Tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi chuyên đề 16 PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG và mặt lê hoành phò file word

Chuyên đề 16: PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG VÀ MẶT KIẾN THỨC TRỌNG TÂM Phương trình tổng quát mật phẳng: r Mặt phẳng qua M  x0 ; y0  vecto pháp tuyến n   A, B, C  Ax  By  Cz  D  0, A2  B  C �0 Hay A  x  x0   B  y  y0   C  z  z0   Phương trình mặt phẳng theo đoạn chắn x y z    cắt trục Ox, Oy, Oz điểm khác gốc O a b b A  a;0;0  , B  0; b;0  , C  0;0; c  Phương trình đường thẳng: qua M  x0 , y0 , z0  có vectơ phương r u   a, b, c  , a  b  c �0 �x  x0  at � Phương trình tham số: d: �y  y0  bt , t �R �z  z  ct � Phương trình tắc a, b, c �0 : x  x0 y  y0 z  z0   a b c - Đường thẳng giao tuyến mặt phẳng cắt nhau: r uur uur � n Nếu d   � chọn VTCP n  � � , n � �Ax  By  Cz  D  Hoặc từ hệ � ta chọn �A ' x  B ' y  C ' z  D '  hai nghiệm  x;y;z  tương ứng tọa độ hai điểm thuộc giao tuyến - Đường vng góc chung đường thẳng chéo nhau: uu r Đường thẳng d1 qua M1 có VTCP u1 uur Đường thẳng d qua M có VTCP u r ur uu r � u ; u Cách 1: Đường vng góc chung d có VTCP u  � �1 � Lập phương trình mặt phẳng (P) chứa d1 d r Tìm giao điểm A di (P) d qua A có VTCP u Trang http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Cách 2: Gọi đoạn vng góc chung AB, A �d1 B �d dạng tham số theo t t' Tìm t t' hệ điều kiện: uuur ur � �AB.u1  r Đường vng góc chung d đường thẳng AB �uuur uu �AB.u2  Phương trình mặt cầu: Mặt cầu (S) tâm I  a,b,c  bán kính R  x  a   y  b    z  c   R hay: x  y  y  Ax  By  2Cz  D  0, A2  B  C  D  Có tâm I   A,  B, C  bán kính R  A2  B  C  D Phương trình đường tròn giao tuyến �x  y  z  2ax  2by  2cz  d  � �Ax  By  Cz  D  Giao tuyến mặt cầu (S) tâm I bán kính R mặt phẵng (P) đường tròn giao tuyến (C) có tâm H hình chiếu tâm mặt cầu I lên mặt phẳng (P) bán Kính r  R  d  t ;  P   CÁC BÀI TỐN Bài tốn 16.1: Lập phương trình mặt phẳng: a) Đi qua hai điểm A  1;1;-1 ,B  5;2;1 song song với trục Oz b) Chứa giao tuyến mặt phẳng x  y  z   0,3x  y  z   qua K  2;1; 1 Hướng dẫn giải a) Mặt phẳng (P) song song với Oz nên có phương trình: A ' x  B ' y  D '  với D ' �0, A '2  B '2 �0 �A ' B ' D '  � A ' B '  (P) qua A B nên: � A ' B ' D '  � Trang http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Chọn A '  1, B '  4 D '  phương trình (P) là: x  4y   b) Các điểm thuộc giao tuyến mặt phẳng có toạ độ  x; y; z  thoả mãn hệ �x  y  z   � 3x  y  z   � � x � �x  z  11 � � �M � ��  ;0; � Cho y=0 � � x  z  � 11 2� �2 � z � � x � x  y  � 11 � � �M� ��  ;  ;0 � Cho z=0 � � 3x  y  � 11 �2 � � z � Ta lập phương trình (MNK): 15x-7y+7z-16=0 Bài tốn 16.2: Lập phương trình mặt phẳng a) Đi qua điểm G  1;2;3 cắt trục toạ độ điểm A, B, C cho G trọng tâm tam giác ABC b) Đi qua điểm H  2;1;1 cắt trục toạ độ điểm A, B, C cho H trực tâm tam giác ABC Hướng dẫn giải a) Giả sử A  a;0;0  ,B  0;b;0  C  0;0;c  Vì G  1;2;3 trọng tâm tam giác ABC nên: a00 0b0 00c  1;  2; 3 3 Suy a  3, b  6, c  Vậy phương trình theo đoạn chắn: x y z   1 b) Nếu mặt phẳng qua H  2;1;1 cắt trục toạ độ A, B, C tứ diện OABC có cạnh OA, OB, OC đơi vng góc, H trực tâm tam giác ABC OH  mp  ABC  uuur Vậy mp(ABC) qua H có vectơ pháp tuyến OH=  2;1;1 nên có phương trình:  x     y  1   z  1  hay x  y  z   Trang http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Bài tốn 16.3: Viết phương trình mặt phẳng qua điểm M  5;4;3 cắt ba trục toạ độ ba điểm khác O, cách gốc toạ độ Hướng dẫn giải Mặt phẳng cần tìm có dạng đoạn chắn: x y z    1, a  b  c �0 a b c Điểm M  5;4;3 thuộc mặt phẳng nên: Với b  a, c  a, (1) �    (1) a b c    � a  12 a a a Với b  a, c  a, (1) �   1� a  a a a Với b  a, c  a, (1) �   1� a  a a a Với b  a, c  a, (1) �    � a  2 a a a Do bốn mặt phẳng cần tìm là: x y z x y z x y z x y z    1;    1;   ;    12 12 12 6 4 2 2 Bài tốn 16.4: Tìm tập hợp điểm cách hai mặt phẳng a) x  y  z   x  y  z   b) x  y  z   x  y  z   Hướng dẫn giải a) Điểm M  x;y;z  cách hai mặt phẳng cho khi: x  y  4z    16  3x  y  z   25  � x  y  z   3x  y  z  �  x  y  z    �  3x  y  z  1 Vậy tập hợp điểm M hai mặt phẳng phân giác: 2 2 Trang   5 3 y    3 z  5   x-  5-5  y+    z+5 5- 3=0 3 x  5-3 30 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải x  y  z 1 b) Điểm M  x;y;z  cách hai mặt phẳng : 1 1  x  2y  z   1 � x  y  z 1  x  y  z  x  y  z 1  x  y  z  � �� x  y  z     x  y  z  5 � � 2x  y  2z   � x  y  z   Vậy tập hợp điểm M mặt phẳng song song cách có phương trình: x  2y  z   Bài tốn 16.5: Lập phương trình tổng quát mặt phẳng (P) qua điểm M  0;0;1 ,N  3;0;0  tạo với mặt phẳng Oxy góc π Hướng dẫn giải r uuuu r Gọi vectơ pháp tuyến (P) n=  1;a;b  Ta có MN=  3;0;  1 r r uuuu r Vì n.MN=3.1+0-b=0 nên b=3 Do n=  1;a;3 r Mặt phẳng Oxy có vectơ pháp tuyến k=  0;0;1 rr n k  � a  � 26 Ta có: cos  r r �  n.k a  10 PT mặt phẳng (P) là:  x   � 26  y     z  1  ۱ x 26 y  z   Bài tốn 16.6: Viết phương trình mp(P) chứa trục Oz tạo với mp (  ) có phương trình: x  y  z  góc 600 Hướng dẫn giải Mặt phẳng (P) chứa Oz nên có dạng: uur uur Ax  By  � n p   A; B;0  , n  2;1;   uu r uur Ta có: cos n p , n    2A  B A2  B     cos 600  � 2 A  B  10 A2  B � A2  16 AB  B  Trang http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải � A1  Lấy B=1,ta có: A  16 A   � � � A2  3 � x  y  0; 3x  y  Vậy có hai mặt phẳng (P) phải tìm: Bài toán 16.7: Cho tứ diện ABCD với A  3;5;-1 ,B  7;5;3 ,C  9;-1;5  ,D  5;3;-3 Viết phương trình mặt phẳng cách đỉnh tứ diện Hướng dẫn giải Một mặt phẳng cách hai điểm M, N qua trung điểm MN song song với MN Vì vậy, để mặt phẳng (P) cách bốn đình A, B, C, D hình tứ diện thì: - Hoặc mặt phẳng (P) qua trung điểm ba cạnh xuất phát từ đỉnh tứ diện Có bốn mặt phẳng qua trung điểm cạnh song song với mặt - Hoặc mặt phẳng (P) chứa hai đường trung bình tứ diện Có ba mặt phẳng qua trung điểm cạnh song song với cạnh đối chung mút Từ tìm bảy mặt phẳng thoả mãn yêu cầu đầu là: x  z   0; x  y  10  0; x  y  z   0; x  y  z  14 x  y  z   0; x  y  z  16  0;5 x  y  z  28  Bài toán 16.8: Trong hệ toạ độ Oxyz cho ba điểm M  1;0;1 , M  2; 1;0  M  0;0;1 Viết phương trình mặt phẳng (P) qua M mà khoảng cách từ M1 M đến (P) Hướng dẫn giải Mặt phẳng (P) qua M  0;0;1 nên có phương trình A  x    B  y    C  z  1  2 Hay Ax  By  Cz   A  B  C   Ta có khoảng cách AC C A2  B  C  2A  B  C A2  B  C  2 Do A  A  B  C hay �A  A  B  C Suy C  A  B C  A  B Trang http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải A - Với C  A từ A +B2 +C  ta suy 2 A2  A2  B   A  B  � A2  64 B  B  2 � 7B2 � �� A  B �  � A  0, B  nên C  : loại � 16 � Bài tốn 16.9: Viết phương trình mặt phẳng (P) song song với mặt phẳng x  y  12 z   tiếp xúc với mặt cầu có phương trình: x  y  12 y  D  với D �1 Hướng dẫn giải Mặt cầu cho có tâm I  1;2;3 có bán kính R  12  22  32   Vì mặt phẳng (P) song song với mặt phẳng x  y  12 z   nên có phương trình: với x  y  12 y  D  với D �1 Mặt phẳng (P) tiếp xúc với mặt cầu d  I ,  P    R � 26  D  52 � D  78 D  26 Vậy có hai mặt phằng thoả mãn yêu cầu là: 4x  3y  12z  78  4x  3y  12z  26  Bài toán 16.10: Lập phương trình mặt phẳng (P) qua đường thẳng d: x  13 y  z   tiếp xúc với mặt cầu (S): x  y  z  x  y  z  67  1 Hướng dẫn giải Tâm (S) I  1;2;3 , bán kính R  12  22  32  67  Đường thẳng d qua M  13; 1;0  N  12;0;  Phương trình(P): Ax  By  Cz  D  0, A2  B  C  13 A  B  D  � �A  B  4C �� (P) qua M, N nên: � 12 A  4C  D  �D  12 B  52C � Do (P):  B  4C  x  By  Cz  12 B  52C  (*) Điều kiện (P) tiếp xúc (S): d  I,  P    R � Trang B  4C  B  3C  12 B  52C  B  4C   B C 2 9 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải � B+5C = 2B2 +8BC+17C � B  B  8C  � B  4C B  2C Thế vào (*) rút gọn C �0 , ta mặt phẳng: x  y  z  28  0,8 x  y  z  100  Bài toán 16.11: Lập phương trình mặt cầu a) Có đường tròn lớn đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC với A  0;  2;1 ,B  1;0;1 ,C  0;0;  1 b) Ngoại tiếp tứ diện ABCD với A  1;2;   ,B  1;  3;1 ,C  2;2;3  ,D  1;0;4  Hướng dẫn giải: a) Gọi I  x; y; z  tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC uuu r uuur uur Ta có: AB   1; 2;0  , AC   0; 2; 2  , AI   x; y  2; z  1 uuu r uuur � �� AB � , AC �  4; 2; 2  uuur uuur uur �AI=0 � 2x-y+z-3=0 AB,AC Nên I � ABC  � � � � � �x  �AI  BI 2 x  y  -3 � � � � � AI  CI � y  z   � Ta có � � �y   �I � ABC � 2 x  y  z  �   � � � z � � 2 � 3� 33 t ,  , �và bán kính R  AI  Nên tâm I � � 4� 2 � � � � 33 Vậy PT mặt cầu  x  1  �y  � �z  � � 4� � 4� b) Gọi I  a;b;c  tâm mặt cầu ngoại tiếp tứ diện �IA2  IB  y  z  1 �IA  IB � �x  2 � � � � �IA  IC � �IA  IC � �x  y  2 � �y  �IA  ID �IA2  ID � �z  2 x  y  -2 � � � � Do I  2;1;0  R  IA  26 Trang http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Vậy (S):  x     y  1  z  26 2 Bài toán 16.12: Cho bốn điểm A  3;2;0  ,B  -1;3;2  ,C  1;0;1 ,D  0;-1;3 Tìm tập hợp điểm M khơng gian thoả mãn: uuur uuur uuuu r uuuu r uuur uuur uuuu r MA  MB  MC  MD  MA  MB  2MC Hướng dẫn giải �3 � � � ,I � 1; ;1� Gọi G trọng tâm tứ diện ABCD, I trung điểm AB thì: G � ;1; � �4 � � � uuur uuur uuuu r uuuu r uuuu r Ta có MA  MB  MC  MD  4MG uuur uuur uuuu r uuu r uuuu r uur MA  MB  2MC  MI  MC  2CI uuur uuur uuuu r uuuu r uuur uuur uuuu r Do MA  MB  MC  MD  MA  MB - 2MC � MG  2CI � MG  CI  : không đổi Vậy tập hợp điểm M  x;y;z  mặt cầu tâm 2 � 3� � � 25 �x  �  y  1  �x  � � 4� � � 16 Bài tốn 16.13: Trong khơng gian với hệ toạ độ Oxyz, cho mặt cầu: �x  2t x -1 y z �   (S): x  y  z  x  y    cà đường thẳng 1 : �y   t ,  : 1 1 �z  t � 2 Viết phương trình tiếp diện mặt cầu (S), biết tiếp diện song song với hai đường thẳng 1  Hướng dẫn giải Mặt cầu (S) tâm I  1; 1; 2  , R  r 1 qua điểm A  0; 1;  có vectơ phương u =  2;  ; 1 r  qua điểm B  1; 0;  có vectơ phương v   1; 1;  1 r r r � u Mặt phẳng (P) có vectơ pháp tuyến n  � � , v �  0; 1; 1 �  P  : y  z  m  Điều kiện tiếp xúc: d  l ,  P    R � Trang m3  � m  �3 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Vậy có mặt phẳng  P1  : y  z    0,  P2  y  z    Các điểm A, B khơng thuộc hai mặt phẳng nên mặt cần tìm Bài tốn 16.14: Lập phương trình mặt phẳng (P) chứa giao tuyến d mặt phẳng: x  y  z   , x  y  z   hợp với mp(Oxy) góc 60° Hướng dẫn giải Giao tuyến d mặt phẳng: x  y  z   0, x  y  z   qua M(1; 1; 1) r ur uu r � n , n có VTCP: u  � � � (0 ;1 ; 1 ) ( P) : A( x  1)  B( y  1)  C ( z  1)  0; A2  B  C �0 r r Ta có VTPT n=  A,B,C  vng góc với u nên: B  C  � C  B Do (P): Ax  By  Bz  A  B  r Mặt phắng (Oxy) có VTPT k  (0; 0; 1) r r Ta có:   60 � cos n, k  �   B A  2B 2  � A2  B � A  �B Từ tìm mặt phẳng (P): x  y  z    0, 2x  y  z    Bài toán 16.15: Lập phương trình m ặt cầu có tâm I thuộc đường thẳng   : x  y 1 z 1   tiếp xúc với hai mặt phẳng 2 (P): x  y  z   0, (Q) : x  y  z   Hướng dẫn giải Ta có (P), (Q) song song nên tâm I mặt cầu trung điểm đoạn AB với A, B giao điểm    mặt phẳng (A) cắt (P) A(2; 1; 1) , cắt (Q) l(-1 ; 3; 3) B (4;5;5) nên tâm Ta có R  d (l , ( P))  1  2.3  2.3  1  1 Vậy phương trình mặt cầu cần tìm  x  1   y  3   z  3  2 Bài tốn 16.16: Lập phương trình mặt cầu (S) có tâm I  2; 3;  1 , cắt đường thẳng Trang 10 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải b) Vng góc với mp(ABC) có A  1; 0; 1 , B  2; 3; 1 , C  1; 3; 1 trực tâm H tam giác ABC Hướng dẫn giải r ur a) (P), (P') có VTPT n  (2; 1; 1); n '  (2; 0; 1) r r ur r Gọi VTCP giao tuyến d là: u u  n,n' r r ur �1 1 2  � � n Chọn u  � �, n '� �0  ; 1 ; � (1; 4; 2) � � Các điểm thuộc giao tuyển d có toạ độ thoả mãn hệ: 2x  y  z   � Cho x = y=8,z=3 � 2x  z   � r Do d qua M  0; 8;  , có VTCP u= (1; 4; 2) nên có phương trình tham số �x  t x y 8 z 3 �  tắc là: �y   4t z;  �z   2t � 2x-y+z+5 � �y=z+2x+5 �� Cách khác: ta có � 2x-z+3=0 z=2x+3 � � �x  t � Đặt x  t y   4t , z   2t nên phương trình: �y   4t �z   2t � Ngoài cách tìm điểm VTCP, cách tạo tham số, ta tìm điểm giao tuyến b) Phương trình mặt phẳng    qua c vng góc với AB là: 1( x  1)  ( y  3)  � x  y  10  Phương trình mặt phẳng (P) qua B vng góc với AC là: 3( y  3)  2( z  1)  y  z   Đường thẳng d qua trực tâm H tam giác ABC vuông góc với mặt phẳng (ABC) giao tuyến       r uur uur � n Đường thẳng d qua N  1; 3;  1 có vectơ phương u  � � , n �  6; 2;3 Trang 12 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải �x   4t � nên có phương trình là: �y  t �z  1  3t � Bài tốn 16.19: Viết phương trình đường thẳng d qua điểm �x   4t � M  0; 1; -1 vng góc cắt đường thẳng  : �y  t �z  1  4t � Hướng dẫn giải r Đường thẳng  VTCP u  ( 4; 1; 4) Gọi H hình chiếu M lên  H (1  4t ; t; 1  4t ) uuuur Ta có MH  (1  4t ; t  ; 4t ) nên MHΔ r uuuur u.MH  � 4(1  t )  1(t  1)  4(4t )  � 33t = � t = �13 -28 20 � ; �hay (13; -28 ; 20) Do H � ; 33 �33 33 33 � Vậy phương trình tắc d x y 1 z 1   28 20 Cách khác: Đường thẳng d cần tìm giao tuyến mặt phẳng ( M ,  ) : x  y  3z   mặt phẳng qua M, vng góc với  : x  y  z   Bài tốn 16.20: Viết phương trình hình chiếu vng góc �x   t � a) Đường thẳng d: �y   2t mặt phẳng toạ độ �z   t � �x  t � b) Đường thẳng d: �y   4t lên mặt phẳng (P): x  y  z   �z   2t � Trang 13 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Hướng dẫn giải a) Điểm M  x; y; z  thuộc d có hình chiếu lên mp(Oyz) M'  0; y; z  thuộc d', d' hình chiếu lên mp(Oyz) �x   t � Vậy phương trình tham số d' là: �y   2t Tương tự hình chiếu lên �z  � �x   t �x   t � � mp(Oxy), mp(Oxz) có phương trình tham số: �y   2t , �y  �z  �z   t � � b) Ta viết phương trình mặt phẳng (Q) qua d vng góc với mp(P) r r Vectơ pháp tuyến của (Q) vuông góc với u n p nên ta lấy r r uur � n� u �, n p �  2; 1;  3 Và (Q) qua d nên qua M  0; 8;  Vậy (Q) có phương trình: 2( x  0)  ( y  8)  3( z  3)  hay x  y  z   Vì d khơng vng góc với (P) nên hình chiếu d (P) đường thẳng d' Đường thẳng d' giao tuyến (Q) (P) nên d' chứa điểm có toạ độ  x, y , z  �x  y  z   thỏa mãn : � �2 x  y  z   �x  8  4t � Đặt z = t x  8  4t , y = 15 – t Vậy d' �y  15  5t �z  t � Cách khác: Tìm giao điểm A d (P) Thế toạ độ x, y, z vào �4 40 13 � � A� ; ; � �7 7 � ur r uur � u Mặt phẳng (Q) qua d, vng góc với (P) có VTPT: u '  � �.n p � (2; 1; 3)  P : t   4t )  (3  2t )   � t  r r uu r � n , n Đường thẳng d' VTCP u '  � � p � (4; 5; 1) Từ suy phương trình hình chiếu d' Bài tốn 16.21: Viết phương trình hình chiếu    : theo phương (  1  : x 7 y 3 z 9   1 x  y 1 z 1   lên mặt phẳng ( ) : x  y  z   7 Trang 14 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Hướng dẫn giải Hình chiếu A giao tuyến  α  với  β  ,  β  mặt phẳng chứa    , song song với  1  Vì  β  chứa    nên qua A  7; 3;  có VTPT r uruu r � n� u u � �  8; 4;16  hay  2; 1;  Do  β  : 2( x  7)  1( y  3)  4( z  9)  hay x  y  z  53  �x  y    Các điểm thuộc giao tuyến    có toạ độ thoả mãn: � x  y  z  53  � Đặt z  t x  56  3t , y  59  2t �x  56  3t � Vậy phương trình tham số hình chiếu: �y  59  2t �z  t � Bài toán 16.22: Cho đường thẳng  mp(P) có phương trình: x  y  z3   ( P) : x  z   2 Viết phương trình đường thẳng qua giao điểm A A (P), nằm (P) vng góc với  Hướng dẫn giải  dạng tham số: x   1, y   2t , z   2t Thế x, y, z vào (P) t = nên A  1; 2; 3 Gọi d đường thẳng qua A, nằm (P) vng góc với  Khi đó, vectơ r r phương u ' d phải vuông góc với vectơ phương u'=  1; 2;   , đồng thời r vng góc với vectơ pháp tuyến n=  2; 0; , 1 (P), nên ta chọn: r r r � u� u � , n �  2;3; 4  Vậy đường thẳng d: x 1 y  z    2 4 Cách khác: Gọi (Q) mặt phẳng qua A vng góc với  (Q) có vectơ pháp tuyến vectơ phương A nên có phương trình: x    y     z  3  hay x  y  z  11  Giao tuyến d (P) (Q) đường thẳng qua A, nằm (P) dΔ (vì d nằm (Q) mà Δ   Q  ) Trang 15 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải � �x    t � Suy phương trình tham số d là: �y  � 17 �z   t � 3 Bài tốn 16.23: Viết phương trình đường thẳng qua A  1; -1; 1 cắt hai đường �y   2t �x  t ' � � thẳng: d: �y  t d ' : �y  1  2t ' �z   t �z   t ' � � Hướng dẫn giải Ta có A khơng thuộc d d'.Đường thẳng d' qua điểm M  1; 0; 3 có vectơ r phương u=  2; 1;-1 Đường thẳng d' qua điểm M'  0; -1;  có vectơ phương u'=  1;-2; 1 Đường thẳng  cần tìm giao tuyến hai mặt phẳng: mp (A; d) mp (A; d') Mp(A; d) có vectơ pháp tuyến r uuuu r r � n� AM � , u � (3; 4; 2), mp(A; d') có vectơ pháp tuyến r uuuuu r ur � n'  � AM � ', u '� (2;2;2) hay (1; 1; 1) r ur � n Đường thẳng  có vectơ phương � �, n '�  6; 1;   qua A nên có �x   6t � phương trình tham số là: �y  1  t �z   7t � rr Ta có u.n     �0 nên d cắt mp(A; d'), d cắt  r r Tương tự, u'.n  3    13 �0 nên d' cắt mp(A; d), d' cắt  Vậy  đường thẳng qua A, cắt d d' Cách khác: Ta tìm giao điểm B d' (A; d), đường thẳng  đường thẳng qua A B Lấy điểm M  + 2t; t;3-1 nằm d điểm M '  t '; 1  2t ';  t '  nằm d' uuuu r uuuuur Ta tìm giá trị t t' cho điểm A, M, M' thẳng hàng, tức AM AM ' phương Trang 16 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Bài tốn 16.24: Viết phương trình đường thẳng vng góc chung AC BD biết A  4; 1;  , B  3; 3; 1 , C  1; 5;  , D  1; 1; 1 Hướng dẫn giải r PT đường AC  d1  : x   3t , y   4t , z   t có VTCP u  (3; 4; 1) uu r PT đường BD  d  : x   2k , y   2k , z  có VTCP u2  ( 2; 2; 0) Gọi đường vng góc chung    qua E thuộc d1 ,F thuộc d : E (4  3t;  4t;  t ); F (3  k ;  k ; 1) uuu r FE  (1  3t  2k ; 2  4t  2k ;  t ) Ta có � uuu r ur t � � FE u  26t  2k   � � � 17 �� �� r uu r �uuu t  4k   � � �FE.u2  k � 17 �53 37 73 � �45 45 17 � , F� ; ; � Suy E � ; ; � 17 17 17 � �17 17 17 � � Đường vng góc chung    có vectơ phương uur �8 56 � FE  � ;  ; �hay  1; 1;7  17 17 17 � � nên có PT là: x  45 45  t, y   t , z   7.t 17 17 Bài toán 16.25: Cho đường thẳng:  1  :  2  : x  y 1 z 1   7 x 7 y 3 z 9   Lập phương trình đường thẳng    đối xứng với 1  Δ  qua  Δ1  Hướng dẫn giải Lấy điểm M �   � M (t  7; 2t  3; t  9) Mặt phẳng (P) qua M vng góc với  1  : 7  x      y  t  3   z  t    Ta có  1  : x  7 k  3, y  2k  1, z  3k  nên giao điểm  1  (P) Trang 17 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải 6t 9t � 3t �21t �      1�ứng với k  31 � 31 �31 Gọi M' đối xứng với M qua  Δ1  I trung điểm đoạn MM' nên có 11t 74t 13t � �  1,   � M' �  1,  31 31 �31 � Vậy đường thẳng    cần tìm chứa điểm M' nên có phương trình là: �x  1  11t � �y  1  74t �z  7  17t � Bài tốn 16.26: Viết phương trình đường thẳng qua M  1; -5; 3 tạo với hai đường thẳng Ox, Oy góc 60° Hướng dẫn giải r 2 Gọi u   a; b; c  , a  b  c �0 vectơ phương đường thẳng cần tìm Các r r đường thẳng Ox, Oy có vectơ phương i   1; 0;  , j   0; 1;  Theo giả thiết tốn thì: a a b c 2 � a  b2   b a b c 2  cos 600  2 a  b  c  � 4a  4b  a  b  c  � 2a  2b  c Chọn C= a  �1, b  �1 Vậy có trường hợp xảy nên có đường thẳng có phương trình: x 1 y  z  x 1 y  z    ;   1 1 2 x 1 y  z  x 1 y  z    ;   1 1 1 Bài tốn 16.27: Trong khơng gian toạ độ Oxyz, cho điểm A  1; 5; 3 , B  4; 2; -5  , C  5; ;-1  D  1; 2;  a) Chứng tỏ bốn điểm A, B, C, D không đồng phẳng Lập phương trình mặt cầu (S) qua bốn điểm Tìm khoảng cách từ điểm D tới mặt phẳng (ABC) b) Viết phương trình mặt phẳng vng góc với CD tiếp xúc với mặt cầu (S) c) Tìm bán kính đường tròn giao tuyến mặt cầu (S) mặt phẳng toạđộ Trang 18 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Hướng dẫn giải uuu r uuur uuuur Ta có AB  (3; 3; 8), AC  (4;0; 4), AD  (0; 3;1) uuu r uuur uuu r uuuu r uuur [ AB, AC ]  (12; 20; 12) nên [ AB, A C ] AD  72 �0 Suy bốn điểm A, B, C, D không đồng phẳng Giả sử mặt cầu (S) có phương trình: x  y  z  2ax  2by  2cz  d  Vì mặt cầu qua bốn điểm A, B, C, D nên ta có:  25   2a  10b  6c  d  a  1 � � � � 16   25  8a  4b  10c  d  b  2 � � � � �  25   10a  10b  2c  d  c 1 � � � �   16  2a  4b  8c  d  d  19 � � Vậy mặt cầu (S) là: x  y  z  x  x  z  19  Mặt cầu (S) có tâm I  1; 2;  1 bán kính R = Mp(ABC) có vectơ pháp tuyến r uuur uuur n� AB, AC � � � (12; 20; 12) hay (3; 5; 3) qua điểm A  1; 5; 3 nên có phương trình: 3(x - 1) - 5(y - 5) + 3(z - 3) = hay 3x - 5y + 3z + 13 = 13.1  5.2  3.4  13 18 43 32  52  32 uuuur b) Mặt phẳng    vuông góc với CD có vectơ pháp tuyến CD   4; 3;  nên có Khoảng cách d ( D;( ABC ))   phương trình: 4 x  y  z  d  Mặt phẳng tiếp xúc với mặt cầu (S) khi: 4.1    d 16   25 5� 15  d 50 � d  15 � Vậy ta có hai mặt phẵng cần tìm với phương trình: 4 x  y  z  15 �25  c) Tâm mặt cầu (S) I  1; 2;  1 Khoảng cách từ I tới (Oxy) d1 = -1 =1 nên (S) cắt mp(Oxy) theo đường tròn có bán kính r1 = R -d12 = 25-1=2 Khoảng cách từ I tới mp(Oyz) d =1 nên (S) cắt mp(Oyz) theo đường tròn có bán kính r2  R  d 2  25   Trang 19 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Khoảng cách từ I tới mp(Oxz) d =2 nên (S) cắt mp(Oxz) theo đường tròn có bán kính r3  R  d32  25   21 Bài toán 16.28: Trong hệ toạ độ Oxyz cho điểm M  1; 2; 3 Viết phương trình mặt phẳng (P) qua M cắt tia Ox, Oy, Oz điểm A, B, C cho tứ diện OABC tích bé Hướng dẫn giải Giả sử A  a; 0;  , B  0; b;  , C  0; 0; c  với a > 0, b > 0, c >  P :    x y z    Vì M nằm (P) nên    a b c a b c Ta có:1 a b 31 3 c a b c Dấu "=" xảy 33 abc 27 abc abc 27 = = =1 hay a = 3; b = 6; c = a b c abc �27 Thể tích tứ diện OABC V  OA.OB.OC  6 Vậy thể tích nhỏ 27 Khi phương trình mặt phẳng (P) là: x y z   1 6 Bài tốn 16.29: Trong khơng gian với hệ toạ độ Oxyz, cho mặt phẳng ( P) : x  y  z   hai điểm A  3; 0; 1 , B(1; 1; 3) Trong đường thẳng qua A song song với (P), viết phương trình đường thẳng mà khoảng cách từ B đến đường thẳng nhỏ Hướng dẫn giải Gọi A đường thẳng cần tìm; A nằm mặt phẳng (Q) qua A song song với (P) Phương trình (Q): x  y  z   K, H hình chiếu B  , (Q) Ta có BK �BH nên AH đường thẳng cần tìm Toạ độ H(x; y; z) thoả mãn: �x  y  z    � � 11 �  ; ; � 2 �H� �1 9 9� � � �x  y  z   Trang 20 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải uuur �26 11 � x  y z 1 AH= � ; ;- �   Vậy phương trình  : 26 11 2 �9 9 � Bài tốn 16.30: Lập phương trình mặt phắng (P) chứa đường thẳng d: �x  t � �y  1  2t hợp với mặt phẳng  Q  : x  y  z   góc bé �z   t � Hướng dẫn giải 2 Gọi  P  : Ax  By  Cz  D  0, A  B  C �0 Vì (P) chứa d nên qua M (0; 1; 2), N ( 1; 1; 3) :  B  2C  D  � �A  B  C �� �  A  B  3C  D  �D  B  2C � Do (P): (2 B  C ) x  By  Cz  B  2C  r Mp(Q) có VTPT n '   2; 1; 2  Gọi φ góc mặt phẳng thì: r ur cos   cos n, n '    B 5B2 + 4BC + 2C Xét B = φ  90� Xét B �0 , đặt m= cos   m  4m    m  1  C thì: B � Dấu "=" xảy m = -1 nên B  C , φ< 90° góc cần tìm Vậy  P  : x + y - z + = Bài toán 16.31: Trong không gian Oxyz cho tập hợp mặt phẳng  α m  có phương trình mx   m  1 y   m  1 z   a) Chứng tỏ mặt phẳng (ctm) qua đường thẳng cố định  �x   2t � b) Cho đường thẳng d với phương trình tham số �y  3t �z  2  t � Chứng tỏ hai đường thẳng d  chéo c) Lập phương trình mặt phẳng chứa đường thẳng d  chứa đường vng góc chung chúng Hướng dẫn giải Trang 21 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải a) Phương trình mặt phẳng (am) viết thành: y  z   m( x  y  z )  �2 x  z   Đẳng thức với m nên ta suy ra: � �x  y  z  Hệ phương trình xác định đường thảng A cố định giao tuyến mặt phẳng y  z   0, x  y  z  r uu r uur � n  có VTCP n= � �1 ,n �=  4;4;-2  qua B  1;0;1 Vậy mặt phẳng   m  qua đường thăng cô định  : x 1 y z 1   2 r b) d qua A  1; 0; -2  có VTCP u   2; 3;  1 uu r r uuur � AB �0 nên d  chéo u , v Ta có � � � r r r � u c) Đường vng góc chung IJ có VTCP a  � � , v �  5; 8; 14  Mặt phẳng (P) chứa d IJ có VTPT r r r � np  � u � , a �  50; 23; 31 qua A  1; 0; -2  nên có phương trình: 50  x  1  23  y    31    hay 50 x  23 y  31z  112  uur r r � v, Mặt phẳng (Q) chứa  nên IJ có VTPT n Q = � � a �   30; 66; 27  qua B  -1; 0; 1 nên có phương trình: 10  x  1  22  y     z  1  hay 10 x  22 y  z   Bài toán 16.32: Trong không gian toạ độ Oxyz, cho đường thẳng A có phương trình : x 1 y 1 z   1 a) Viết phương trình hình chiếu A mặt phẳng ( Oyz) b) Chứng minh mặt phẳng x + 5y + z + = qua đường thẳng  c) Viết phương trình đường thẳng song song với Oz, cắt   ' Hướng dẫn giải �x  � a) Đường thẳng A có phương trình tham số là: �y  1  t �z  3t � r b) Mặt phẳng    cho có vectơ pháp tuyến n=  1; 5; 1 Trang 22 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải r uu r uu r Đường thẳng  có vectơ phương u   2; 1; 3 Ta có n u  nên  song song nằm mặt phẳng    Vì điểm M  1; -1;  A    (a) nên A nằm    c) Trong mặt phẳng toạ độ Oxy, hình chiếu d1 đường thẳng  có phương trình: x + 2y + = hình chiếu d'1  ' có phương trình x - y = Giao điểm hai �1 �  ; ;0 �Khi đường thẳng qua I, song song với Oz đường thẳng d1 d'1 I � �3 � cắt hai đường thẳng  � �x   � �  ' Phương trình đường thẳng là: �y   � �z  t � � BÀI LUYỆN TẬP Bài tập 16.1: Lập phương trình mặt phẳng a) Đi qua hai điểm A  0; 1; 1 , B  1; 0;  vng góc với mặt phẳng (P): x - y + z + = b) Chứa trục Oz qua điểm  E  2; 1;  Hướng dẫn r uuur uur a) Chọn n  AB; n p Kết y  z   b) Kết 2y + z = Bài tập 16 2: Lập phương trình mặt phẳng a) Đi qua điểm M  2; -1;  , song song với trục Oy  P  : x  y  z   b) Đi qua điểm M  3; -1; -5  đồng thời vng góc với hai mặt phẳng x  y  z   x  y  3z   Hướng dẫn r r uur a) Chọn VTPT n  j;n p Kết x  z   b) Kết x  y  z  15  Trang 23 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Bài tập 16 3: Cho tứ diện với đỉnh A  2; 0;  , B  0; 4;  , C  0; 0;  , D  2; 4;  uuuu r uuur uuur uuuu r Tìm tập hợp điểm M không gian cho MA+MB+MC+MD =4 Hướng dẫn Gọi M  x;y;z  Kết mặt cầu  x  1   y     z   2  Bài tập 16 4: Lập phương trình mặt cầu: a) Đi qua ba điểm A  0; 8;  , B  4; 6;  , C  0; 12;  có tâm nằm mp(Oỵz) b) Cầu có tâm hình chiếu H gốc O lên đường thẳng AB bán kính R = , với A  3; 0;  , B  0; 4;  Hướng dẫn a) Tâm I nằm mp(Oyz) nên I  0;b;c  Kết x   y     z    26 2 2 � 48 � � 36 � b) Kết �x  � �y  � z  � 25 � � 25 � Bài tập 16 5: Lập phương trình mặt cầu: a) Có tâm thuộc trục Oy tiếp xúc với hai mặt phẳng: x  y  z   0, x  y  z   x b) Đi qua A  2; 0; 1 , B  1; 0;  , C  1; 1; 1 có tâm thuộc mặt phẳng  P : x  y  z   Hướng dẫn a) Tâm I thuộc trục Oy nên I  0;b;0  2 Kết x   y    z  b) Kết  x    y   z  1  Bài tập 16 6: Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho hai đường thẳng: d1 : x 1 y  z  x  y  z 1     d : 3 3 2 Chứng to hai đường thẳng cho nằm mặt phẳng, viết phương trình mặt phẳng Hường dẫn Chứng minh đường thẳng cắt Trang 24 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Kết x  16 y  13z  31  Bài tập 16 7: Lập phương trình mặt phẳng chứa đường thẳng d giao tuyến mặt phẳng (P): x  y  z   0, (Q) : x  y  z   vng góc với mặt phẳng  R  : x  y  z   Hướng dẫn Đường thẳng d giao tuyến mặt r uu r uur  P  : x+ 2y + 5z + = 0,  Q  : x - y - 3z + = nên có VTPT n  n p ; nQ Kết x  y  13z  24  0.          Bài tập 16 8: Cho đường thẳng d mp(P) có phương trình: � �x   t � 11 � d �y    t , ( P) : x  y  z   � �z  t � � Viết phương trình đường thẳng d' hình chiếu vng góc d mp(P) phương trình đường thẳng d1 hình chiếu song song d mp(P) theo phương Oz Hướng dẫn Tìm giao điểm A d mp(P) � � 13 �x   t �x   t � � � Kết �y    t ; �y  t � � 10 �z  t �z    2t � � � Bài tập 16 9: Lập phương trình đường vng góc chung hai đường thẳng  d1  : x7 y 3 z 9 x  y 1 z 1      d  : 1 7 Hướng dẫn Gọi đoạn vng góc chung AB với A thuộc di tham số t B thuộc d tham số t’ Kết x 7 y 3 z 9   2 Trang 25 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Bài tập 16 10: Viết phương trình đường thẳng nằm mặt phẳng y  z  cắt đường thẳng: �x   t �x   t ' � � d1 : �y  t , d �y   2t ' �z  4t �z  � � Hướng dẫn Tìm giao điểm A, B đường thẳng d < d2 với mp(P) �x   4t � Kết �y  2t �z  t � Bài tập 16 11: Viết phương trình đường thẳng d song song với đường thẳng d1 cắt hai đường thẳng d d , biết phương trình : �x  �x  4  5t x 1 y  z  � � d1 �y  2  4t ; d :   ; d3 �y  7  9t ' �z   t �z  t ' � � Hướng dẫn Đường thẳng d cắt hai đường thẳng d d BC với B thuộc d1 tham số t c thuộc d tham số t’ �x  � Kết d: �y  2  �z   t � Trang 26 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải ... Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Vậy có mặt phẳng  P1  : y  z    0,  P2  y  z    Các điểm A, B khơng thuộc hai mặt phẳng nên mặt cần tìm Bài tốn 16. 14: Lập phương trình mặt. .. Oxyz, cho đường thẳng A có phương trình : x 1 y 1 z   1 a) Viết phương trình hình chiếu A mặt phẳng ( Oyz) b) Chứng minh mặt phẳng x + 5y + z + = qua đường thẳng  c) Viết phương trình đường. .. Chứng minh đường thẳng cắt Trang 24 http://dethithpt.com – Website chuyên đề thi thử file word có lời giải Kết x  16 y  13z  31  Bài tập 16 7: Lập phương trình mặt phẳng chứa đường thẳng