Đề kiểm tra 1 tiết chương 7: Phương pháp tọa độ trong không gian - Đề số 1
-
Hocon247
-
25 câu hỏi
-
45 phút
-
659 lượt thi
-
Trung bình
Tham gia [ Hs Hocon247.com ] - Cộng Đồng Luyện Thi Trực Tuyến để được học tập những kiến thức bổ ích từ HocOn247.com
Trong không gian với hệ tọa độ $Oxyz$ , cho điểm $M$ thỏa mãn hệ thức \(\overrightarrow {OM} = 2\vec i + \vec j\). Tọa độ của điểm $M$ là
Ta có: \(\overrightarrow {OM} = 2\vec i + \vec j \Rightarrow \overrightarrow {OM} = 2.\vec i + 1.\vec j + 0.\overrightarrow k \Leftrightarrow M\left( {2;1;0} \right)\)
Hướng dẫn giải:
Sử dụng định nghĩa điểm \(M\left( {x;y;z} \right) \Leftrightarrow \overrightarrow {OM} = x.\overrightarrow i + y.\overrightarrow j + z.\overrightarrow k \)
Giải thích thêm:
Một số em sẽ chọn nhầm đáp án C là sai.
Cho đường thẳng $d$ có phương trình $d:\left\{ \begin{array}{l}x = 2t\\y = 1 - t\\z = 3 + t\end{array} \right.$ và mặt phẳng $(P)$ có phương trình $(P):x + y + z - 10 = 0$. Trong các khẳng định sau, khẳng định nào đúng?
Giả sử $M$ là giao điểm của $(d)$ và $(P)$.
Lấy \(M \in (d) \Rightarrow M\left( {2t;1 - t;3 + t} \right)\)
Vì \(M \in (P) \Rightarrow 2t + 1 - t + 3 + t - 10 = 0 \Leftrightarrow 2t - 6 = 0 \Leftrightarrow t = 3\)
Suy ra ta có \(M\left( {6; - 2;6} \right)\), suy ra $d$ cắt $(P)$ tại $1$ điểm duy nhất. Do đó, loại đáp án A và B.
Mặt khác giả sử $d \bot (P) \Rightarrow \dfrac{2}{1} = \dfrac{1}{1} = \dfrac{{ - 1}}{1}$(vô lý). Do đó loại C
Hướng dẫn giải:
Tìm số giao điểm của $(d)$ và $(P)$
Trong không gian với hệ tọa độ $Oxyz$, cho mặt cầu $\left( S \right):{x^2} + {y^2} + {z^2} - 2{\rm{x}} - 4y + 4{\rm{z}} - 16 = 0$ và đường thẳng $d:\dfrac{{x - 1}}{1} = \dfrac{{y + 3}}{2} = \dfrac{z}{2}$. Mặt phẳng nào trong các mặt phẳng sau chứa $d$ và tiếp xúc với mặt cầu $(S)$.
Ta xét mặt cầu $(S):{(x - 1)^2} + {(y - 2)^2} + {(z + 2)^2} = 25$
$\Rightarrow I(1;2; - 2);R = 5$
Điểm $A(1;-3;0)$ thuộc $d$ nên $A \in (P)$ và $d(I;(P)) = 5$ nên thử các đáp án ta thấy C đúng.
Hướng dẫn giải:
Mặt cầu: ${(x - a)^2} + {(y - b)^2} + {(z - c)^2} = {R^2} \Rightarrow I(a;b;c);bkR$
Hai véc tơ không cùng phương \(\overrightarrow a ,\overrightarrow b \) được gọi là cặp véc tơ chỉ phương (VTCP) của \(\left( P \right)\) nếu giá của chúng:
Hai véc tơ \(\overrightarrow a ,\overrightarrow b \left( { \ne \overrightarrow 0 } \right)\) được gọi là cặp véc tơ chỉ phương (VTCP) của \(\left( P \right)\) nếu giá của chúng nằm trong \(\left( P \right)\) hoặc song song với \(\left( P \right)\).
Giải thích thêm:
Một số em có thể sẽ chọn nhầm đáp án D vì nhầm với véc tơ pháp tuyến của mặt phẳng.
Trong không gian $Oxyz$, cho hình bình hành $ABCD$ với $A\left( {0,1,1} \right),{\rm{ }}B\left( { - 2,3,1} \right)$ và $C\left( {4, - 3,1} \right)$. Phương trình nào không phải là phương trình tham số của đường chéo $BD$.
Gọi \(I\) là tâm của hình bình hành $ABCD$. Suy ra \(I\) là trung điểm của $AC$. Ta có $I\left( {2, - 1,1} \right)$.
Phương trình $BI$ cũng chính là phương trình đường chéo $BD$.
+ Phương trình $BI$ nhận \(\overrightarrow {BI} = (4, - 4,0)\) là vectơ chỉ phương
+ qua điểm $B\left( { - 2,3,1} \right)$ và cũng qua điểm $I\left( {2, - 1,1} \right)$.
Vì phương trình tham số ở câu D có vecto chỉ phương là \((1,1,0)\), đây không là vecto chỉ phương của $BI$.
Hướng dẫn giải:
Sử dụng tính chất hai đường chéo của hình bình hành cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường nên \(BD\) đi qua trung điểm \(I\) của \(AC\).
- Tìm tọa độ trung điểm \(I\) của \(AC\).
- Viết phương trình đường thẳng \(BI\) cũng chính là phương trình đường thẳng \(BD\) cần tìm.
Trong không gian với hệ tọa độ \(Oxyz\), cho các điểm \(A\left( {0;0;2} \right)\), \(B\left( {1;0;0} \right)\), \(C\left( {2;2;0} \right)\) và \(D\left( {0;m;0} \right)\). Điều kiện cần và đủ của \(m\) để khoảng cách giữa hai đường thẳng \(AB\) và \(CD\) bằng \(2\) là:
Ta có \(\overrightarrow {AB} = \left( {1;0; - 2} \right)\), \(\overrightarrow {CD} = \left( { - 2;m - 2;0} \right)\) và \(\overrightarrow {AC} = \left( {2;2; - 2} \right)\).
Suy ra \(\left[ {\overrightarrow {AB} ;\overrightarrow {CD} } \right] = \left( {2m - 4;4;m - 2} \right)\).
Do đó \(d\left[ {AB,CD} \right] = \dfrac{{\left| {\left[ {\overrightarrow {AB} ;\overrightarrow {CD} } \right].\overrightarrow {AC} } \right|}}{{\left| {\left[ {\overrightarrow {AB} ;\overrightarrow {CD} } \right]} \right|}} \Leftrightarrow \dfrac{{\left| {2\left( {2m - 4} \right) + 8 - 2\left( {m - 2} \right)} \right|}}{{\sqrt {{{\left( {2m - 4} \right)}^2} + {4^2} + {{\left( {m - 2} \right)}^2}} }} = 2\)
\( \Leftrightarrow \left| {2m + 4} \right| = 2\sqrt {5{m^2} - 20m + 36} \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}m = 4\\m = 2\end{array} \right.\).
Hướng dẫn giải:
Khoảng cách \(AB\) và \(CD\) được tính theo công thức \(d\left( {AB,CD} \right) = \dfrac{{\left| {\left[ {\overrightarrow {AB} ;\overrightarrow {CD} } \right].\overrightarrow {AC} } \right|}}{{\left| {\left[ {\overrightarrow {AB} ;\overrightarrow {CD} } \right]} \right|}}.\)
Trong không gian với hệ trục tọa độ $Oxyz$, cho các phương trình sau, phương trình nào không phải là phương trình của mặt cầu?
Phương trình đáp án B có dạng \({\left( {x - a} \right)^2} + {\left( {y - b} \right)^2} + {\left( {z - c} \right)^2} = {R^2}\) với \(a = - 1,b = 2,c = 1\) và \(R = 3\) là phương trình mặt cầu.
Phương trình đáp án A có dạng \({x^2} + {y^2} + {z^2} + 2ax + 2by + 2cz + d = 0\) với \(a = - 1,b = - 1,c = - 1,d = - 8\) có \(R = \sqrt {{a^2} + {b^2} + {c^2} - d} = \sqrt {11} \) là một phương trình mặt cầu.
Xét phương án C có
\(2{x^2} + 2{y^2} + 2{z^2} - 4x + 2y + 2z + 16 = 0 \Leftrightarrow {x^2} + {y^2} + {z^2} - 2x + y + z + 8 = 0\).
Phương trình có dạng \({x^2} + {y^2} + {z^2} + 2ax + 2by + 2cz + d = 0\) với \(a = 1,b = - \dfrac{1}{2},c = - \dfrac{1}{2},d = 8\) có \({a^2} + {b^2} + {c^2} - d = 1 + \dfrac{1}{4} + \dfrac{1}{4} - 8 < 0.\)
Không phải là phương trình mặt cầu.
Hướng dẫn giải:
Điều kiện cần và đủ để \({x^2} + {y^2} + {z^2} + 2ax + 2by + 2cz + d = 0\) là phương trình mặt cầu là \({a^2} + {b^2} + {c^2} - d > 0\)
Giải thích thêm:
Một số em có thể sẽ chọn nhầm đáp án A vì xác định sai số \(d = 8\) dẫn đến tính \({a^2} + {b^2} + {c^2} - d < 0\) là sai.
Trong không gian với hệ tọa độ $Oxyz$, phương trình nào dưới đây là phương trình chính tắc của đường thẳng \(d:\left\{ \begin{array}{l}x = 1 + 2t\\y = 3t\\z = - 2 + t\end{array} \right.\)
Ta có: \(d:\left\{ \begin{array}{l}x = 1 + 2t\\y = 3t\\z = - 2 + t\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}M\left( {1;0; - 2} \right)\\\overrightarrow u = \left( {2;3;1} \right)\end{array} \right. \Rightarrow \dfrac{{x - 1}}{2} = \dfrac{y}{3} = \dfrac{{z + 2}}{1}\)
Hướng dẫn giải:
- Tìm điểm đi qua và VTCP của đường thẳng.
- Viết phương trình chính tắc của đường thẳng \(\dfrac{{x - {x_0}}}{a} = \dfrac{{y - {y_0}}}{b} = \dfrac{{z - {z_0}}}{c}\)
Giải thích thêm:
Một số em sẽ chọn nhầm đáp án A vì xác định sai dạng của phương trình chính tắc \(\dfrac{{x + {x_0}}}{a} = \dfrac{{y + {y_0}}}{b} = \dfrac{{z + {z_0}}}{c}\)
Trong không gian $Oxyz$, cho mặt phẳng $\left( P \right):x - y + 3 = 0$. Vec-tơ nào sau đây không là vecto pháp tuyến của mặt phẳng $\left( P \right)$ .
Nhận thấy \((P):x - y + 3 = 0\) nhận \(\overrightarrow n = \left( {1; - 1;0} \right)\) làm véc tơ pháp tuyến nên các véc tơ \(\overrightarrow a = \left( {3; - 3;0} \right),\overrightarrow a = \left( { - 1;1;0} \right)\) cũng là các véc tơ pháp tuyến của \(\left( P \right)\).
Hướng dẫn giải:
Mặt phẳng $\left( P \right):ax + by + cz + d = 0$ nhận vectơ \(\vec n = (a,b,c)\) là một vectơ pháp tuyến thì $\left( P \right)$ cũng nhận vectơ \(k.\vec n\) làm vectơ pháp tuyến.
Giải thích thêm:
Một số em sẽ chọn nhầm đáp án D vì không đọc kỹ phương trình.
Trong không gian với hệ tọa độ $Oxyz$ cho mặt phẳng \((P):4x + y - 2 = 0\) . Đường thẳng nào trong các đường thẳng sau vuông góc với mặt phẳng $(P)$.
$\left( P \right)$ vuông góc với $d \Leftrightarrow \overrightarrow {{n_P}} //\overrightarrow {{u_d}} \Leftrightarrow \overrightarrow {{n_P}} = k.\overrightarrow {{u_d}} $.
Ta có: \(\overrightarrow {{n_P}} = \left( {4;1;0} \right)\) và trong các đáp án chỉ có đáp án D thỏa mãn $\overrightarrow {{n_P}} $ cùng phương $\overrightarrow {{u_d}} $.
Hướng dẫn giải:
$(P)$ vuông góc với $d$, suy ra $\overrightarrow {{n_P}} $ cùng phương $\overrightarrow {{u_d}} $.
Cho \(\overrightarrow a = \left( {5;1;3} \right),\overrightarrow b = \left( { - 1; - 3; - 5} \right)\) là cặp VTCP của mặt phẳng \(\left( P \right)\). Véc tơ nào sau đây là một véc tơ pháp tuyến của \(\left( P \right)\)?
Ta có: \(\overrightarrow a = \left( {5;1;3} \right),\overrightarrow b = \left( { - 1; - 3; - 5} \right)\)
\(\left[ {\overrightarrow a ,\overrightarrow b } \right] = \left( {\left| {\begin{array}{*{20}{c}}\begin{array}{l}1\\ - 3\end{array}&\begin{array}{l}3\\ - 5\end{array}\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}\begin{array}{l}3\\ - 5\end{array}&\begin{array}{l}5\\ - 1\end{array}\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}\begin{array}{l}5\\ - 1\end{array}&\begin{array}{l}1\\ - 3\end{array}\end{array}} \right|} \right) = \left( {4;22; - 14} \right)\)
Do đó \(\overrightarrow n = \left( {4;22; - 14} \right)\) là một VTPT của \(\left( P \right)\) nên \(\dfrac{1}{2}\overrightarrow n = \left( {2;11; - 7} \right)\) cũng là một VTPT của \(\left( P \right)\).
Hướng dẫn giải:
Nếu \(\overrightarrow a ,\overrightarrow b \) là cặp VTCP của \(\left( P \right)\) thì \(\left[ {\overrightarrow a ,\overrightarrow b } \right]\) là một VTPT của \(\left( P \right)\).
Giải thích thêm:
- Một số em có thể sẽ chọn nhầm đáp án C vì tính sai tích có hướng của hai véc tơ.
- Có thể làm bài toán bằng cách thử đáp án với chú ý: VTPT vuông góc với cả hai VTCP.
Cụ thể: \(\left( {1;2;0} \right).\left( {5;1;3} \right) \ne 0\) nên loại.
\(\left( {2;11; - 7} \right).\left( {5;1;3} \right) = 0;\left( {2;11; - 7} \right).\left( { - 1; - 3; - 5} \right) = 0\) nên B đúng.
Trong không gian với hệ tọa độ $Oxyz$, cho đường thẳng \(d:\dfrac{x}{1} = \dfrac{{y - 1}}{2} = \dfrac{{z + 1}}{{ - 1}}\) và điểm $A\left( {5,4, - 2} \right)$. Phương trình mặt cầu đi qua điểm $A$ và có tâm là giao điểm của $d$ với mặt phẳng $(Oxy)$ là
Giả sử $M$ là giao điểm của $d$ với mặt phẳng $\left( {Oxy} \right)$.
Viết phương trình đường thẳng $d$ dưới dạng tham số \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{x = t}&{}\\{y = 1 + 2t}&{}\\{z = - 1 - t}&{}\end{array}} \right.\)
Ta có $M$ thuộc $d$ nên $M\left( {t,2t + 1, - t - 1} \right)$ .
Vì M thuộc $\left( {Oxy} \right):z = 0$ nên có $ - t - 1 = 0$ hay $t = - 1$, suy ra $M\left( { - 1, - 1,0} \right)$.
Phương trình mặt cầu cần tìm có tâm $M\left( { - 1, - 1,0} \right)$, bán kính \(MA = \sqrt {{{(5 + 1)}^2} + {{(4 + 1)}^2} + {{( - 2 - 0)}^2}} = \sqrt {65} \)
Hướng dẫn giải:
- Tìm tâm mặt cầu: Tọa độ giao điểm thỏa mãn phương trình đường thẳng và mặt cầu.
- Tính bán kính mặt cầu, từ đó suy ra phương trình mặt cầu.
Giải thích thêm:
Một số em có thể sẽ chọn nhầm đáp án D vì tính sai tọa độ điểm \(M\).
Điểm \(M\) thỏa mãn \(\overrightarrow {OM} = \overrightarrow i - 3\overrightarrow j + \overrightarrow k \) có tọa độ:
\(\overrightarrow {OM} = \overrightarrow i - 3\overrightarrow j + \overrightarrow k \Rightarrow M\left( {1; - 3;1} \right)\).
Trong không gian với hệ tọa độ $Oxyz$, cho mặt cầu $(S)$ có phương trình \({(x + 1)^2} + {(y - 1)^2} + {(z - 2)^2} = 4\). Phương trình nào sau đây là phương trình của mặt cầu đối xứng với mặt cầu $(S)$ qua trục $Oz$.
Bước 1: Gọi $(S’)$ là mặt cầu đối xứng với mặt cầu $(S)$ qua trục $Oz$.
$(S)$ có tâm \(I( - 1;1;2)\) và \(R = 2\)
Bước 2: Tìm $J$ là điểm đối xứng của tâm mặt cầu $(S)$ qua $Oz$.
Lấy đối xứng điểm $I$ qua trục $Oz$ ta được \(J(1; - 1;2)\).
Bước 3: Tìm mặt cầu $(S’)$
$(S’)$ có tâm $J$ và bán kính $R$ có phương trình là: \({(x - 1)^2} + {(y + 1)^2} + {(z - 2)^2} = 4\)
Hướng dẫn giải:
Bước 1: Gọi $(S’)$ là mặt cầu đối xứng với mặt cầu $(S)$ qua trục $Oz$.
Bước 2: Tìm $J$ là điểm đối xứng của tâm mặt cầu $(S)$ qua $Oz$.
(Điểm $M(x;y;z)$ lấy đối xứng qua trục $Oz$ ta được $M'(-x;-y;z)$).
Bước 3: Tìm mặt cầu $(S’)$
Mặt cầu $(S’)$ có tâm $J$ và bán kính $R$.
Trong không gian với hệ tọa độ $Oxyz$, cho mặt cầu $\left( S \right):{x^2} + {y^2} + {z^2} + 2x - 4y + 6z + 5 = 0$. Tiếp diện của $(S)$ tại điểm $M(-1;2;0)$ có phương trình là:
Mặt cầu $\left( S \right)$ có tâm $I\left( { - 1;2; - 3} \right)$ và bán kính $R = 3$
Ta có : $M( - 1;2;0) \in \left( S \right)$
Gọi $\left( \alpha \right)$ là mặt phẳng tiếp diện của $\left( S \right)$ tại $M$.
Khi đó $\left( \alpha \right)$ đi qua $M$ và nhận $\overrightarrow {IM} \left( {0;0;3} \right)$ làm véctơ pháp tuyến
Vậy $\left( \alpha \right):0(x + 1) + 0(y - 2) + 3(z - 0) = 0 \Leftrightarrow z = 0$
Hướng dẫn giải:
+ Tìm tọa độ tâm $I$ và bán kính $R$ của mặt cầu $\left( S \right)$
+ Phương trình tiếp diện của $\left( S \right)$ tại $M \in \left( S \right)$ đi qua $M$ và nhận $\overrightarrow {IM} $ làm véctơ pháp tuyến
Trong không gian với hệ trục tọa độ $Oxyz$, cho ba điểm $A\left( {1;2; - 1} \right),B\left( {2; - 1;3} \right),C\left( { - 3;5;1} \right)$. Tìm tọa độ điểm $D$ sao cho tứ giác $ABCD$ là hình bình hành.
Có \(\overrightarrow {AB} = \left( {2 - 1; - 1 - 2;3 + 1} \right) = \left( {1; - 3;4} \right)\) và \(\overrightarrow {DC} = ( - 3 - {x_D};5 - {y_D};1 - {z_D})\).
ABCD là hình bình hành khi và chỉ khi \(\overrightarrow {AB} = \overrightarrow {DC} \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l} - 3 - {x_D} = 1\\5 - {y_D} = - 3\\1 - {z_D} = 4\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_D} = - 4\\{y_D} = 8\\{z_D} = - 3\end{array} \right.\)
Hướng dẫn giải:
- Sử dụng công thức tính tọa độ véc tơ \(\overrightarrow {AB} = \left( {{x_B} - {x_A};{y_B} - {y_A};{z_B} - {z_A}} \right)\)
- Sử dụng điều kiện để tứ giác \(ABCD\) là hình bình hành \( \Leftrightarrow \overrightarrow {AB} = \overrightarrow {DC} \)
Giải thích thêm:
Nhiều em sẽ chọn nhầm đáp án C vì xác định sai điều kiện hình bình hành là \(\overrightarrow {AB} = \overrightarrow {CD} \) là sai.
Trong không gian Oxyz, cho \(M\left( -1;3;4 \right)\), mặt phẳng (P) đi qua M cắt các trục Ox, Oy, Oz tại các điểm A, B, C sao cho M là trực tâm \(\Delta ABC\). Thể tích khối tứ diện OABC bằng

+) Ta có:
\(AM\bot CB\) (vì M là trực tâm tam giác ABC)
\(OA\bot CB\) (vì \(OA\bot OB,\,\,OA\bot OC\Rightarrow OA\bot \left( OBC \right)\Leftrightarrow OA\bot BC\))
\(\Rightarrow BC\bot \left( OMA \right)\Rightarrow BC\bot OM\)
Tương tự, chứng minh được \(AC\bot OM\Rightarrow OM\bot \left( ABC \right)\)
+) Viết phương trình mặt phẳng \(\left( ABC \right)\):
\(M\left( -1;3;4 \right),\,\,\overrightarrow{OM}\left( -1;3;4 \right)\)
Phương trình mặt phẳng (ABC): \(-1\left( x+1 \right)+3\left( y-3 \right)+4\left( z-4 \right)=0\Leftrightarrow -x+3y+4z-26=0\)
+) Tìm tọa độ các điểm A, B, C:
Cho \(y=z=0\Rightarrow x=26\Rightarrow A\left( 26;0;0 \right)\)
Cho \(x=z=0\Rightarrow y=\frac{26}{3}\Rightarrow B\left( 0;\frac{26}{3};0 \right)\)
Cho \(x=y=0\Rightarrow z=\frac{13}{2}\Rightarrow C\left( 0;0;\frac{13}{2} \right)\)
Thể tích khối tứ diện OABC : \(V=\frac{1}{6}.26.\frac{26}{3}.\frac{13}{2}=\frac{2197}{9}\).
Hướng dẫn giải:
- Chứng minh : \(OM\bot \left( ABC \right)\)
- Viết phương trình mặt phẳng \(\left( ABC \right)\), là mặt phẳng đi qua M và nhận \(\overrightarrow{OM}\) là 1 VTPT.
- Tìm tọa độ giao điểm của (ABC) và các trục tọa độ, từ đó tính thể tích khối tứ diện OABC.
Cho hai điểm \(A\left( {1; - 2;0} \right),B\left( {0;1;1} \right)\), độ dài đường cao \(OH\) của tam giác \(OAB\) là:
Ta có: \(\overrightarrow {OA} = \left( {1; - 2;0} \right),\overrightarrow {AB} = \left( { - 1;3;1} \right)\)
$ \Rightarrow \left[ {\overrightarrow {OA} ,\overrightarrow {AB} } \right] = \left( {\left| {\begin{array}{*{20}{c}}\begin{array}{l} - 2\\3\end{array}&\begin{array}{l}0\\1\end{array}\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}\begin{array}{l}0\\1\end{array}&\begin{array}{l}1\\ - 1\end{array}\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}\begin{array}{l}1\\ - 1\end{array}&\begin{array}{l} - 2\\3\end{array}\end{array}} \right|} \right) = \left( { - 2; - 1;1} \right)$
Do đó \(OH = d\left( {O,AB} \right) = \dfrac{{\left| {\left[ {\overrightarrow {OA} ,\overrightarrow {AB} } \right]} \right|}}{{\left| {\overrightarrow {AB} } \right|}} = \dfrac{{\sqrt {{2^2} + {1^2} + {1^2}} }}{{\sqrt {{1^2} + {3^2} + {1^2}} }} = \dfrac{{\sqrt {66} }}{{11}}\)
Hướng dẫn giải:
- Tìm véc tơ chỉ phương \(\overrightarrow u \) của đường thẳng \(AB\).
- Đường cao \(OH\) chính là khoảng cách từ điểm \(O\) đến đường thẳng \(AB\).
Trong không gian tọa độ \(Oxyz\) cho \(d:\dfrac{{x - 1}}{{ - 3}} = \dfrac{{y - 3}}{2} = \dfrac{{z - 1}}{{ - 2}}\) và mặt phẳng \(\left( P \right):x - 3y + z - 4 = 0\). Phương trình hình chiếu của \(d\) trên \(\left( P \right)\) là:
Đường thẳng \(d\) đi qua \(A\left( {1;3;1} \right)\) và có VTCP \(\overrightarrow {{u_d}} = \left( { - 3;2; - 2} \right)\).
Mặt phẳng \(\left( Q \right)\) chứa \(d\) và vuông góc với \(\left( P \right)\) nên \(\overrightarrow {{n_Q}} = \left[ {\overrightarrow {{n_P}} ,\overrightarrow {{u_d}} } \right]\)
Ta có: \(\overrightarrow {{n_P}} = \left( {1; - 3;1} \right)\) và \(\overrightarrow {{u_d}} = \left( { - 3;2; - 2} \right) \Rightarrow \left[ {\overrightarrow {{n_P}} ,\overrightarrow {{u_d}} } \right] = \left( {4; - 1; - 7} \right)\)
Mặt phẳng \(\left( Q \right)\) đi qua \(A\left( {1;3;1} \right)\) và nhận \(\overrightarrow {{n_Q}} = \left( {4; - 1; - 7} \right)\) làm VTPT nên \(\left( Q \right):4\left( {x - 1} \right) - \left( {y - 3} \right) - 7\left( {z - 1} \right) = 0 \Leftrightarrow 4x - y - 7z + 6 = 0\)
Đường thẳng cần tìm là giao tuyến của \(\left( P \right),\left( Q \right)\).
Dễ thấy điểm \(\left( {0; - 1;1} \right)\) thuộc cả hai mặt phẳng và \(\left[ {\overrightarrow {{n_P}} ,\overrightarrow {{n_Q}} } \right] = \left( {2;1;1} \right)\)
Do đó \(d'\) đi qua \(A\left( {0; - 1;1} \right)\) và có VTCP \(\overrightarrow {{u_{d'}}} = \left( {2;1;1} \right)\).
Hướng dẫn giải:
- Viết phương trình mặt phẳng \(\left( Q \right)\) đi qua \(d\) và vuông góc với \(\left( P \right)\).
- Đường thẳng cần tìm là giao tuyến của \(\left( P \right)\) và \(\left( Q \right)\).
Trong không gian với hệ tọa độ $Oxyz$, cho các điểm $A\left( {1,2, - 4} \right);{\rm{ }}B\left( {1, - 3,1} \right){\rm{ }} và {\rm{ }}C\left( {2,2,3} \right)$. Mặt cầu $(S) $ đi qua $A,B,C$ và có tâm thuộc mặt phẳng $(xOy) $ có bán kính là :
Tâm $I$ thuộc mặt phẳng $\left( {xOy} \right):z = 0$ nên ta có $z = 0$ . Suy ra, giả sử $I\left( {x,y,0} \right)$.
Mặt cầu $\left( S \right)$ qua $A,B,C$ nên ta có \(IA = IB = IC = R\)
Ta có
\(\left\{ \begin{array}{l}I{A^2} = I{B^2}\\I{B^2} = I{C^2}\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{(x - 1)^2} + {(y - 2)^2} + {(4)^2} = {(x - 1)^2} + {(y + 3)^2} + {( - 1)^2}\\{(x - 1)^2} + {(y + 3)^2} + {( - 1)^2} = {(x - 2)^2} + {(y - 2)^2} + {(3)^2}\end{array} \right.\)
\( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l} - 4y + 4 + 16 = 6y + 9 + 1\\ - 2x + 1 + 6y + 9 + 1 = - 4x + 4 - 4y + 4 + 9\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l} - 10y = - 10\\2x + 10y = 6\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}y = 1\\x = - 2\end{array} \right.\).
Vậy $I\left( { - 2,1,0} \right)$.
Có \(IA = \sqrt {26} = R\)
Hướng dẫn giải:
- Gọi tọa độ tâm \(I\) thỏa mãn phương trình mặt phẳng.
- Mặt cầu tâm \(I\) đi qua \(3\) điểm nếu \(IA = IB = IC\), từ đó tìm \(I\) và suy ra phương trình mặt cầu.
Giải thích thêm:
Cách 2: Tâm I của (S) là giao của các mặt phẳng trung trực của AB, AC và mặt phẳng xOy.
(Vì mặt phẳng trung trực của AB là tập hợp tất cả các điểm cách đều A và B, mặt phẳng trung trực của AC là tập hợp tất cả các điểm cách đều A và C. Giao tuyến của hai mặt phẳng này cách đều 3 điểm A, B, C. Mà I cũng cách đều A, B, C nên I là giao điểm của hai mặt phẳng này và xOy).
Mặt phẳng trung trực của AB là: \(y-z-1=0\)
Mặt phẳng trung trực của AC là: \(x+7z+2=0\)
Tâm \(I(-2;1;0)\). Vậy \(R=IA=\sqrt{26}\)
Trong không gian với hệ tọa độ \(Oxyz\) cho mặt phẳng \(\left( P \right):x - 2y + 2z - 3 = 0\) và mặt cầu \(\left( S \right):{x^2} + {y^2} + {z^2} + 2x - 4y - 2z + 5 = 0\). Giả sử \(M \in \left( P \right)\) và \(N \in \left( S \right)\) sao cho \(\overrightarrow {MN} \) cùng phương với vectơ \(\overrightarrow u = \left( {1;0;1} \right)\) và khoảng cách \(MN\) lớn nhất. Tính \(MN\)
$(S)$ có tâm $I(–1;2;1)$ và $R = 1$.
Gọi $\overrightarrow v \left( {t;0;t} \right)$là vectơ cùng phương với vectơ $\overrightarrow u \left( {1;0;1} \right)$ sao cho phép tịnh tiến vectơ đó biến $(S)$ thành $(S’)$ tiếp xúc với $(P)$
Phép tịnh tiến vectơ $\overrightarrow v \left( {t;0;t} \right)$ biến $I$ thành $I’ (–1 + t; 2; 1 + t)$
Suy ra $(S’)$ có tâm $I’$ và bán kính $R’ = R = 1$.
$(S’)$ tiếp xúc $(P)$ $ ⇔ d(I; (P)) = 1 \Leftrightarrow \dfrac{{\left| { - 1 + t - 2.2 + 2\left( {1 + t} \right) - 3} \right|}}{{\sqrt {1 + 4 + 4} }} = 1 \Leftrightarrow \left| {3t - 6} \right| = 3 \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}t = 3\\t = 1\end{array} \right.$
Với $t = 3 \Rightarrow \overrightarrow v \left( {3;0;3} \right) \Rightarrow \left| {\overrightarrow v } \right| = 3\sqrt 2 $
Với $t = 1 ⇒ \overrightarrow v \left( {1;0;1} \right) \Rightarrow \left| {\overrightarrow v } \right| = \sqrt 2 $
Vậy giá trị lớn nhất của $MN $ là $3\sqrt 2 $
Hướng dẫn giải:
Giá trị lớn nhất của $MN$ chính là độ dài của vectơ lớn nhất trong các vectơ $\overrightarrow v $ mà phép tịnh tiến vectơ $\overrightarrow v $ biến mặt cầu $(S)$ thành mặt cầu $(S’)$ tiếp xúc với mặt phẳng $(P)$.
Trong không gian với hệ tọa độ $Oxyz$, cho hai đường thẳng \(d:\left\{ \begin{array}{l}x = 2t\\y = t\\z = 4\end{array} \right.\) và \(d':\left\{ \begin{array}{l}x = t'\\y = 3 - t'\\z = 0\end{array} \right.\) . Phương trình mặt cầu có đường kính là đoạn thẳng vuông góc chung của hai đường thẳng $d$ và $d'$ là:
Lấy ${\rm{A}} \in {\rm{d}} \Rightarrow {\rm{A}}\left( {2a;a;4} \right)$ và \(B \in d' \Rightarrow B\left( {b;3 - b;0} \right)\). Ta có: \(\overrightarrow {AB} = \left( {b - 2a;3 - a - b; - 4} \right)\)
$AB$ là đoạn vuông góc chung của hai đường thẳng $d$ và $d’$ khi và chỉ khi
\(\left\{ \begin{array}{l}\overrightarrow {AB} .\overrightarrow {{u_d}} = 0\\\overrightarrow {AB} .\overrightarrow {{u_{d'}}} = 0\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}2.\left( {b - 2a} \right) + 1.\left( {3 - a - b} \right) + 0.\left( { - 4} \right) = 0\\1.\left( {b - 2a} \right) - 1.\left( {3 - a - b} \right) + 0.\left( { - 4} \right) = 0\end{array} \right. \\ \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l} - 5a + b + 3 = 0\\ - a + 2b - 3 = 0\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}a = 1\\b = 2\end{array} \right.\)
Suy ra ${\rm{A}}\left( {2;1;4} \right)$, \(B\left( {2;1;0} \right)\) và \(\overrightarrow {AB} = \left( {0;0; - 4} \right)\)
Phương trình mặt cầu có đường kính là đoạn thẳng vuông góc chung của hai đường thẳng $d$ và $d'$
Có tâm $I$ là trung điểm của $AB$ và bán kính \(R = \dfrac{{AB}}{2}\).
Ta có \(I\left( {2;1;2} \right)\) và \(R = \dfrac{{AB}}{2} = \dfrac{4}{2} = 2\)
Vậy ta có \({(x - 2)^2} + {(y - 1)^2} + {(z - 2)^2} = 4\)
Hướng dẫn giải:
- Tìm ${\rm{A}} \in {\rm{d}}$ và \(B \in d'\) sao cho $AB$ là đoạn vuông góc chung của hai đường thẳng $d $ và \( d' \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}\overrightarrow {AB} .\overrightarrow {{u_d}} = 0\\\overrightarrow {AB} .\overrightarrow {{u_{d'}}} = 0\end{array} \right.\)
- Lập phương trình mặt cầu đường kính $AB$.
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, viết phươn trình mặt phẳng \(\left( P \right)\) đi qua điểm \(M\left( {1;2;3} \right)\) và cắt các tia Ox, Oy, Oz lần lượt tại các điểm A, B, C sao cho \(T = \frac{1}{{O{A^2}}} + \frac{1}{{O{B^2}}} + \frac{1}{{O{C^2}}}\) đạt giá trị nhỏ nhất.
Gọi \(A\left( {a;0;0} \right);\,\,B\left( {0;b;0} \right);\,\,C\left( {0;0;c} \right)\), khi đó phương trình mặt phẳng \(\left( P \right)\) là: \(\frac{x}{a} + \frac{y}{b} + \frac{z}{c} = 1\)
\(M\left( {1;2;3} \right) \in \left( P \right) \Rightarrow \frac{1}{a} + \frac{2}{b} + \frac{3}{c} = 1\)
Áp dụng BĐT Bunhiacopxki ta có:
\(\begin{array}{l}1 = {\left( {\frac{1}{a} + \frac{2}{b} + \frac{3}{c}} \right)^2} \le \left( {\frac{1}{{{a^2}}} + \frac{1}{{{b^2}}} + \frac{1}{{{c^2}}}} \right)\left( {{1^2} + {2^2} + {3^2}} \right)\\ \Leftrightarrow \frac{1}{{{a^2}}} + \frac{1}{{{b^2}}} + \frac{1}{{{c^2}}} \ge \frac{1}{{14}}\\ \Leftrightarrow \frac{1}{{O{A^2}}} + \frac{1}{{O{B^2}}} + \frac{1}{{O{C^2}}} \ge \frac{1}{{14}} \Rightarrow {T_{\min }} = \frac{1}{{14}}\end{array}\)
Dấu = xảy ra \( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}\frac{1}{a} = \frac{1}{{2b}} = \frac{1}{{3c}}\\\frac{1}{a} + \frac{2}{b} + \frac{3}{c} = 1\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}b = \frac{a}{2}\\c = \frac{a}{3}\\\frac{1}{a} + \frac{4}{a} + \frac{9}{a} = 1\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}a = 14\\b = 7\\c = \frac{{14}}{3}\end{array} \right. \Rightarrow \left( P \right):\,\,\frac{x}{{14}} + \frac{y}{7} + \frac{{3z}}{{14}} = 1 \Leftrightarrow x + 2y + 3z - 14 = 0\)
Hướng dẫn giải:
+) Viết phương trình mặt phẳng (ABC) ở dạng đoạn chắn.
+) Sử dụng BĐT Bunhiacopxki.
+) Tìm điều kiện để dấu đẳng thức xảy ra.
Trong không gian với hệ tọa độ \(Oxyz\), cho mặt phẳng \(\left( P \right):x + 2y = 0\). Phương trình nào sau đây là phương trình đường thẳng qua \(A\left( { - 1;3; - 4} \right)\) cắt trục \(Ox\) và song song với mặt phẳng \(\left( P \right)\):
Mặt phẳng \(\left( P \right)\) có VTPT \(\overrightarrow {{n_P}} = \left( {1;2;0} \right)\).
Gọi \(d\) là đường thẳng cần tìm. Ta có \(d \cap Ox = B\left( {b;0;0} \right)\).
Suy ra \(d\) có VTCP \(\overrightarrow {AB} = \left( {b + 1; - 3;4} \right)\).
Do \(d\parallel \left( P \right)\) nên \(\overrightarrow {AB} \bot \overrightarrow {{n_P}} \Rightarrow \left( {b + 1} \right).1 + \left( { - 3} \right).2 + 4.0 = 0 \Leftrightarrow b = 5 \Rightarrow B\left( {5;0;0} \right).\)
Đường thẳng cần tìm đi qua hai điểm \(A,{\rm{ }}B\) nên có phương trình \(\left\{ \begin{array}{l}x = 5 + 6t\\y = - 3t\\z = 4t\end{array} \right.\).
Hướng dẫn giải:
- Gọi tọa độ giao điểm \(B\) của \(d\) với \(Ox\).
- \(d//\left( P \right) \Rightarrow \overrightarrow {AB} .\overrightarrow {{n_P}} = 0\)
Cho điểm $A(0 ; 8 ; 2)$ và mặt cầu $(S)$ có phương trình \((S):{\left( {x - 5} \right)^2} + {\left( {y + 3} \right)^2} + {\left( {z - 7} \right)^2} = 72\) và điểm $B(1 ; 1 ; -9)$. Viết phương trình mặt phẳng $(P)$ qua $A$ tiếp xúc với $(S)$ sao cho khoảng cách từ $B$ đến $(P)$ là lớn nhất. Giả sử \(\overrightarrow n = \left( {1;m;n} \right)\) là véctơ pháp tuyến của $(P)$. Lúc đó:
$(S)$ có tâm $I(5;-3;7)$ và bán kính $R= 6\sqrt 2 $
Theo đề bài ta có phương trình $(P)$ có dạng $x+m(y-8)+n(z-2)=0$
Vì $(P)$ tiếp xúc với $(S) $ nên ${\rm{d}}(I,(P)) = \dfrac{{\left| {5 + m( - 3 - 8) + n(7 - 2)} \right|}}{{\sqrt {1 + {m^2} + {n^2}} }} = \dfrac{{\left| {5 - 11m + 5n} \right|}}{{\sqrt {1 + {m^2} + {n^2}} }} = 6\sqrt 2 $
$\begin{array}{l} \Leftrightarrow \left| {5 - 11m + 5n} \right| = 6\sqrt 2 .\sqrt {1 + {m^2} + {n^2}} \\ \Leftrightarrow 25 + 121{m^2} + 25{n^2} - 110m + 50n - 110mn = 72(1 + {m^2} + {n^2})\\ \Leftrightarrow 49{m^2} - 110m + 50n - 110mn - 47{n^2} - 47 = 0\\ \Leftrightarrow 49{m^2} - 110m(n + 1) - 47{n^2} + 50n - 47 = 0(1)\\\Delta ' = 3025{(n + 1)^2} - 49( - 47{n^2} + 50n - 47) = 5328{n^2} + 3600n + 5328 > 0\end{array}$
Phương trình (*) luôn có nghiệm
$\begin{array}{l}{\rm{d}}(B,(P)) = \dfrac{{\left| {1 + m(1 - 8) + n( - 9 - 2)} \right|}}{{\sqrt {1 + {m^2} + {n^2}} }} = \dfrac{{\left| {1 - 7m - 11n} \right|}}{{\sqrt {1 + {m^2} + {n^2}} }}\\ = > d(B,(P))\max = AB \Leftrightarrow \dfrac{{\left| {1 - 7m - 11n} \right|}}{{\sqrt {1 + {m^2} + {n^2}} }} = 3\sqrt {19} \Leftrightarrow \sqrt {1 + {m^2} + {n^2}} = \dfrac{{\left| {1 - 7m - 11n} \right|}}{{3\sqrt {19} }}\end{array}$
Mặt khác $\dfrac{{\left| {5 - 11m + 5n} \right|}}{{6\sqrt 2 }} = \sqrt {1 + {m^2} + {n^2}} $
$\dfrac{{\left| {1 - 7m - 11n} \right|}}{{3\sqrt {19} }}$=$\dfrac{{\left| {5 - 11m + 5n} \right|}}{{6\sqrt 2 }}$
$\begin{array}{l}72(1 + 49{m^2} + 121{n^2} - 14m - 22n + 154mn) = 171(25 + 121{m^2} + 25{n^2} - 110m + 50n - 110mn)\\ \Leftrightarrow 8(1 + 49{m^2} + 121{n^2} - 14m - 22n + 154mn) = 19(25 + 121{m^2} + 25{n^2} - 110m + 50n - 110mn)\\ \Leftrightarrow - 1907{m^2} + 493{n^2} + 1978m - 1126n + 3322mn - 467 = 0(2)\end{array}$
Từ (1) và (2) $\Rightarrow m.n= \dfrac{{276}}{{49}}$
Hướng dẫn giải:
- Viết phương trình mặt phẳng \(\left( P \right)\) biết VTPT \(\overrightarrow n = \left( {1;m;n} \right)\) và đi qua \(A\).
- \(\left( P \right)\) tiếp xúc \(\left( S \right) \Leftrightarrow R = d\left( {I,\left( P \right)} \right)\).
- Tìm GTLN của biểu thức \(d\left( {B,\left( P \right)} \right)\) và suy ra đáp án.
Đề thi liên quan
-
Đề kiểm tra 15 phút chương 7: Phương pháp tọa độ trong không gian - Đề số 1
-
12 câu hỏi
-
45 phút
-
-
Đề kiểm tra 15 phút chương 7: Phương pháp tọa độ trong không gian - Đề số 2
-
12 câu hỏi
-
45 phút
-
-
Đề kiểm tra 15 phút chương 7: Phương pháp tọa độ trong không gian - Đề số 3
-
12 câu hỏi
-
45 phút
-
-
Đề kiểm tra 1 tiết chương 7: Phương pháp tọa độ trong không gian - Đề số 2
-
25 câu hỏi
-
45 phút
-
-
Đề kiểm tra 1 tiết chương 7: Phương pháp tọa độ trong không gian - Đề số 3
-
25 câu hỏi
-
45 phút
-