳng đi qua ba điểm A, B, C và (P') là mặt phẳng song song với mặt phẳng (P).

Giả sử ℓ là đường thẳng không song song với (P') và không song song với các trục tọa độ, các điểm O', A', B', C' lần lượt là hình chiếu song song theo phương ℓ của các điểm O, A, B, C trên mặt phẳng (P') (Hình 25).

Hãy xác định:

a) Hình chiếu song song O'X', O'Y', O'Z' trên mặt phẳng (P') của lần lượt các trục tọa độ OX, OY, OZ theo phương ℓ;

b) Hình chiếu song song theo phương ℓ của hình chóp tam giác đều O.ABC trên mặt phẳng (P').

Lời giải:

a) Hình chiếu song song O'X', O'Y', O'Z' trên mặt phẳng (P') của lần lượt các trục tọa độ OX, OY, OZ theo phương ℓ là tia OA', OB', OC'.

b) Hình chiếu song song theo phương ℓ của hình chóp tam giác đều O.ABC trên mặt phẳng (P') là tam giác A'B'C'.

Hoạt động 4 trang 58 Chuyên đề Toán 11: Trong Hoạt động 3, giả sử đường thẳng ℓ vuông góc với mặt phẳng (P') (Hình 28).

a) Tam giác A'B'C' có phải là tam giác đều hay không?

b) Tìm số đo của các góc trục đo: $\widehat{X\text{'}O\text{'}Y\text{'}};\widehat{Y\text{'}O\text{'}Z\text{'}};\widehat{Z\text{'}O\text{'}X\text{'}}$.

c) So sánh các hệ số biến dạng:

$p=\frac{O\text{'}A\text{'}}{OA};q=\frac{O\text{'}B\text{'}}{OB};r=\frac{O\text{'}C\text{'}}{OC}$.

Lời giải:

a) Tam giác A'B'C' là tam giác đều.

b) $\widehat{X\text{'}O\text{'}Y\text{'}}=\widehat{Y\text{'}O\text{'}Z\text{'}}=\widehat{Z\text{'}O\text{'}X\text{'}}=120°$.

c) Ta có: p = q = r = 1.

Luyện tập 3 trang 60 Chuyên đề Toán 11: Hãy xác định hình chiếu trục đo vuông góc đều của những hình tròn nằm trong các mặt phẳng song song với các mặt phẳng tọa độ.

Lời giải:

Hình chiếu trục đo vuông góc đều của hình tròn nằm trong các mặt phẳng song song với các mặt tọa độ là hình elip theo các hướng khác nhau.

Trong hình chiếu trục đo vuông góc đều tỉ số biến dạng được quy ước: Nếu vẽ theo hệ số biến dạng quy ước (p = q = r = 1) thì các elip đó có trục dài bằng 1,22d và trục ngắn bằng 0,71d (với d là đường kính của đường tròn).

Góc trục đo hình chiếu trục đo của hình tròn:

Hướng các elip:

III. Một số tiêu chuẩn của bản vẽ kỹ thuật

Hoạt động 5 trang 60 Chuyên đề Toán 11: Quan sát bản vẽ lắp tay quay ở Hình 33, hãy cho biết:

a) Tỉ lệ được quy định là bao nhiêu?

b) Các nét vẽ bao gồm những loại nào?

c) Ghi kích thước được thực hiện như thế nào?

Lời giải:

a) Tỉ lệ được quy định là 1 : 2.

b) Các nét vẽ gồm những loại:

- Nét liền đậm;

- Nét liền mảnh;

- Nét đứt mảnh;

- Nét gạch dài – chấm – mảnh.

c) Ghi kích thước được thể hiện với các thành phần kích thước:

- Đường kích thước: vẽ bằng nét liền mảnh, ở đầu mút đường kích thước có vẽ mũi tên.

- Đường gióng kích thước: vẽ bằng nét liền mảnh, thường kẻ vuông góc với đường kích thước và vượt quá đường kích thước khoảng 2 ÷ 4 mm.

- Chữ số kích thước, chỉ số đo kích thước thực, không phụ thuộc vào tỉ lệ bản vẽ và thường được ghi trên đường kích thước. 

Luyện tập 4 trang 63 Chuyên đề Toán 11: Người ta vẽ một cái đinh có chiều dài 20 mm. Khi sử dụng tỉ lệ phóng to 2 : 1, chiều dài cái đinh trên bản vẽ là bao nhiêu milimét?

Lời giải:

Khi sử dụng tỉ lệ phóng to 2 : 1, chiều dài cái đinh trên bản vẽ là: 20 . 2 = 40 (mm).

Bài tập

Bài 1 trang 63 Chuyên đề Toán 11: Bản vẽ các hình chiếu ở Hình 36, Hình 37 biểu diễn vật thể tương ứng nào trong các vật thể ở Hình 38?

Lời giải:

Bản vẽ hình chiếu Hình 36 biểu diễn vật thể B trong Hình 38.

Bản vẽ hình chiếu Hình 37 biểu diễn vật thể A trong Hình 38.

Bài 2 trang 64 Chuyên đề Toán 11: Cho vật thể ở Hình 39a. Hãy cho biết các Hình 39b và Hình 39c, hình nào bố trí đúng các hình chiếu vuông góc của vật thể? Tại sao?

Lời giải:

Hình 39c bố trí đúng các hình chiếu vuông góc của vật thể. Vì hình chiếu đứng của vật thể là một hình chữ T xoay ngược; hình chiếu cạnh của vật thể là một hình chữ nhật, hình chiếu bằng của vật thể là một hình chữ nhật có lỗ tròn ở giữa. Thứ tự sắp xếp các hình chiếu là bên phải hình chiếu đứng là hình chiếu cạnh, bên dưới hình chiếu đứng là hình chiếu bằng. Do đó, Hình 39c thỏa mãn.

Bài 3 trang 64 Chuyên đề Toán 11: Vẽ các hình chiếu vuông góc của:

a) Hình chóp cụt tứ giác đều;

b) Hình nón cụt.

Lời giải:

a) Hình chóp cụt tứ giác đều:

b) Hình nón cụt:

Bài 4 trang 64 Chuyên đề Toán 11: Hình 40 ghi kích thước cho bản vẽ. Hãy xác định các kích thước ghi không đúng tiêu chuẩn trên Hình 40 và trình bày cách ghi lại cho đúng.

Lời giải:

Số 14 ở hình chiếu đầu tiên phải nằm ở bên trái đường kích thước.

Số 18 ở hình chiếu thứ hai phải nằm quay ngang giống số 14 ở hình đầu tiên.