Trong không gian Oxyz, cho mặt cầu \(\left( S \right):{\left( {x - 3} \right)^2} + {\left( {y - 1} \right)^2} + {\left( {z - 1} \right)^2} = 4\) và hai điểm A(-1;2;-3); B(5;2;3). Gọi M là điểm thay đổi trên mặt cầu (S). Tính giá trị lớn nhất của biểu thức \(2M{A^2} + M{B^2}\).
A. 5
B. 123
C. 65
D. 112
Lời giải của giáo viên
ToanVN.com
Ta xác định điểm H(x;y;z) sao cho \(2.\overrightarrow {HA} + \overrightarrow {HB} = \overrightarrow 0 \)
\(\overrightarrow {HA} = \left( { - 1 - x;2 - y; - 3 - z} \right)\); \(\overrightarrow {HB} = \left( {5 - x;2 - y;3 - z} \right)\) nên
\(\begin{array}{l}
2\overrightarrow {HA} + \overrightarrow {HB} = \overrightarrow 0 \Leftrightarrow \left( { - 2 - 2x;4 - 2y; - 6 - 2z} \right) + \left( {5 - x;2 - y;3 - z} \right) = \overrightarrow 0 \\
\Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}
- 2 - 2x + 5 - x = 0\\
4 - 2y + 2 - y = 0\\
- 6 - 2z + 3 - z = 0
\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}
x = 1\\
y = 2\\
z = - 1
\end{array} \right. \Rightarrow H\left( {1;2; - 1} \right)
\end{array}\)
Ta có
\(\begin{array}{l}
2M{A^2} + M{B^2} = 2{\overrightarrow {MA} ^2} + {\overrightarrow {MB} ^2} = 2.{\left( {\overrightarrow {MH} + \overrightarrow {HA} } \right)^2} + {\left( {\overrightarrow {MH} + \overrightarrow {HB} } \right)^2}\\
= 2.\left( {M{H^2} + 2\overrightarrow {MH} .\overrightarrow {HA} + H{A^2}} \right) + \left( {M{H^2} + 2.\overrightarrow {MH} .\overrightarrow {HB} + H{B^2}} \right)\\
= 3M{H^2} + 2H{A^2} + H{B^2} + 2\overrightarrow {MH} \left( {2\overrightarrow {HA} + \overrightarrow {HB} } \right)\\
= 3M{H^2} + 2H{A^2} + H{B^2}\left( {do\,\,2.\overrightarrow {HA} + \overrightarrow {HB} = \overrightarrow 0 } \right)
\end{array}\)
Ta có \(\overrightarrow {HA} = \left( { - 2;0; - 2} \right);\overrightarrow {HB} = \left( {4;0;4} \right) \Rightarrow H{A^2} = 8;H{B^2} = 32\) nên \(2M{A^2} + M{B^2} = 3M{H^2} + 2.8 + 32 = 3M{H^2} + 48\)
Từ đó \(2M{A^2} + M{B^2}\) lớn nhất khi \(MH^2\) lớn nhất hay MH lớn nhất.
Mặt cầu (S) có tâm I(3;1;1), bán kính R = 2.
Ta có \(M{H_{\max }} = HI + R = \sqrt {4 + 1 + 4} + 2 = 5\).
Như vậy \(2M{A^2} + M{B^2}\) đạt GTLN là \(3M{H^2} + 48 = 3.25 + 48 = 123\).
CÂU HỎI CÙNG CHỦ ĐỀ
Xét hai số thực a, b dương khác 1. Mệnh đề nào sau đây đúng?
Cho a là số thực dương bất kì khác 1. Tính \(S = {\log _a}\left( {{a^3}\sqrt[4]{a}} \right)\).
Trong không gian Oxyz, phương trình của mặt phẳng (P) đi qua điểm B(2;1;-3), đồng thời vuông góc với hai mặt phẳng \(\left( Q \right):x + y + 3z = 0,\left( R \right):2x - y + z = 0\) là:
Đường cong trong hình vẽ sau đây là đồ thị của hàm số nào?
.png)
Trong không gian Oxyz, cho hai mặt phẳng \(\left( P \right):x + 2y - 2z - 6 = 0\) và \(\left( Q \right):x + 2y - 2z + 3 = 0\). Khoảng cách giữa hai mặt phẳng (P) và (Q) bằng
Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng \(\left( P \right):2x - y + z + 4 = 0\). Khi đó mặt phẳng (P) có một vectơ pháp tuyến là
Đồ thị hàm số \(y = \frac{{x + 1}}{{4x - 1}}\) có đường tiệm cận ngang là đường thẳng nào sau đây?
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho \(\overrightarrow a = \overrightarrow i + 3\overrightarrow j - 2\overrightarrow k \). Tọa độ của vectơ \(\overrightarrow a \) là
Cho hình H là đa giác đều có 24 đỉnh. Chọn ngẫu nhiên 4 đỉnh của H. Tính xác suất sao cho 4 đỉnh được chọn tạo thành một hình chữ nhật nhưng không phải hình vuông.
Biết \(\int\limits_1^2 {\frac{{{x^3}dx}}{{\sqrt {{x^2} + 1} - 1}}} = a\sqrt 5 + b\sqrt 2 + c\) với \(a, b, c\) là các số hữu tỉ. Tính \(P = a + b + c\).
Trong không gian Oxyz, cho điểm \(A\left( { - 4;0;1} \right)\) và mặt phẳng \(\left( P \right):x - 2y - z + 4 = 0\). Mặt phẳng (Q) đi qua điểm A và song song với mặt phẳng (P) có phương trình là
Tìm nghiệm của phương trình \({\log _2}\left( {x - 5} \right) = 4\).
Từ các chữ số 1; 5; 6; 7 có thể lập được bao nhiêu số tự nhiên có 4 chữ số đôi một khác nhau?
Biết bất phương trình \({\log _5}\left( {{5^x} - 1} \right).{\log _{25}}\left( {{5^{x + 1}} - 5} \right) \le 1\) có tập nghiệm là đoạn [a;b]. Giá trị của \(a+b\) bằng
Cho một hình trụ có chiều cao bằng 2 và bán kính đáy bằng 3. Thể tích khối trụ đã cho bằng


