Trong mặt phẳng $\left( P \right)$ cho hình vuông $ABCD$ cạnh $a$. Trên đường thẳng qua $A$ và vuông góc với mặt phẳng $?
Trong mặt phẳng \(\left( P \right)\) cho hình vuông \(ABCD\) cạnh \(a\). Trên đường thẳng qua \(A\) và vuông góc với mặt phẳng \(\left( P \right)\) lấy điểm \(S\) sao cho \(SA = a\). Mặt cầu đường kính \(AC\) cắt các đường thẳng \(SB,\) \(SC,\) \(SD\) lần lượt tại \(M \ne B,\) \(N \ne C,\) \(P \ne D\). Tính diện tích tứ giác \(AMNP\)?
A. \(\dfrac{{{a^2}\sqrt 3 }}{6}.\)
B. \(\dfrac{{{a^2}\sqrt 6 }}{{12}}.\)
C. \(\dfrac{{{a^2}\sqrt 2 }}{4}.\)
D. \(\dfrac{{{a^2}\sqrt 6 }}{2}.\)

Đáp án A

Chọn A

Nhận thấy \(AM \bot SB,\) \(AP \bot SD,\) \(AN \bot SC\).
Chứng minh được \(SC \bot \left( {AMP} \right),\) mà \(AN \bot SC\) nên \(A\,,\,\,M\,,\,\,N\,,\,\,P\) đồng phẳng.
Vì \(\Delta SAB = \Delta SAD \Rightarrow AM = AP\) và \(SM = SP\). Khi đó \(\dfrac{{SM}}{{SB}} = \dfrac{{SP}}{{SD}} \Rightarrow MP\parallel BD\,.\)
Ta có \(\left\{ \begin{array}{l}BD \bot AC\\BD \bot SA\end{array} \right. \Rightarrow BD \bot \left( {SAC} \right) \Rightarrow MP \bot \left( {SAC} \right) \Rightarrow MP \bot AN\,.\) Suy ra \({S_{AMNP}} = \dfrac{1}{2}MP.AN\).
Trong tam giác vuông \(SAC,\) ta có \(AN = \dfrac{{AS.AC}}{{\sqrt {A{S^2} + A{C^2}} }} = \dfrac{{a.a\sqrt 2 }}{{\sqrt {{a^2} + 2{a^2}} }} = \dfrac{{a\sqrt 6 }}{3}\,.\)
Trong tam giác vuông \(SAB,\) ta có \(SM = \dfrac{{S{A^2}}}{{SB}} = \dfrac{{S{A^2}}}{{\sqrt {S{A^2} + A{B^2}} }} = \dfrac{{{a^2}}}{{\sqrt {{a^2} + {a^2}} }} = \dfrac{a}{{\sqrt 2 }}\,.\)
Vì \(MP\parallel BD \Rightarrow \dfrac{{MP}}{{BD}} = \dfrac{{SM}}{{SB}} = \dfrac{1}{2} \Rightarrow MP = \dfrac{1}{2}BD = \dfrac{a}{{\sqrt 2 }}\,.\)
Vậy \({S_{AMNP}} = \dfrac{1}{2}MP.AN = \dfrac{1}{2}.\dfrac{a}{{\sqrt 2 }}.\dfrac{{a\sqrt 6 }}{3} = \dfrac{{{a^2}}}{{2\sqrt 3 }} = \dfrac{{{a^2}\sqrt 3 }}{6}\,.\)
Nhận xét: Để ý kĩ hơn ta có thể thấy ngay, \(MP\) là đường trung bình của \(\Delta SBD,\) khi đó ta có thể dễ dàng tính được \(MP = \dfrac{1}{2}BD\).