Bài 13: Hai mặt phẳng song song
Lý thuyết & Phương pháp giải Chuyên sâu: Hai mặt phẳng song song (Toán 11 KNTT)
BÀI 13: HAI MẶT PHẲNG SONG SONG
Nắm vững điều kiện và các tính chất cơ bản của hai mặt phẳng song song; khám phá Định lí Thalès trong không gian; làm chủ các tính chất hình học đặc sắc của Hình lăng trụ và Hình hộp cùng hàng loạt ứng dụng kĩ thuật – đời sống.
Tình huống thực tiễn mở đầu: Kĩ nghệ thái thực phẩm của đầu bếp
Các đầu bếp chuyên nghiệp luôn có kĩ năng dùng dao điêu luyện để thái thức ăn như rau củ, thịt, cá... thành các lát mỏng đều tăm tắp và đẹp mắt.
Câu hỏi gợi mở (Trang 88 SGK): Các nhát cắt cần tuân thủ nguyên tắc gì để đạt được điều đó? Các nhát cắt có nằm trong các mặt phẳng song song hay không?
👉 Trả lời: Lưỡi dao khi chuyển động phải luôn tịnh tiến trong các mặt phẳng đôi một song song và cách đều nhau. Khi đó các lát cắt mới có độ dày bằng nhau hoàn hảo.
Các nhát cắt của lưỡi dao nằm trong các mặt phẳng song song
Hai Mặt Phẳng Song Song
Hai mặt phẳng $(\alpha)$ và $(\beta)$ được gọi là song song với nhau nếu chúng không có điểm chung.
Nếu hai mặt phẳng $(\alpha)$ và $(\beta)$ song song với nhau và đường thẳng $d$ nằm trong $(\alpha)$ thì $d$ và $(\beta)$ không có điểm chung, tức là $d$ song song với $(\beta)$.
$\begin{cases} (\alpha) // (\beta) \\ d \subset (\alpha) \end{cases} \implies d // (\beta)$
Đường thẳng $d \subset (\alpha)$ luôn song song với $(\beta)$
Hình 4.40: Các mặt bậc thang
Các mặt dẫm của bậc thang là các mặt phẳng song song
Ruộng bậc thang Tây Bắc
Mỗi thềm ruộng phẳng lặng gợi nên các mặt song song
Tháp nghiêng Pisa (Ý)
Các mặt sàn ở mỗi tầng KHÔNG song song với mặt đất!
Điều Kiện Và Tính Chất Của Hai Mặt Phẳng Song Song
Dấu Hiệu Nhận Biết Hai Mặt Phẳng Song Song
Hình 4.41: Hai đường cắt nhau cùng song song $(\beta)$
Cho hai HBH $ABCD$ và $ABEF$ không đồng phẳng. Ta có $BC // AD \subset (ADF) \implies BC // (ADF)$ và $BE // AF \subset (ADF) \implies BE // (ADF)$.
Vì $BC$ và $BE$ cắt nhau tại $B$ nên $(BCE) // (ADF)$.
Cho 4 điểm $A, B, C, D$ không đồng phẳng. Qua $A$ kẻ $m // BC$ và $n // BD$.
Do $m // BC \subset (BCD) \implies m // (BCD)$. Tương tự $n // (BCD)$.
Vì $m$ và $n$ cắt nhau tại $A$ nên $mp(m, n) // (BCD)$.
Khung chân bàn gồm 2 hình chữ nhật xoay quanh trục. Hai mép trên luôn song song với hai mép đáy tiếp xúc mặt đất $\implies$ Mặt bàn đặt lên luôn song song với mặt đất.
Qua một điểm nằm ngoài một mặt phẳng cho trước có một và chỉ một mặt phẳng song song với mặt phẳng đã cho.
Hình 4.44: Mặt bìa song song mặt bàn
Tính Chất Giao Tuyến Của Hai Mặt Phẳng Song Song
Hình 4.46: Giao tuyến $a // b$
Định Lí Thalès Trong Không Gian
Ba mặt phẳng đôi một song song chắn trên hai cát tuyến phân biệt bất kì những đoạn thẳng tương ứng tỉ lệ.
Định lí Thalès trong không gian là mở rộng tự nhiên của định lí Thalès trong hình học phẳng!
Hình 4.48: Cát tuyến $d, d'$ cắt 3 mặt phẳng song song
Cho hình tứ diện $SABC$. Trên cạnh $SA$ lấy $A_1, A_2$ sao cho $A_1A_2 = 2A_1A$. Gọi $(P), (Q)$ lần lượt qua $A_1, A_2$ và cùng song song với $(ABC)$, cắt các cạnh $SB, SC$ tại $B_1, C_1$ và $B_2, C_2$.
Áp dụng định lí Thalès cho 3 mặt phẳng song song $(P), (Q), (ABC)$ và hai cát tuyến $SA, SB$:
$\frac{A_2A_1}{A_1A} = \frac{B_2B_1}{B_1B}$. Mà $A_1A_2 = 2A_1A \implies B_1B_2 = 2B_1B$. Tương tự: $C_1C_2 = 2C_1C$.
Hình Lăng Trụ Và Hình Hộp
Cho hai mặt phẳng song song $(\alpha)$ và $(\alpha')$. Hình đa diện gồm hai đáy và các mặt bên được gọi là hình lăng trụ, kí hiệu là $A_1A_2...A_n.A'_1A'_2...A'_n$ (Hình 4.50):
- Hai đáy: Hai đa giác bằng nhau $A_1A_2...A_n$ và $A'_1A'_2...A'_n$ nằm trên hai mặt phẳng song song.
- Các cạnh bên: $A_1A'_1, A_2A'_2, ..., A_nA'_n$ song song và bằng nhau từng đôi một.
- Các mặt bên: Các tứ giác $A_1A'_1A'_2A_2, ...$ đều là các hình bình hành.
Hình lăng trụ tứ giác có hai đáy là hình bình hành được gọi là hình hộp (kí hiệu $ABCD.A'B'C'D'$).
✨ Các tính chất đặc sắc của hình hộp:
- 6 mặt của hình hộp đều là các hình bình hành.
- Các mặt đối diện của hình hộp song song với nhau và có thể coi là hai đáy.
- 4 đường chéo ($AC', BD', CA', DB'$) đồng quy tại trung điểm của mỗi đường. Điểm đồng quy này gọi là tâm của hình hộp.
Bác Hà đặt thanh gỗ nghiêng trong bể hộp. Mặt đáy, mặt nước và mặt nắp là 3 mặt phẳng song song chắn trên thanh gỗ và thành bể $\implies$ Tỉ số chiều dài thanh gỗ bị ngập nước bằng chính tỉ số giữa độ sâu của nước và chiều cao của bể (theo định lí Thalès).
Các mặt bậc thang là các mặt phẳng song song. Bức tường phẳng cắt các mặt bậc thang theo các giao tuyến. Theo Định lí 3, các giao tuyến mép bậc thang trên tường luôn song song với nhau!
Phân tích chi tiết từng mệnh đề:
- Mệnh đề A đúng: Đây là tính chất bắc cầu của quan hệ song song giữa hai mặt phẳng phân biệt: Hai mặt phẳng phân biệt cùng song song với một mặt phẳng thứ ba thì song song với nhau.
- Mệnh đề B sai: Một đường thẳng nằm trong $(P)$ song song với $(Q)$ thì $(P)$ vẫn có thể cắt $(Q)$ theo giao tuyến song song với đường thẳng đó.
- Mệnh đề C sai: Thiếu điều kiện hai đường thẳng cắt nhau. Nếu hai đường thẳng đó song song với nhau thì $(P)$ vẫn có thể cắt $(Q)$.
- Mệnh đề D sai: Hai mặt phẳng cùng cắt một mặt phẳng thứ ba có thể cắt nhau hoặc song song.
Lời giải chi tiết:
Theo định nghĩa trong SGK Toán 11:
Hai mặt phẳng $(\alpha)$ và $(\beta)$ được gọi là song song với nhau nếu chúng không có điểm chung:
$(\alpha) // (\beta) \iff (\alpha) \cap (\beta) = \varnothing$
Lời giải chi tiết:
Theo Định lí 1 (Dấu hiệu nhận biết):
Nếu mặt phẳng $(\alpha)$ chứa hai đường thẳng cắt nhau và hai đường thẳng này cùng song song với mặt phẳng $(\beta)$ thì $(\alpha) // (\beta)$:
$\begin{cases} a \subset (\alpha), \ b \subset (\alpha) \\ a \cap b = \{M\} \\ a // (\beta), \ b // (\beta) \end{cases} \implies (\alpha) // (\beta)$
Lời giải chi tiết:
- Xét mặt bên $ABB'A'$ là hình bình hành: $M, N$ là trung điểm của $AA', BB' \implies MN$ là đường trung bình của hình bình hành $ABB'A' \implies MN // AB$.
- Do $AB \subset (ABC)$ nên $MN // (ABC)$.
- Xét mặt bên $ACC'A'$ là hình bình hành: $M, P$ là trung điểm của $AA', CC' \implies MP$ là đường trung bình $\implies MP // AC \subset (ABC) \implies MP // (ABC)$.
- Trong mặt phẳng $(MNP)$, hai đường thẳng $MN$ và $MP$ cắt nhau tại $M$.
- Theo Định lí 1: Mặt phẳng $(MNP)$ chứa hai đường thẳng cắt nhau $MN$ và $MP$ cùng song song với mặt phẳng $(ABC)$ nên $(MNP) // (ABC)$.
Lời giải chi tiết:
- Mặt phẳng $mp(B, m)$ chính là mặt phẳng chứa điểm $B$ và đường thẳng $m$ (đi qua $A$), tức là mặt phẳng chứa $AB$ và $m$.
- Mặt phẳng $mp(C, n)$ là mặt phẳng chứa $CD$ và $n$ (đi qua $D$).
- Ta có: $AB // CD \subset mp(C, n) \implies AB // mp(C, n)$.
- Lại có: $m // n \subset mp(C, n) \implies m // mp(C, n)$.
- Hai đường thẳng $AB$ và $m$ cắt nhau tại điểm $A$ và cùng nằm trong mặt phẳng $mp(B, m)$.
- Theo Định lí 1 suy ra: $mp(B, m) // mp(C, n)$.
Lời giải chi tiết:
Áp dụng Định lí Thalès trong không gian cho ba mặt phẳng đôi một song song $(P), (Q), (R)$ và hai cát tuyến $d, d'$:
$\frac{AB}{A'B'} = \frac{BC}{B'C'}$
Thay số vào hệ thức:
$\frac{2}{3} = \frac{4}{B'C'} \implies B'C' = \frac{3 \times 4}{2} = 6\text{ cm}$.
Đã Thành Thạo Bài Tập Cơ Bản SGK?
Thử thách ngay với 4 bài toán tương tự & vận dụng nâng cao để bứt phá mục tiêu 9+!
Ngân Hàng Bài Toán Tương Tự & Vận Dụng Nâng Cao
Tuyển tập các bài toán phát triển từ câu hỏi SGK, bám sát đề minh họa và đề thi tốt nghiệp THPT 2025. Hướng dẫn tư duy bản chất, mẹo bấm máy giải nhanh và kèm lớp Zoom tương tác hàng tuần.
Mở Khóa Đáp Án & Lời Giải Dạng Toán Tương Tự 9+
Dạng bài toán tương tự & vận dụng nâng cao này giúp em nắm chắc phương pháp giải nhanh điểm 9+. Đăng nhập hoặc tạo tài khoản miễn phí chỉ trong 30 giây để bắt đầu giải bài!
Mở Khóa Đáp Án & Lời Giải Dạng Toán Tương Tự 9+
Dạng bài toán tương tự & vận dụng nâng cao này giúp em nắm chắc phương pháp giải nhanh điểm 9+. Đăng nhập hoặc tạo tài khoản miễn phí chỉ trong 30 giây để bắt đầu giải bài!

Mở Khóa Đáp Án & Lời Giải Dạng Toán Tương Tự 9+
Dạng bài toán tương tự & vận dụng nâng cao này giúp em nắm chắc phương pháp giải nhanh điểm 9+. Đăng nhập hoặc tạo tài khoản miễn phí chỉ trong 30 giây để bắt đầu giải bài!

Mở Khóa Đáp Án & Lời Giải Dạng Toán Tương Tự 9+
Dạng bài toán tương tự & vận dụng nâng cao này giúp em nắm chắc phương pháp giải nhanh điểm 9+. Đăng nhập hoặc tạo tài khoản miễn phí chỉ trong 30 giây để bắt đầu giải bài!