Cho lăng trụ đứng ABCD.A'B'C'D' có đáy là hình thoi cạnh a, . Gọi M là trung điểm cạnh AA', N là trug điểm cạnh CC'. Chứng minh bốn điểm B', M, D, N cùng thuộc 1 mặt phẳng. Hãy tính độ dài cạnh AA' theo a để tứ giác B'MDN LÀ HÌNH VUÔNG.
Chứng minh B', M, D, N cùng thuộc một mặt phẳng:
Ta có AMC'N, ABC'D' là các hình bình hành nên MN, AC' và BD' cắt nhau tại trung điểm mỗi đường.
Do BD' và MN cắt nhau tại trung điểm mỗi đường nên B'MDN là hình bình hành. Vậy B', M, D, N cùng thuộc một mặt phẳng.
Tính AA'. Đặt AA' = 2x. Ta có:
MB = =
BN = =
Suy ra MB = BN hay B'MDN là hình thoi. Để B'MDN là hình vuông thì điều kiện cần và đủ là tam giác BMN vuông tại B hay MN2 = MB2 + BN2 (1).
Ta có AMNC là hình bình hành nên: MN = AC = a
Do đó: (1) <=> 3a2 = 2(a2 + x2) <=> x = . Vậy AA' = 2x =a.