Phương pháp không gian toạ độ trong không gian_13

WWW.VNMATH.COM Chương 13 Phương pháp không gian toạ độ trong không gian 13.1 Hệ toạ độ trong không gian Vấn đề 1 : Tìm tọa độ của một vectơ và các yếu tố liên quan đến vectơ thỏa mãn một số điều kiện cho trước  Sử dụng các định nghĩa có tính liên quan đến vectơ : tọa độ của vectơ, độ dài của vectơ, tổng (hiệu) của hai vectơ, tọa độ trung điểm, tọa độ trọng tâm, . Bài 13.1 : Viết toạ độ của các vectơ sau đây : −→ a = 4 −→ j ; −→ b = − −→ i + 2 −→ j ; −→ c = 3 −→ i + 2 −→ j − −→ k . Bài 13.2 : Cho các vectơ −→ a = (−3; 1; 2), −→ b = (1; 3; 4), −→ c = (−3; 2; 0). 1. Hãy xác định toạ độ các vectơ 3 −→ a ,3 −→ a − 2 −→ b , −→ a − 3 −→ b + 2 −→ c . 2. Hãy biểu diễn vectơ −→ d = (−1; 0; 2) theo ba vectơ −→ a , −→ b , −→ c . Bài 13.3 : Cho hai vectơ −→ a và −→ b tạo với nhau một góc 120 ◦ . Tìm | −→ a + −→ b| và | −→ a − −→ b| biết | −→ a| = 3, | −→ b| = 5. Bài 13.4 : Cho vectơ −→ a = (1;−3; 4). 1. Tìm y 0 và z 0 để cho vectơ −→ b = (2; y 0 ; z 0 ) cùng phương với −→ a . 2. Tìm tọa độ của vectơ −→ c biết rằng −→ a và −→ c ngược hướng và | −→ c| = 2| −→ a|. Bài 13.5 : Cho hình hộp ABCD.A ′ B ′ C ′ D ′ , biết A(1; 0; 1), B(2; 1; 2), D(1;−1; 1),C ′ (4; 5;−5). Tìm toạ độ các đỉnh còn lại của hình hộp. Bài 13.6 : Trong không gian Oxyz, xét hình hộp chữ nhật ABCD.A ′ B ′ C ′ D ′ , cạnh đáy bằng a, cạnh bên AA ′ = 2a, A(0; 0; 0), B(a; 0; 0), D(0; a; 0), A ′ (0; 0; 2a). 1. Xác định toạ độ các đỉnh còn lại. 2. Xác định toạ độ −−−→ DB ′ . 3. Xác định toạ độ trung điểm M của đoạn BA ′ . 4. Xác định toạ độ trọng tâm tam giác B ′ CD. Vấn đề 2 : Ứng dụng của tích vô hướng và tích có hướng  1. Sử dụng các công thức 249 WWW.VNMATH.COM CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC • S ∆ABC = 1 2 ¬ ¬ ¬ [ −−→ AB, −−→ AC] ¬ ¬ ¬ ; • V h.hộp ABCD.A ′ B ′ C ′ D ′ = ¬ ¬ ¬ [ −−→ AB, −−→ AD]. −−→ AA ′ ¬ ¬ ¬ ; • V ABCD = 1 6 ¬ ¬ ¬ [ −−→ AB, −−→ AC]. −−→ AD ¬ ¬ ¬ ; • d(AB,CD) = ¬ ¬ ¬ [ −−→ AB, −−→ CD]. −−→ AC ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ [ −−→ AB, −−→ CD] ¬ ¬ ¬ ; • d(M, AB) = |[ −−→ MA, −−→ MB]| | −−→ AB| = |[ −−→ MA, −−→ AB]| | −−→ AB| ; • cos( −→ u , −→ v ) = −→ u . −→ v | −→ u|.| −→ v| ; • sin( −→ u , −→ v ) = ¬ ¬ [ −→ u , −→ v ] ¬ ¬ | −→ u|.| −→ v| ; • cos A = cos( −−→ AB, −−→ AC) ; • cos(AB,CD) = ¬ ¬ ¬ cos( −−→ AB, −−→ CD) ¬ ¬ ¬ . 2. Hai vectơ −→ u và −→ v cùng phương khi và chỉ khi [ −→ u , −→ v ] = −→ 0 (tương đương với tọa độ tương ứng tỉ lệ). 3. Ba điểm A, B,C thẳng hàng khi và chỉ khi hai vectơ −−→ AB và −−→ AC cùng phương. 4. −→ u⊥ −→ v khi và chỉ khi −→ u . −→ v = 0. 5. Bốn điểm A, B,C, D đồng phẳng khi và chỉ khi [ −−→ AB, −−→ AC]. −−→ AD = 0. Bài 13.7 : Cho vectơ −→ a = (2; 4; 0), −→ b = (−3; 2; 1), −→ c = (1; 2 − 1). 1. Tính cosin của các góc sau : ( −→ a , −→ b ), ( −→ b , −→ c ), ( −→ c , −→ a ). 2. Tính các tích vô hướng −→ a . −→ b , −→ b . −→ c , −→ c . −→ a . 3. Tìm toạ độ của vectơ −→ v sao cho −→ v⊥ −→ a , −→ v⊥ −→ b và | −→ v| = | −→ c|. Bài 13.8 : Cho ba điểm A(2; 3; 1), B(1; 1; 3),C(−2; 4; 1). 1. Chứng minh rằng ba điểm A, B, C tạo thành một tam giác. Tìm toạ độ trọng tâm của tam giác ABC. 2. Tìm toạ độ điểm D sao cho ABCD là hình bình hành. 3. Tìm điểm E trên mặt phẳng (Oxy) sao cho ABCE là hình thang với hai đáy là AB và CE. Bài 13.9 : Cho tam giác ABC với A(1; 2;−1), B(2;−1; 3),C(−4; 7; 5). 1. Tìm điểm D sao cho tam giác ABD nhận C làm trọng tâm. 2. Tìm độ dài đường phân giác trong của tam giác ABC vẽ từ B. Bài 13.10 : Trong không gian Oxyz cho tam giác ABC có điểm C(−2; 2; 2) và trọng tâm G(−1; 1; 2). 1. Tìm toạ độ các đỉnh A, B của tam giác ABC biết A nằm trên mặt phẳng (Oxy) và B thuộc Oz. 2. Gọi H là trung điểm BC, E là điểm đối xứng của H qua A. Tìm toạ độ điểm K trên đường thẳng AC để B, E, K thẳng hàng. Bài 13.11 : Cho tam giác ABC có A(2; 0; 1), B(1;−1; 2),C(2; 3; 1). 1. Chứng minh tam giác ABC có  A là góc tù. 2. Tính chu vi tam giác ABC. 3. Tìm điểm M trên Oy sao cho tam giác MBC vuông tại M. Bài 13.12 : Cho tam giác ABC có A(2; 3; 1), B(0;−1; 2),C(1; 0; 3). 1. Tìm toạ độ chân đường cao H hạ từ đỉnh A của tam giác ABC. 2. Tìm toạ độ giao điểm D của đường thẳng AH với đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC. Bài 13.13 : Cho hai điểm A(3; 0;−1), B(1; 3;−2),C(3;−4; 1). 1. Tìm điểm M trên trục Ox sao cho MA = MB. TRẦN ANH TUẤN - 0974 396 391 - (04) 66 515 343 Trang 250 www.VNMATH.com www.VNMATH.com WWW.VNMATH.COM CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC 2. Tìm điểm N trên mặt phẳng (Oyz) sao cho NA = NB = NC. 3. Tìm điểm P trên mặt phẳng Oxy sao cho | −−→ PA + −−→ PB + −−→ PC| đạt giá trị nhỏ nhất. Bài 13.14 : Tìm tọa độ điểm M trong mỗi trường hợp sau đây 1. M trên trục Oy và cách đều hai điểm A(3; 1;−4), B(−2; 3; 0). 2. M trên mặt phẳng (Oxz) và cách đều ba điểm A(3; 1;−4), B(−2; 1; 0),C(4;5;−2). Bài 13.15 : Trong không gian cho 4 điểm A(4; 2;−2), B(1; 2;−5).C(0;1;−1), D(2; 0;−3). Chứng minh rằng : 1. Bốn điểm A, B, C, D không đồng phẳng. 2. Tứ diện ABCD có các cạnh đối diện vuông góc với nhau. Bài 13.16 : Cho hình lăng trụ tam giác ABC.A 1 B 1 C 1 biết : A(−2; 4; 1), B(1;−1; 2), A 1 (5;−1; 0), C 1 (−2; 0; 1). 1. Tìm toạ độ các đỉnh còn lại của lăng trụ. 2. Một mặt phẳng (P) qua A, trung điểm M của BC và trung điểm N của A 1 B 1 . Tìm toạ độ giao điểm của (P) với B 1 C 1 . Bài 13.17 : Cho hình hộp ABCD.A 1 B 1 C 1 D 1 . Biết A(−3; 2; 1),C(4; 2; 0), B 1 (−2; 1; 1), D 1 (3; 5; 4). 1. Xác định toạ độ các đỉnh A 1 ,C 1 , B, D và tâm K của hình hộp. 2. Tìm điểm M trên đường thẳng AA 1 sao cho KM = √ 59 2 . Bài 13.18 : Cho hình chóp S.ABCD có : S  3; 3; 13 2  , A(1; 2; 3), B(−1; 4; 6),C(2; 1; 10), D(4;−1; 7). 1. Chứng minh rằng ABCD là hình chữ nhật và S I⊥(ABCD), trong đó I là giao điểm của AC và BD. 2. Tính thể tích hình chóp. Bài 13.19 : Tính tích có hướng của các cặp vectơ sau đây : 1. −→ a = (1; 1; 2), −→ b = (3; 3; 6) 2. −→ a = (−2; 1; 3), −→ b = (1; 3;−4) 3. −→ a = (−1; 1;−2), −→ b = (2; 3;−7) 4. −→ a = (1; 1; 0), −→ b = (0; 0; 1) Bài 13.20 : Xét sự đồng phẳng của bộ ba vectơ −→ a , −→ b , −→ c sau đây : 1. −→ a = (−3; 1; 1), −→ b = (2; 3; 5), −→ c = (−4; 1; 0). 2. −→ a = (2; 1;−1), −→ b = (3; 1; 2), −→ c = (−2;−1; 1). Bài 13.21 : Cho hai điểm A(−3; 2; 1), B(1; 3;−4). Tìm điểm C trên mặt phẳng (Oxy) sao cho các điều kiện sau được thỏa mãn OC = 1 và các vectơ −−→ OA, −−→ OB, −−→ OC đồng phẳng. Bài 13.22 : Cho hai điểm A(1; 2;−1), B(−2; 1; 3). Tìm điểm M thuộc Ox sao cho tam giác AMB có diện tích nhỏ nhất. Bài 13.23 : Cho các điểm A(1; 0; 1), B(0; 0; 2),C(0; 1;1), D(−2; 1; 0). 1. Chứng minh A, B, C, D là các đỉnh của một tứ diện. 2. Tìm toạ độ trọng tâm G của tứ diện ABCD và góc tạo bởi hai đường thẳng AC và BD. 3. Tính thể tích của tứ diện ABCD và khoảng cách từ A đến mặt phẳng (BCD). Bài 13.24 : Cho tam giác ABC có A(−2; 0;1), B(0;−1; 1), C(0; 0;−1). 1. Tìm toạ độ tâm đường tròn ngoại tiếp của tam giác ABC và tính bán kính của đường tròn đó. 2. Tìm toạ độ trực tâm H của tam giác ABC. TRẦN ANH TUẤN - 0974 396 391 - (04) 66 515 343 Trang 251 www.VNMATH.com www.VNMATH.com WWW.VNMATH.COM CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC Bài 13.25 : Cho tam giác ABC có A(0; 0; 2), B(0; 1; 0),C(1; 2; 3). 1. Tìm toạ đọ điểm S trên Oy để tứ diện S ABC có thể tích bằng 8. 2. Tìm toạ độ hình chiếu H của O trên mặt phẳng (ABC). Bài 13.26 : Cho hai điểm A(−3;−2; 1), B(1; 3;−4). Tìm điểm C trên mặt phẳng (Oyz) sao cho các điều kiện sau được thoả mãn : OC = 1 và các vectơ −−→ OA, −−→ OB, −−→ OC đồng phẳng. Bài 13.27 : Cho ba điểm A(−2; 1; 3), B(1; 1; 1),C(−4;−3; 2). 1. Chứng minh A, B, C không thẳng hàng. Tính diện tích tam giác ABC. 2. Tìm điểm D trên trục Oy sao cho tứ diện ABCD có thể tích bằng 1 2 . Vấn đề 3 : Lập phương trình của mặt cầu  1. Muốn viết được phương trình mặt cầu cần biết tâm I(a; b; c) và bán kính R của mặt cầu đó. Khi đó, phương trình mặt cầu là (S ) : (x − a) 2 + (y − b) 2 + (z − c) 2 = R 2 . 2. Ta có A ∈ (S ) khi và chỉ khi IA = R. 3. (S) tiếp xúc với ∆ khi và chỉ khi d(I, ∆) = R. 4. (S) tiếp xúc với mặt phẳng (P) khi và chỉ khi d(I, (P)) = R. 5. Nếu M(x M ; y M ; z M ) thì (a) d(M,(Oxy)) = |z M |, d(M, (Oyz)) = |x M |, d(M, (Ozx)) = |y M |. (b) d(M,Ox) =  y 2 M + z 2 M , d(M,Oy) =  x 2 M + z 2 M , d(M,Oz) =  x 2 M + y 2 M . (c) Hình chiếu vuông góc của M trên trục Ox có tọa độ (x M ; 0; 0). (d) Hình chiếu vuông góc của M trên mặt phẳng (Oxy) có tọa độ (x M ; y M ; 0). Bài 13.28 : Lập phương trình mặt cầu trong các trường hợp sau đây : 1. Nhận I(2; 0; 3) là tâm và bán kính R = 4. 2. Nhận AB làm đường kính với A(−2; 3; 5), B(0; 1;−1). 3. Nhận I(3; 4;−1) làm tâm và tiếp xúc với mặt phẳng (Oyz). 4. Nhận I(6; 3;−4) làm tâm và tiếp xúc với trục Oz. Bài 13.29 : Lập phương trình mặt cầu trong mỗi trường hợp sau đây : 1. Có tâm trên trục hoành và đi qua hai điểm A(−2; 4; 1), B(1; 4;−5). 2. Có tâm nằm trên mặt phẳng (Oyz) và đi qua ba điểm A(2; −1; 5), B(2; 1; 1),C(−3;0; 2). 3. Đi qua bốn điểm A(−1; 3; 4), B(3; 1; 5),C(−2; 1;−2), D(0; 2; 3). Bài 13.30 : Cho mặt cầu (S ) : x 2 + y 2 + z 2 − 4x + 2y − 4z = 0. 1. Xác định tạo độ tâm và tính bán kính của (S ). 2. Tìm toạ độ giao điểm A, B, C (khác gốc O) của (S ) với các trục toạ độ. Tính thể tích tứ diện OABC. TRẦN ANH TUẤN - 0974 396 391 - (04) 66 515 343 Trang 252 www.VNMATH.com www.VNMATH.com WWW.VNMATH.COM CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC Bài 13.31 : Cho mặt cầu (S ) có phương trình x 2 + y 2 + z 2 + x − y + z − 1 = 0. 1. Chứng minh rằng (Oxy) cắt mặt cầu (S ) theo một đường tròn. Tìm tâm và bán kính của đường tròn này. 2. Trục Oz cắt mặt cầu tại hai điểm A, B. Tính độ dài đoạn AB. Bài 13.32 : Cho mặt cầu (S ) : x 2 + y 2 + z 2 − 3x − y + z + 1 2 = 0. 1. Chứng minh rằng mặt cầu (S ) tiếp xúc với mặt phẳng (Oyz). Tìm toạ độ tiếp điểm A. 2. Chứng minh rằng mặt cầu (S ) tiếp xúc với Ox tại B. Tìm toạ độ điểm B. Bài 13.33 : Cho S (−2; 2;−3), A(−2; 2; 1), B(2; 4; 1),C(4; 0; 1), D(0;−2; 1). 1. Chứng minh rằng ABCD là hình vuông và S A là đường cao của hình chóp S.ABCD. Tính thể tích hình chóp đó. 2. Viết phương trình mặt cầu ngoại tiếp hình chóp S.ABCD. Bài 13.34 : Cho mặt cầu (S m ) : x 2 + y 2 + z 2 − 4mx + 4y + 2mz + m 2 + 4m = 0. Tìm m để (S m ) là mặt cầu có bán kính nhỏ nhất. Bài 13.35 : Cho mặt cầu (S m ) : x 2 + y 2 + z 2 − 2mx + 2my− 4mz + 5m 2 + 2m + 3 = 0. Xác định tham số m để (S m ) là một mặt cầu. Tìm tập hợp tâm I của mặt cầu (S m ) khi m thay đổi. Vấn đề 4 : Phương pháp tọa độ giải hình học không gian  Bước 1 : Tạo một góc tam diện (có chung đỉnh và ba cạnh đôi một vuông góc). Góc tam diện này có hai trục Ox, Oy thường nằm trên mặt đáy và trục Oz vuông góc với đáy. Bước 2 : Tìm tọa độ của bốn điểm : gốc, các điểm nằm trên các trục Ox, Oy, Oz. Bước 3 : Tìm tọa độ các điểm, các vectơ có liên quan, và đưa bài toán về hình học giải tích thông thường. Bài 13.36 : Cho hình lập phương ABCD.A ′ B ′ C ′ D ′ có cạnh bằng a. 1. Gọi I là trung điểm A ′ C, J là trung điểm AB ′ . Chứng minh rằng AJ⊥A ′ I. 2. Gọi G là trọng tâm tam giác BA ′ C ′ . Chứng minh rằng B ′ ,G, D thẳng hàng. Bài 13.37 : Cho hình lập phương ABCD.A 1 B 1 C 1 D 1 . Gọi M, N, P lần lượt là trung điểm của BB 1 ,CD, A 1 D 1 . Tính góc và khoảng cách giữa C 1 N và MP. Bài 13.38 : Cho hình chóp S.ABCD, đáy ABCD là hình vuông cạnh a, S A vuông góc với đáy, M thuộc cạnh CD sao cho DM = a 2 và N thuộc cạnh BC sao cho BN = 3a 4 . Chứng minh rằng MN⊥(S AN) từ đó suy ra mặt phẳng (S AN)⊥(S MN). Bài 13.39 : Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD có cạnh đáy bằng a, chiều cao 2a. Gọi O là giao điểm của AC và BD, M và N lần lượt là trung điểm của S A và BC. 1. Tính thể tích tứ diện OS MN. 2. Đường thẳng MN cắt (S BD) tại điểm P. Tính OP. 3. Gọi K là trung điểm cạnh CD, I là điểm thay đổi trên cạnh S O với OI = m. Xác định m sao cho các đường thẳng AB, SC, KI cùng song song với một mặt phẳng. Bài 13.40 : Cho hình chóp S .ABCD có đáy ABCD là hình chữ nhật với AB = a, AD = b, S A⊥(ABCD) và SC = c. Gọi E là điểm đối xứng của C qua B. 1. Gọi M, N lần lượt là trung điểm của S B, S D. Chứng minh rằng các vectơ −−→ AE, −−→ AM, −−→ AN đồng phẳng. 2. Cho M, N thay đổi lần lượt trên các tia S B, S D sao cho S M S D = x, S N S B = y. Tìm điều kiện của x, y sao cho các vectơ −−→ AC, −−→ AM, −−→ AN đồng phẳng. TRẦN ANH TUẤN - 0974 396 391 - (04) 66 515 343 Trang 253 www.VNMATH.com www.VNMATH.com WWW.VNMATH.COM CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC 13.2 Phương trình mặt phẳng Vấn đề 1 : Viết phương trình mặt phẳng đi qua một điểm và có một vectơ pháp tuyến cho trước  1. Vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (a) Vectơ −→ n  −→ 0 được gọi là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (α) nếu nó nằm trên đường thẳng vuông góc với mặt phẳng (α). Một mặt phẳng có vô số vectơ pháp tuyến, các vectơ pháp tuyến luôn cùng phương. 1 (b) Nếu hai vectơ −→ u , −→ v không cùng phương và có giá của chúng song song (hoặc nằm trên) (α) thì vectơ −→ n = [ −→ u , −→ v ] là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (α). 2. Phương trình tổng quát của mặt phẳng Ax + By + Cz + D = 0 với A 2 + B 2 + C 2  0. Khi đó −→ n = (A; B;C) là một vectơ pháp tuyến của (α). Phương trình mặt phẳng đi qua điểm M(x 0 ; y 0 ; z 0 ) và có vectơ pháp tuyến −→ n = (A; B;C) có phương trình A(x − x 0 ) + B(y − y 0 ) + C(z − z 0 ) = 0. 3. Phương trình đoạn chắn của mặt phẳng : Giả sử mặt phẳng (P) cắt ba trục tọa độ lần lượt tại ba điểm A(a; 0; 0), B(0; b; 0), C(0; 0; c). Khi đó phương trình của mặt phẳng (P) là x a + y b + x c = 1. 4. Phương trình các mặt phẳng tọa độ (Oxy) : z = 0; (Oyz) : x = 0; (Ozx) : y = 0. Bài 13.41 : Cho hai điểm A(2; 3;−4), B(4;−1; 0). Viết phương trình của mặt phẳng trung trực của đoạn thẳng AB. Bài 13.42 : Cho tam giác ABC có : A(−1; 2; 3), B(2;−4; 3),C(4; 5;6). 1. Viết phương trình mặt phẳng qua A và vuông góc với đường thẳng BC. 2. Viết phương trình mặt phẳng qua A, B,C. Bài 13.43 : Trong không gian Oxyz cho điểm M(30; 15; 6). 1. Hãy viết phương trình mặt phẳng (α) đi qua các hình chiếu vuông góc của M trên các trục tọa độ. 2. Tìm tọa độ hình chiếu H của O trên mặt phẳng (α). Bài 13.44 : Cho điểm A(2;−3; 4). Viết phương trình mặt phẳng (α) qua các hình chiếu của điểm A trên các trục toạ độ. Bài 13.45 : Viết phương trình mặt phẳng đi qua điểm G(1; 2; 3) và cắt các trục toạ độ tại các điểm A, B, C sao cho G là trọng tâm của tam giác ABC. Bài 13.46 : Viết phương trình mặt phẳng trong mỗi trường hợp sau đây 1. Cắt các trục tọa độ tại các điểm A(3; 0;0), B(0;−2; 0), C(0; 0; 5). 2. Qua điểm H(2; 3; 1) và cắt các trục Ox, Oy, Oz tại ba điểm A, B,C sao cho H là trực tâm tam giác ABC. 3. Qua điểm M(2; 3; 1) và cắt các trục Ox, Oy, Oz tại ba điểm A, B,C sao cho tam giác ABC là tam giác đều. 1 Nếu −→ n = (a; b; c) có a  0 là một vectơ pháp tuyến thì ta luôn có thể chọn a = 1 hay một giá trị khác 0 bất kì TRẦN ANH TUẤN - 0974 396 391 - (04) 66 515 343 Trang 254 www.VNMATH.com www.VNMATH.com WWW.VNMATH.COM CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC 4. Qua điểm G(2; 3; 1) và cắt các trục Ox, Oy, Oz tại ba điểm A, B, C sao cho G là trọng tâm tam giác ABC. 5. Qua điểm N(1; 1; 1) và cắt ba tia Ox, Oy, Oz tại ba điểm A, B, C sao cho OA + OB + OC là nhỏ nhất. Bài 13.47 : Lập phương trình mặt phẳng (α) đi qua điểm M(1; 2; 3) và cắt ba tia Ox, Oy, Oz lần lượt tại A, B, C sao cho thể tích của tứ diện OABC nhỏ nhất. Bài 13.48 : Viết phương trình mặt phẳng (α) qua hai điểm A(4;−2; 1), B(1; 1;−2) và song song với trục Ox. Vấn đề 2 : Vị trí tương đối của hai mặt phẳng  Nếu (α) : Ax + By + Cz + D = 0 và (α ′ ) : A ′ x + B ′ y + C ′ z + D ′ = 0 có các vectơ pháp tuyến tương ứng là −→ n α = (A; B; C) và −→ n α ′ = (A ′ ; B ′ ;C ′ ) thì 1. (α) và (α ′ ) cắt nhau khi và chỉ khi −→ n α và −→ n α ′ không cùng phương. 2. (α) và (α ′ ) song song khi và chỉ khi −→ n α và −→ n α ′ cùng phương và có điểm M ∈ (α) thì M  (α ′ ). 3. (α) và (α ′ ) trùng nhau khi và chỉ khi −→ n α và −→ n α ′ cùng phương và có điểm M ∈ (α) thì M ∈ (α ′ ). 4. (α) và (α ′ ) vuông góc với nhau khi và chỉ khi −→ n α . −→ n α ′ = 0. Chú ý : • Nếu (P) : Ax + By + Cz + D = 0 và (Q) ∥ (P) thì (Q) có dạng Ax + By + Cz + D ′ = 0 với D ′  D. • Nếu (α)⊥(α ′ ) khi đó −→ n α ′ sẽ có giá song song với (hoặc nằm trên) mặt phẳng (α). Bài 13.49 : Xét vị trí tương đối của mỗi cặp mặt phẳng cho bởi mỗi phương trình 1. x + 2y − z + 5 = 0 và 2x + 3y − 7z + 10 = 0; 2. 3x + 2y − z + 5 = 0 và 6x + 4y − 2z + 10 = 0; 3. x + 2y − z + 5 = 0 và −x − 2y + z + 10 = 0; Bài 13.50 : Cho hai mặt phẳng (α) : 2x − my + 3z − 6 + m = 0 và (α ′ ) : (m + 3)x − 2y + (5m + 1)z − 10 = 0. Với giá trị nào của m, hai mặt phẳng đó 1. Song song với nhau. 2. Trùng nhau. 3. Cắt nhau. 4. Vuông góc với nhau. Bài 13.51 : Vẫn hỏi như bài tập 13.50 với hai mặt phẳng (α) : 2x − my + 10z + m + 1 = 0 và (α ′ ) : x − 2y + (3m + 1)z − 10 = 0. Bài 13.52 : Tìm m để hai mặt phẳng (α) : (m + 2)x + (2m + 1)y + 3z + 2 = 0 và (α ′ ) : (m + 1)x + 2y + (m + 1)z − 1 = 0. 1. song song. 2. vuông góc. 3. cắt nhau. Bài 13.53 : Cho đường thẳng A(1;−1; 2) và mặt phẳng (α) : 2x − y + z − 1 = 0. Viết phương trình mặt phẳng (P) qua A và song song với (α). TRẦN ANH TUẤN - 0974 396 391 - (04) 66 515 343 Trang 255 www.VNMATH.com www.VNMATH.com WWW.VNMATH.COM CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC Bài 13.54 : Cho hai điểm P(3; 1;−1), Q(2; −1; 4) và (α) : 2x − y + 3z − 1 = 0. Viết phương trình mặt phẳng (R) qua hai điểm P, Q và vuông góc với mặt phẳng (α). Bài 13.55 : Viết phương trình mặt phẳng (P) qua A(1; 3;−2) và vuông góc với hai mặt phẳng (α) : x − 3y + 2z + 5 = 0 và (α ′ ) : 3x − 2y + 5z + 4 = 0. Bài 13.56 : Viết phương trình mặt phẳng qua điểm M(2;−1; 2), song song với trục Oy và vuông góc với mặt phẳng 2x−y +3z +4 = 0. Bài 13.57 : Viết phương trình mặt phẳng (α), biết mặt phẳng (α) 1. qua điểm M(1;−1; 5), N(0; 0; 1) và cùng phương với trục Oz. 2. qua điểm M(1;−1; 5) và song song với mặt phẳng (Oxy). Bài 13.58 : Cho ba mặt phẳng (α 1 ) : 2x − z = 0; (α 2 ) : x + y − z + 5 = 0; (α 3 ) : 7x − y + 4z − 3 = 0. Viết phương trình mặt phẳng (α) đi qua giao tuyến của hai mặt phẳng (α 1 ) và (α 2 ) đồng thời vuông góc với mặt phẳng (α 3 ). Bài 13.59 : Cho hai mặt phẳng (P) : 2x − y + 3z + 1 = 0 và (Q) : x + y − z + 5 = 0. Viết phương trình mặt phẳng (α) đi qua giao tuyến của hai mặt phẳng (P) và (Q) đồng thời vuông góc với mặt phẳng (R) : 3x−y+1 = 0. Bài 13.60 : Lập phương trình mặt phẳng (α) đi qua điểm M(3; 4; 1) và giao tuyến của hai mặt phẳng (P) : 19x − 6y− 4z + 27 = 0 và (Q) : 42x − 8y + 3z + 11 = 0. Bài 13.61 : Viết phương trình mặt phẳng (α) chứa giao tuyến của hai mặt phẳng (β) : x + y − z + 1 = 0 và (γ) : y + z = 0 đồng thời 1. vuông góc với mặt phẳng (P) : 2x + 3y − z = 0. 2. tạo với trục Oy một góc 45 ◦ . Vấn đề 3 : Khoảng cách từ một điểm đến mặt phẳng  Khoảng cách từ điểm M(x 0 ; y 0 ; z 0 ) đến mặt phẳng (α) : Ax + By + Cz + D = 0 là d(M,(α)) = |Ax 0 + By 0 + Cz 0 + D| √ A 2 + B 2 + C 2 . Chú ý : • Nếu (P) ∥ (Q) thì d((Q), (P)) = d(M,(P)) với M là một điểm trên (Q). • Nếu AB ∥ (P) thì d(A, (P)) = d(B, (P)). Với bài toán viết phương trình mặt phẳng khi biết khoảng cách ta thường làm như sau : – Giả sử −→ n = (a; b; c)  −→ 0 là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng. – Từ các dữ kiện bài toán ta tìm được 2 phương trình chứa a, b, c. – Xét hai trường hợp ∗ Nếu a = 0, thay vào các điều kiện ta tìm được b, c. ∗ Nếu a  0, chọn a = 1 (hoặc một giá trị khác 0 bất kì), thay vào các điều kiện ta tìm được b, c. TRẦN ANH TUẤN - 0974 396 391 - (04) 66 515 343 Trang 256 www.VNMATH.com www.VNMATH.com WWW.VNMATH.COM CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC Bài 13.62 : Tìm trên trục Oz các điểm cách đều A(2; 3; 4) và mặt phẳng (α) : 2x + 3y + z − 17 = 0. Bài 13.63 : Tìm trên trục Oy điểm M cách đều hai mặt phẳng (α) : x + y − z + 1 = 0 và (α ′ ) : x − y + z − 5 = 0. Bài 13.64 : Cho (P) : 2x − 3y + 6z + 19 = 0 và điểm A(−2; 4; 3). Viết phương trình mặt phẳng (Q) qua A và song song với (P). Tính khoảng cách giữa hai mặt phẳng (P) và (Q). Bài 13.65 : Tìm trên trục tung các điểm : 1. Cách đều hai mặt phẳng (α) : x + y − z − 1 = 0 và (α ′ ) : x − y + z − 5 = 0. 2. Cách đều điểm A(1; 2; 3) và mặt phẳng (α) : x + y − z + 3 = 0. Bài 13.66 : Lập phương trình mặt phẳng (α) đi qua hai điểm A(2;−1; 0), B(5; 1; 1) và khoảng cách từ điểm M  0; 0; 1 2  đến mặt phẳng (α) bằng 7 6 √ 3 . Bài 13.67 : Lập phương trình của mặt phẳng (α) đi qua giao tuyến của hai mặt phẳng (P) : x − 3y + 7z + 36 = 0 và (Q) : 2x + y − z − 15 = 0 đồng thời (α) cách gốc tọa độ một khoảng bằng 3. Bài 13.68 : Cho hai mặt phẳng (P) : 3x + 2y − 2 = 0 và (Q) : 2x + y − 2z − 2 = 0. 1. Tìm trên giao tuyến của (P) và mặt phẳng (Oxy) một điểm M cách đều (Q) và (Oxz). 2. Tìm tập hợp những điểm cách đều hai mặt phẳng (P) và (Q). Bài 13.69 : Cho hai mặt phẳng (P) : −3x + y + z − 1 = 0, (Q) : 4x + 3y − z − 5 = 0 và hai điểm A(1; 2;4), B(−3; 2; 2). 1. Chứng minh rằng hai mặt phẳng (P) và (Q) cắt nhau theo giao tuyến ∆. Tìm tọa độ giao điểm của ∆ với ba mặt phẳng tọa độ. 2. Tìm điểm M trên ∆ sao cho M cách đều A và B. 3. Tìm điểm N trên ∆ sao cho tứ diện OABN có thể tích bằng 1 3 . Bài 13.70 : Cho mặt phẳng (P) : −2x + 3y − z + 3 = 0 và điểm A(1; 1; 1). 1. Chứng minh rằng điểm A không nằm trên (P). Tìm tọa độ hình chiếu vuông góc của A trên (P). 2. Tìm tọa độ điểm B đối xứng với điểm A qua mặt phẳng (P). 3. Tìm trên trục Ox điểm M, trên mặt phẳng (P) điểm N sao cho A là trung điểm của đoạn MN. Bài 13.71 : Tìm điểm M trên trục Oy trong mỗi trường hợp sau đây : 1. M cách đều điểm A và mặt phẳng 3x + 4y − z = 0. 2. M cách đều hai mặt phẳng 3x − 2y + 2z − 1 = 0 và 4x + y − 1 = 0. 3. Khoảng cách từ M đến mặt phẳng 2x + y + 2z − 3 = 0 gấp hai lần khoảng cách từ M đến mặt phẳng (Oxy). Vấn đề 4 : Góc giữa hai mặt phẳng TRẦN ANH TUẤN - 0974 396 391 - (04) 66 515 343 Trang 257 www.VNMATH.com www.VNMATH.com WWW.VNMATH.COM CHUYÊN ĐỀ LUYỆN THI ĐẠI HỌC  Nếu (α) : Ax + By + Cz + D = 0 và (α ′ ) : A ′ x + B ′ y + C ′ z + D ′ = 0 có các vectơ pháp tuyến tương ứng là −→ n α = (A; B; C) và −→ n α ′ = (A ′ ; B ′ ;C ′ ) thì góc ϕ giữa hai mặt phẳng (α) và (α ′ ) được tính theo công thức cos ϕ = ¬ ¬ cos( −→ n α , −→ n α ′ ) ¬ ¬ = ¬ ¬ −→ n α . −→ n α ′ ¬ ¬ | −→ n α |.| −→ n α ′ | . Chú ý : Với bài toán viết phương trình mặt phẳng khi biết góc giữa hai mặt phẳng ta thường làm như sau : • Giả sử −→ n = (a; b; c)  −→ 0 là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng. • Từ các dữ kiện bài toán ta tìm được 2 phương trình chứa a, b, c. • Xét hai trường hợp – Nếu a = 0, thay vào các điều kiện ta tìm được b, c. – Nếu a  0, chọn a = 1 (hoặc một giá trị khác 0 bất kì), thay vào các điều kiện ta tìm được b, c. Bài 13.72 : Viết phương trình mặt phẳng (α) chứa trục Oz và tạo với mặt phẳng (P) : x + 2y − √ 5z = 0 một góc bằng 60 ◦ . Bài 13.73 : Viết phương trình mặt phẳng (α) qua A(2; 0; 0), B(0; 2; 0) và tạo với mặt phẳng (Oyz) một góc 60 ◦ . Bài 13.74 : Viết phương trình mặt phẳng (α) đi qua điểm A(1; 2;−1) và : 1. vuông góc với các mặt phẳng (β) : 2x − y + 3z − 1 = 0 và (γ) : x + y + z − 2 = 0. 2. vuông góc với (P) : x − y + 2z = 0 và song song với đường thẳng d : x − 1 2 = y + 1 1 = z 2 . 3. qua điểm B(2; 0; 1) và vuông góc với mặt phẳng (Q) : x + 2y − z + 1 = 0. 4. qua điểm C(2; 1; 0) và tạo với (Oxy) một góc 60 ◦ . Bài 13.75 : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho (α) : mx + 2y + mz − 12 = 0 và (β) : x + my + z + 7 = 0. Tìm tham số m để góc giữa hai mặt phẳng (α) và (β) bằng 45 ◦ . Bài 13.76 : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, lập phương trình mặt phẳng (α) đi qua hai điểm M(3; 0; 0) và N(0; 0; 1) đồng thời tạo với mặt phẳng (Oxy) một góc π 3 . Bài 13.77 : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho (P) : 5x − 2y + 5z − 1 = 0 và (Q) : x − 4y − 8z + 12 = 0. Lập phương trình mặt phẳng (α) đi qua gốc tọa độ O, vuông góc với mặt phẳng (P) và hợp với mặt phẳng (Q) một góc 45 ◦ . Bài 13.78 : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho hình lập phương ABCD.A ′ B ′ C ′ D ′ , biết A(0; 0; 0), B(1; 0; 0), D(0; 1; 0), A ′ (0; 0; 1). Lập phương trình mặt phẳng (α) chứa đường thẳng CD ′ và tạo với mặt phẳng (BB ′ D ′ D) một góc nhỏ nhất. Vấn đề 5 : Vị trí tương đối giữa mặt phẳng và mặt cầu  Cho mặt phẳng (P) : Ax + By + Cz + D = 0 và mặt cầu (S ) tâm I(a; b; c), bán kính R. 1. Nếu d(I, (P)) > R thì mặt cầu (S ) và mặt phẳng (P) không có điểm chung. TRẦN ANH TUẤN - 0974 396 391 - (04) 66 515 343 Trang 258 www.VNMATH.com www.VNMATH.com [...]... Ô abc(a + b + c) Bài 13.259 : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho ba điểm A(1; 1; 0), B(0; 2; 0), C(0; 0; 2) 1 Viết phương trình mặt phẳng (P) qua gốc toạ độ O và vuông góc với BC Tìm toạ độ giao điểm của AC với mặt phẳng (P) 2 Chứng minh rằng tam giác ABC là tam giác vuông Viết phương trình mặt cầu ngoại tiếp tứ diện OABC Bài 13.260 : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho ba điểm A(2; 0; 0),... + z = 0 và độ √ dài đoạn MN = 2 Bài 13.262 : Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho điểm M(5; 2; −3) và mặt phẳng (P) : 2x + 2y − z + 1 = 0 1 Gọi M1 là hình chiếu của M lên mặt phẳng (P) Xác định toạ độ điểm M1 và tính độ dài đoạn MM1 x−1 y−1 z−5 = = 2 1 −6 Bài 13.263 : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho lăng trụ đứng OAB.O1 A1 B1 với A(2; 0; 0), B(0; 4; 0), O1 (0; 0; 4) 2 Viết phương trình... 13.232 (D09) : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho các điểm A(2; 1; 0), B(1; 2; 2), C(1; 1; 0) và mặt phẳng (P) : x+y+z−20 = 0 Xác định tọa độ điểm D thuộc đường thẳng AB sao cho đường thẳng CD song song với mặt phẳng (P) z x+2 y−2 = = và mặt phẳng (P) : x+2y−3z+4 = Bài 13.233 (D09) : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho đường thẳng ∆ : 1 1 −1 0 Viết phương trình đường thẳng d nằm trong (P) sao... cách từ M đến (P), biết MC = 6 x+2 y−2 z+3 Bài 13.200 (A10) : Trong không gian toạ độ Oxyz, cho điểm A(0; 0; −2) và đường thẳng ∆ : = = Tính khoảng 2 3 2 cách từ A đến ∆ Viết phương trình mặt cầu tâm A, cắt ∆ tại hai điểm B và C sao cho BC = 8 Bài 13.199 (A10) : Trong không gian toạ độ Oxyz, cho đường thẳng ∆ : Bài 13.201 (B02) : Cho hình lập phương ABCD.A1 B1C1 D1 có cạnh bằng a 1 Tính theo a khoảng... www.VNMATH.com Bài 13.213 (B09) : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho tứ diện ABCD có các đỉnh A(1; 2; 1), B(−2; 1; 3), C(2; −1; 1) và D(0; 3; 1) Viết phương trình mặt phẳng (P) đi qua A, B sao cho khoảng cách từ C đến (P) bằng khoảng cách từ D đến (P) Bài 13.214 (B09) : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho mặt phẳng (P) : x − 2y + 2z − 5 = 0 và hai điểm A(−3; 0; 1), B(1; −1; 3) Trong các đường thẳng... (D04) : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho ba điểm A(2; 0; 1), B(1; 0; 0), C(1; 1; 1) và mặt phẳng (P) : x+y+z−2 = 0 Viết phương trình mặt cầu đi qua ba điểm A, B, C và có tâm thuộc mặt phẳng (P) Bài 13.224 (D05) : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho hai đường thẳng : d1 : x−1 y+2 z+1 = = và d2 : 3 −1 2 x+y−z−2=0 x + 3y − 12 = 0 1 Chứng minh rằng d1 và d2 song song với nhau Viết phương trình... www.VNMATH.com Bài 13.177 (CĐ09) : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho các mặt phẳng (P1 ) : x + 2y + 3z + 4 = 0 và (P2 ) : 3x + 2y − z + 1 = 0 Viết phương trình mặt phẳng (P) đi qua điểm A(1; 1; 1), vuông góc với hai mặt phẳng (P1 ) và (P2 ) Bài 13.178 (CĐ09) : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho tam giác ABC có A(1; 1; 0), B(0; 2; 1) và trọng tâm G(0; 2; −1) Viết phương trình đường thẳng ∆ đi... diện S MBC theo a Bài 13.235 (D10) : Trong không gian toạ độ Oxyz, cho hai mặt phẳng (P) : x + y + z − 3 = 0 và (Q) : x − y + z − 1 = 0 Viết phương trình mặt phẳng (R) vuông góc với (P) và (Q) sao cho khoảng cách từ O đến (R) bằng 2 x =3+t Bài 13.236 (D10) : Trong không gian toạ độ Oxyz, cho hai đường thẳng ∆1 : y=t và ∆2 : x−2 y−1 z = = Xác định tọa 2 1 2 z=t độ điểm M thuộc ∆1 sao cho khoảng cách... (A′CD) Bài 13.186 (A03) : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho hình hộp chữ nhật ABCD.A′ B′C ′ D′ có A trùng với gốc toạ độ, B(a; 0; 0), D(0; a; 0), A′(0; 0; b) với (a > 0, b > 0) Gọi M là trung điểm cạnh CC ′ 1 Tính thể tích khối tứ diện BDA′ M theo a và b a 2 Xác định tỉ số để hai mặt phẳng (A′ BD) và (MBD) vuông góc với nhau b Bài 13.187 (A04) : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho hình chóp... (0; 0; 4) 1 Tìm toạ độ điểm B thuộc mặt phẳng (Oxy) sao cho tứ giác OABC là hình chữ nhật Viết phương trình mặt cầu qua bốn điểm O, B, C, S 2 Tìm toạ độ điểm A1 đối xứng với điểm A qua đường thẳng S C Bài 13.261 : Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, cho hai đường thẳng z x y d1 : = = và d2 : 1 1 2 x = −1 − 2t y=t (t là tham số ) z=1+t 1 Xét vị trí tương đối của d1 và d2 2 Tìm toạ độ điểm M thuộc . WWW.VNMATH.COM Chương 13 Phương pháp không gian toạ độ trong không gian 13. 1 Hệ toạ độ trong không gian Vấn đề 1 : Tìm tọa độ của một vectơ và các yếu. 2a). 1. Xác định toạ độ các đỉnh còn lại. 2. Xác định toạ độ −−−→ DB ′ . 3. Xác định toạ độ trung điểm M của đoạn BA ′ . 4. Xác định toạ độ trọng tâm tam