chuan
Chuyên đề: Hình học giải tích trong không gian HĐBM Tỉnh Đồng Tháp GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MÔN TOÁN Vấn đề phương pháp tọa độ trong không gian dành cho học sinh trung bình yếu I) THỰC TRẠNG DẠY VÀ HỌC HHGT TRONG KHÔNG GIAN: - Đối với Giáo viên: Dạy học còn chủ quan, chưa thống nhất nội dung giảng dạy, chưa có điều kiện học hỏi trao đổi chuyên môn, còn lúng túng trong đổi mới phương pháp dạy học, . - Đối với học sinh: Đa số mất căn bản, khó lấy lại căn bản hơn bộ môn khác, không biết phương pháp học, ham chơi, chưa xác định được động cơ học tập - Đối với gia đình học sinh: ít quan tâm việc học của con em mình lo làm kinh tế, thường giao phó việc học tập của con em cho nhà trường . - Chương trình sách giáo khoa: Còn nặng về lý thuyết mang tính hàn lâm. chưa có sự thống nhất hài hòa giữa 2 bộ sách cũng như quan điểm trình bày . - Cơ sở vật chất chưa đáp ứng trong việc đổi mới phương pháp dạy học, như chưa có phòng học bộ môn, việc sử dụng công nghệ thông tin vào dạy học còn hạn chế . II) MỘT SỐ GIẢI PHÁP: Giáo viên cần chuẩn bị tốt yêu cầu sau: - Thường xuyên tự học hỏi trao đổi chuyên môn. - Nghiên cứu thật kỹ chuẩn kiến thức để dạy kiến thức chuẩn cho học sinh. - Cần nghiên cứu các đề thi Tốt nghiệp THPT những năm gần đây, trong đó hình học giải tích trong không gian chiếm 1/5 số điểm (2 điểm). Câu hỏi trong đề thi cho theo chuẩn kiến thức (kiến thức cơ bản) - Nội dung. Chú ý có 3 phần chính: - Giáo viên lớp 12 dạy thật kỹ phần này, sao cho mỗi học sinh đều làm được, nhắc lại nhiều lần và cho bài tập tương tự củng cố sau từng nội dung dạy. + Cụ thể: phải đảm bảo các kiến thức chuẩn trọng tâm và rèn luyện kỹ năng giải được các các dạng toán sau: GV: Nguyễn Thành Nam 1 Trường THPT Trần Văn Năng Chuyên đề: Hình học giải tích trong không gian HĐBM Tỉnh Đồng Tháp 1) Hệ trục tọa độ trong không gian - Tính dược tọa độ các phép toán của 2 vectơ: tổng, hiệu, tính 1 số với 1 véctơ, tính vô hướng 2 vec tơ - Khoảng cách 2 điểm - Xác định tâm, bán kính mặt cầu cho trước - viết được phương trình mặt cầu 2) Phương trình mắt phẳng - Xác định vectơ pháp tuyến của mặt phẳng. (Tính có hướng 2 vectơ) - Biết cách viết phương trình mặt phẳng. (xác định 2 yếu tố) - Tính khoảng cách từ một điểm đến mặt phẳng 3) Phương trình đường thẳng - Biết cách viết phương trình tham số của đường thẳng - Từ các phương trình của 2 đường thẳng, biết cách xác định vị trí tương đối của 2 đường thẳng đó * Để ý: - Đây là bài tập cơ bản giáo viên dạy thật kỹ, mỗi phần phải làm ví dụ mẫu và cho ví dụ tương tự, học sinh giải bài tập tại lớp về nhà làm lại. - Hướng dẫn học sinh biết tóm tắt trọng tâm bài. yêu cầu cần đạt - Soạn tiết dạy có bài tập cùng loại (tương tự) về nhà làm lại (giáo viên kiểm tra bái làm tiết dạy sau) - Sau khi giải xong một dạng toán giáo viên cho bài tập tự luyện có hướng dẫn giúp học sinh hiểu và vận dụng làm được bài tập ở nhà - Trong khi giải bài tập giáo viên khuyến khích cho học sinh giải nhanh cho điểm khuyến khích, kích thích sự học tập của học sinh qua dạy các bài tập toán tương tự. - Động viên, khuyến khích học sinh lên bảng, xung phong giải bài tập, khen học sinh có tiến bộ, có cố gắng, Tuyệt đối không dùng từ ngữ chê bai các em, mà bình tĩnh, kiên nhẫn động viên học sinh yếu - Sau mổi bài, hết phần (Chương) có tóm tắt trọng tâm phương pháp giải và có hệ thống bài tập tự rèn luyện (tham khảo SGK và SBT). GV: Nguyễn Thành Nam 2 Trường THPT Trần Văn Năng Chuyên đề: Hình học giải tích trong không gian HĐBM Tỉnh Đồng Tháp III/ CÁC VẤN ĐỀ CỤ THỂ ĐỀ XUẤT DÀNH CHO HỌC SINH CHUẨN: § 1. TỌA ĐỘ TRONG KHÔNG GIAN A. CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN 1. Tọa độ điểm và véc tơ : Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz: 1. ( ; ; ) M M M M M M M x y z OM x i y j z k ⇔ = + + uuuur r r r 2. 1 2 3 ( ; ; )a a a a = r ⇔ 1 2 3 a a i a j a k = + + r r r r 2. Bi ểu thức tọa độ các phép toán véc tơ Trong không gian Oxyz Cho 1 2 3 ( ; ; )a a a a = r và 1 2 3 ( ; ; )b b b b = r ta có 1 1 2 2 3 3 ( ; ; )a b a b a b a b ± = ± ± ± r r 1 2 3 . ( ; ; )k a ka ka ka = r 1 1 2 2 3 3 a b a b a b a b = = ⇔ = = r r a r và b r cùng phương 1 1 2 2 3 3 : a kb k R a kb a kb a kb = ⇔ ∃ ∈ = ⇔ = = r r Cho A(x A ;y A ;z A ), B(x B ;y B ;z B ) thì ( ; ; ) B A B A B A AB x x y y z z = − − − uuur là trung điểm AB thì M +++ 2 ; 2 ; 2 BABABA zzyyxx GV: Nguyễn Thành Nam 3 Trường THPT Trần Văn Năng Chuyên đề: Hình học giải tích trong không gian HĐBM Tỉnh Đồng Tháp 3. Tích vô hướng và ứng dụng Trong không gian Oxyz, tích vô hướng của 1 2 3 ( ; ; )a a a a = r và 1 2 3 ( ; ; )b b b b = r là: 1 1 2 2 3 3 . . os(a; )a b a b c b a b a b a b = = + + r r r r r r 2 2 2 1 2 3 a a a a= + + r 2 2 2 ( ) ( ) ( ) B A B A B A AB x x y y z z = − + − + − 1 1 2 2 3 3 2 2 2 2 2 2 1 2 3 1 2 3 . . . s( , ) . a b a b a b co a b a a a b b b + + = + + + + r r (với 0 , 0a b≠ ≠ r r r r ) a r và b r vuông góc 1 1 2 2 3 3 . . . 0a b a b a b⇔ + + = 4. Phương trình mặt cầu Mặt cầu (S) tâm I(a;b;c) bán kính r có phưong trình (x-a) 2 + (y-b) 2 + (z-c) 2 = r 2 Phương trình : x 2 + y 2 + z 2 + 2Ax + 2By + 2Cz + D = 0 với A 2 +B 2 +C 2 -D > 0 là phương trình mặt cầu tâm I(-A;-B;-C) , bán kính 2 2 2 r A B C D= + + − . B. BÀI TẬP: Bài 1. Viết tọa độ của các vectơ say đây: 2a i j → → → = − + + K3 ; 7 8b i k → → → = − ; 9c k → → = − ; Bài 2. Cho ba vectơ → a = ( 2; -1 ; 0 ), → b = ( -1; -2; 2) , → c = (-2 ; 1; 0 ). a. Tìm tọa độ của vectơ : → v = -2 → a + 3 → b - 5 → c và → u = 3 → a - 2 → c b. Chứng tỏ → a ⊥ → b và → b ⊥ → c Bài 3. Cho 2 vectơ → a = (1; 2; 3) Tìm tọa độ của vectơ x → , biết rằng: GV: Nguyễn Thành Nam 4 Trường THPT Trần Văn Năng Chuyên đề: Hình học giải tích trong không gian HĐBM Tỉnh Đồng Tháp a) 0a x → → → + = b) 4a x a → → → + = Bài 4. Cho ba điểm không thẳng hàng: (1;3;7), ( 5;2;0), (0; 1; 1).A B C − − − a. Tìm tọa độ trọng tâm G của tam giác ABC. b. Tính chu vi tam giác ABC c. Tìm tọa độ điểm D để tứ giác ABCD là hình bình hành. d. Tìm tọa độ diểm M sao cho GMGA 2 −= Bài 5. Cho hình hộp ABCD.A'B'C'D', A(1; 0; 1), B(2; 1; 2), D(1; -1; 1), C'(4; 5; -5). a. Tìm tọa độ các đỉnh còn lại. b. Tìm tọa độ trọng tâm G, G’ lần lượt của tứ diện A.A’BD và C’.CB’D’ c. Chứng tỏ rằng: 3GG’ = AC’ Bài 6: Xác định tọa độ của tâm và bán kính của các mặt cầu có phương trình sau đây: a. 0128 222 =++−++ yxzyx b. 04284 222 =−−++++ zyxzyx c. 07524 222 =−−++−−− zyxzyx d. 03936333 222 =+−+−++ zyxzyx Bài 7. Viết phương trình mặt cầu: a. Tâm I(2;1;-1), bán kính R = 4. b. Đi qua điểm A(2;1;-3) và tâm I(3;-2;-1). c. Hai đầu đường kính là A(-1;2;3), B(3;2;-7) d. Đi qua bốn điểm (0; 0; 0), A(2; 2; 3), B(1; 2; -4), C(1; -3; -1) e. Đi qua điểm A(1;3;0) ,B(1;1;0) và tâm I thuộc 0x. GV: Nguyễn Thành Nam 5 Trường THPT Trần Văn Năng Chuyên đề: Hình học giải tích trong không gian HĐBM Tỉnh Đồng Tháp § 2. PHƯƠNG TRÌNH MẶT PHẲNG C. CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN 1. Véc tơ pháp tuyến của mặt phẳng: • n r ≠ 0 r là véctơ pháp tuyến của mặt phẳng (α) ⇔ n r ⊥ (α) 2. Phương trình tổng quát của mặt phẳng * Định nghĩa: Trong không gian Oxyz phương trình dạng Ax + By + Cz + D = 0 với A 2 +B 2 +C 2 ≠ 0 được gọi là phương trình tổng quát của mặt phẳng • Mặt phẳng (P) : Ax + By + Cz + D = 0 có véctơ pháp tuyến là ( ; ; )n A B C= r • Mặt phẳng (P) đi qua điểm M 0 (x 0 ;y 0 ;z 0 ) và nhận ( ; ; )n A B C= r làm vectơ pháp tuyến có phương trình dạng: A(x-x 0 ) + B(y-y 0 ) + C(z-z 0 ) = 0. • Nếu (P) có cặp vectơ 1 2 3 1 2 3 ( ; ; ),b ( ; ; )a a a a b b b= = r r không cùng phương và có giá song song hoặc nằm trên (P) thì vectơ pháp tuyến của (P) được xác định n = 2 3 3 1 1 2 2 3 3 2 3 1 1 3 1 2 2 1 2 3 3 1 1 2 a a a a a a , ; ; ( ; ; ) b b b b b b a b a b a b a b a b a b a b = = − − − ÷ r r * Các trường hợp riêng của phương trình măt phẳng Trong không gian Oxyz cho mp( ) α : Ax + By + Cz + D = 0. Khi đó: D = 0 khi và chỉ khi ( ) α đi qua gốc tọa độ. A=0 ,B 0 ≠ ,C 0 ≠ , D 0 ≠ khi và chỉ khi ( ) α song song với trục Ox A=0 ,B = 0 ,C 0≠ , D 0≠ khi và chỉ khi ( ) α song song mp (Oxy ) A,B,C,D 0≠ . Đặt , , D D D a b c A B C = − = − = − Khi đó ( ): 1 x y z a b c α + + = (Các trường hợp còn lại xét tương tự) GV: Nguyễn Thành Nam 6 Trường THPT Trần Văn Năng Chuyên đề: Hình học giải tích trong không gian HĐBM Tỉnh Đồng Tháp 3. Vị trí tương đối của hai mặt phẳng Trong không gian Oxyz cho ( α ): Ax+By+Cz+D = 0, ( α ’):A’x+B’y+C’z+D’= 0 ( α )cắt ( α ’) ⇔ A : B : C ≠ A’: B’: C’ ( α ) // ( α ’) ⇔ A : A’ = B : B’ = C : C’ ≠ D : D’ ( α ) ≡ ( α ’) ⇔ A : B : C : D = A’: B’: C’: D’ Đặc biệt ( α ) ⊥ ( α ’) 1 2 . 0 . ' . ' . ' 0n n A A B B C C⇔ = ⇔ + + = ur uur 4. Khoảng cách từ một điểm đến một mặt phẳng Khoảng cách từ M 0 (x 0 ;y 0 ;z 0 ) đến mp(α): Ax + By + Cz + D = 0 cho bởi công thức : 0 0 0 0 2 2 2 Ax By Cz D d(M , ) A B C + + + α = + + D. BÀI TẬP Bài 1. Lập phương trình mặt phẳng (P) đi qua điểm M và có vtpt n r biết a. Điểm ( ) ( ) M 3;1;1 , n 1;1;2= − r b. ( ) ( ) M 2;7;0 , n 3;0;1− = r c, ( ) ( ) M 4; 1; 2 , n 0;1;3− − = r d, ( ) ( ) M 2;1; 2 , n 1;0;0− = r Bài 2: Trong không gian Oxyz, cho bốn điểm A( 3;-2;-2), B(3;2;0), C(0;2;1), D(-1;1;2) a. Viết phương trình mặt phẳng (ABC). b. Viết phương trình mặt phẳng trung trực của đoạn AC. c. Viết phương trình mặt phẳng (P) chứa AB và song song với CD. d. Viết phương trình mặt phẳng (Q) chứa CD và vuông góc với mp(ABC) Bài 3. GV: Nguyễn Thành Nam 7 Trường THPT Trần Văn Năng Chuyên đề: Hình học giải tích trong không gian HĐBM Tỉnh Đồng Tháp Lập phương trình mp ( ) α đi qua điểm M và song song với mp ( ) β biết: a. ( ) ( ) ( ) M 2;1;5 , Oxyβ = b. ( ) ( ) M 1;1;0 , :x 2y z 10 0− β − + − = c. ( ) ( ) M 1; 2;1 , : 2x y 3 0− β − + = d. ( ) ( ) M 3;6; 5 , : x z 1 0− β − + − = Bài 4: Lập phương trình của mặt phẳng (P) đi qua M(1;1;1) và a. Song song với các trục 0x và 0y. b. Song song với các trục 0x,0z. c. Song song với các trục 0y, 0z. Bài 6: Lập phương trình của mặt phẳng đi qua 2 điểm M(1;-1;1) và B(2;1;1) và : a. Cùng phương với trục 0x. b. Cùng phương với trục 0y. c. Cùng phương với trục 0z. Bài 7: Lập phương trình tổng quát của mặt phẳng (P) biết : a. (P) đi qua điểm A(-1;3;-2) và nhận );4,3,2(n làm VTPT. b. (P) đi qua điểm M(-1;3;-2) và song song với (Q): x+2y+z+4=0. c. (P) đi qua I(2;6;-3) và song song với các mặt phẳng toạ độ Bài 8: Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng (P): 2x + y - z - 6 = 0 a. Viết phương trình mp (Q) đi qua gốc tọa độ O và song song với mp (P). b. Tính khoảng cách từ gốc tọa độ đến mặt phẳng (P). ( TNPT năm 1993) Bài 9*: GV: Nguyễn Thành Nam 8 Trường THPT Trần Văn Năng Chuyên đề: Hình học giải tích trong không gian HĐBM Tỉnh Đồng Tháp Trong không gian Oxyz, cho hai mặt phẳng (P): x + y – z +5 = 0 và (Q): 2x – z = 0 a. Chứng tỏ hai mặt phẳng đó cắt nhau b. Lập phương trình mặt phẳng (α) qua giao tuyến của hai mặt phẳng (P) và (Q) và đi qua A(-1;2;3). c. Lập phương trình mặt phẳng (β) qua giao tuyến của hai mặt phẳng (P) và (Q) và song song với Oz. d. Lập phương trình mặt phẳng ( γ ) đi qua gốc tọa độ O và vuông góc với hai mặt phẳng (P) và (Q). Bài 10: Lập phương trình tổng quát của mặt phẳng (P) trong các trường hợp sau: a. Đi qua hai điểm A(0;-1;4) và có cặp VTCP là ( ) 3;2;1a r và ( ) 3;0;1b − r b. Đi qua hai điểm B(4;-1;1) và C(3;1;-1) và cùng phương với trục 0x. Bài 11: Cho tứ diện ABCD có A(5;1;3) B(1;6;2) C(5;0;4) D(4;0;6) . a. Viết phương trình tổng quát các mặt phẳng (ABC) (ACD) (ABD) (BCD). b. Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng (P) đi qua cạnh AB và song song vói CD. Bài 12: Viết phương trình tổng quát của (P) a. Đi qua ba điểm A(1;0;0), B(0;2;0) , C(0;0;3) . b. Đi qua A(1;2;3) ,B(2;2;3) và vuông góc với mặt phẳng (Q) : x+2y+3z+4=0 c. Chứa 0x và đi qua A(4;-1;2) , d. Chứa 0y và đi qua B(1;4;-3) Bài 15: Cho hai điểm A(3;2;3) B(3;4;1) trong không gian 0xyz a. Viết phương trình mặt phẳng (P) là trung trực của AB. b. Viết phương trình mp(Q) qua A vuông góc (P) và vuông góc với (y0z) c. Viết phương trình mặt phẳng (R) qua A và song song với mp(P). Bài 16: GV: Nguyễn Thành Nam 9 Trường THPT Trần Văn Năng Chuyên đề: Hình học giải tích trong không gian HĐBM Tỉnh Đồng Tháp Trong không gian Oxyz, cho hai mặt phẳng (P): 2x + ky + 3z – 5 = 0 và (Q): mx - 6y - 6z + 2 = 0 a. Xác định giá trị k và m để hai mặt phẳng (P) và (Q) song song nhau, lúc đó hãy tính khoảng cách giữa hai mặt phẳng. b. Trong trường hợp k = m = 0 gọi (d) là giao tuyến của (P) và (Q) Bài 17: Cho hình lập phương ABCD.A’B’C’D’ cạnh bằng 1. a. Chứng minh rằng mp(AB’D’) song song mp(BC’D) b. Tính khoảng cách giửa hai mặt phẳng trên. c. Chứng minh rằng A’C vuông góc (BB’D’D) § 3. PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG THẲNG TRONG KHÔNG GIAN E. CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN 1. Phương trình tham số của đường thẳng : * Phương trình tham số của đường thẳng ∆ đi qua điểm M 0 (x 0 ;y 0 ;z 0 ) và có vec tơ chỉ phương 1 2 3 ( ; ; )a a a a= r : 0 1 0 2 0 3 (t R) x x a t y y a t z z a t = + = + ∈ = + * Nếu a 1 , a 2 , a 3 đều khác không. Phương trình đường thẳng ∆ viết dưới dạng chính tắc như sau: 0 0 0 1 2 3 x x y y z z a a a − − − = = GV: Nguyễn Thành Nam 10 Trường THPT Trần Văn Năng