Công thức hình học 12
Page HÌNH HỌC 12 CÁC KIẾN THỨC CẦN NHỚ VỀ HÌNH HỌC ĐỂ GIẢI TỐN HÌNH HỌC 12 I TỈ SỐ GĨC NHỌN TRONG TAM GIÁC VNG AB AC (ĐỐI chia HUYỀN) cos = (KỀ chia HUYỀN) BC BC A AC AB tan = (ĐỐI chia KỀ) cot = (KỀ chia ĐỐI) AB AC sin = II HỆ THỨC LƢỢNG TRONG TAM GIÁC VUÔNG BC2 = AB2 + AC2 (Định lí Pitago)=>AB2 = BC2 - AC2 AB2 = BH.BC AC2 = CH.BC AH2 = BH.CH AB.AC = BC.AH B H 1 2 AH AB AC2 III ĐỊNH LÍ CƠSIN a2 = b2 + c2 – 2bccosA a b c 2R sin A sin B sin C IV ĐỊNH LÍ SIN V ĐỊNH LÍ TALET a) b2 = a2 + c2 – 2accosB c2 = a2 + b2 – 2abcosC A MN // BC AM AN MN ; AB AC BC b) N M AM AN MB NC B C VI DIỆN TÍCH TRONG HÌNH PHẲNG Tam giác thường: a) S = ah b) S = p(p a)(p b)(p c) (Công thức Hê-rông) c) S = pr (r: bk đ.tròn nội tiếp tam giác) Tam giác cạnh a: a a) Đường cao: h = ; a2 b) S = c) Đường cao đường trung tuyến, đường phân giác, đường trung trực Tam giác vuông: a) S = ab (a, b cạnh góc vng) b) Tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác trung điểm cạnh huyền Tam giác vuông cân (nửa hình vng): a) S = a (2 cạnh góc vng nhau) b) Cạnh huyền a Nửa tam giác đều: a) Là tam giác vng có góc 30o 60o a a2 b) BC = 2AB c) AC = d) S = B Tam giác cân: a) S = ah (h: đường cao; a: cạnh đáy) A 60 o 30 o C b) Đường cao hạ từ đỉnh đường trung tuyến, đường phân giác, đường trung trực Hình chữ nhật: S = ab (a, b kích thước) Hình thoi: S= d1.d2 (d1, d2 đường chéo) C Page Hình vng: a) S = a2 b) Đường chéo a 10 Hình bình hành: S = ah (h: đường cao; a: cạnh đáy) 11 Đường tròn: a) C = R (R: bán kính đường trịn) b) S = R2 (R: bán kính đường trịn) VII CÁC ĐƢỜNG TRONG TAM GIÁC Đường trung tuyến: G: trọng tâm tam giác a) Giao điểm đường trung tuyến tam giác gọi trọng tâm b) * BG = BN; * BG = 2GN; * GN = BN 3 A N M G B C P Đường cao: Giao điểm của đường cao tam giác gọi trực tâm Đường trung trực: Giao điểm đường trung trực tam giác tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác Đường phân giác: Giao điểm đường phân giác tam giác tâm đường tròn nội tiếp tam giác VIII HÌNH HỌC KHƠNG GIAN Hình tứ diện đều: Có mặt tam giác Chân đường cao trùng với tâm đáy (hay trùng với trọng tâm tam giác đáy) Các cạnh bên tạo với mặt đáy góc Hình chóp đều: Có đáy đa giác Có mặt bên tam giác cân Chân đường cao trùng với tâm đa giác đáy Các cạnh bên tạo với mặt đáy góc Đường thẳng d vng góc với mp( ): d a; d b a) Đt d vng góc với đt cắt nằm mp( ) Tức là: a b d ( ) a,b () () b) () () a d ( ) d a d () A c) Đt d vng góc với mp( ) d vng góc với đt nằm mp( ) Góc đt d mp( ): d cắt ( ) O A d O AH () d' ˆ Nếu góc d ( ) hay AOH = H H ( ) Góc mp( ) mp( ): () () AB Nếu FM AB;EM AB EM (),FM () ˆ = góc ( ) ( ) hay EMF F E B M A Khoảng cách từ điểm A đến mp( ): Nếu AH ( ) d(A, ( )) = AH (với H ( )) IX KHỐI ĐA DIỆN: Thể tích khối lăng trụ: V = Bh (B: diện tích đáy; h: chiều cao) Thể tích khối chóp: V= Bh (diện tích đáy đa giác) Page 3 Tỉ số thể tích khối chóp: Diện tích xq hình nón trịn xoay: Thể tích khối nón trịn xoay: Diện tích xq hình trụ trịn xoay: Thể tích khối trụ trịn xoay: Diện tích mặt cầu: Thể tích khối nón trịn xoay: VS.ABC SA SB SC VS.ABC SA SB SC Sxq = Rl (R: bk đường tròn; l: đường sinh) V = Bh (diện tích đáy đường trịn) Sxq = Rl (R: bk đường tròn; l: đường sinh) V = Bh = R h ( h: chiều cao khối trụ) S = R (R: bk mặt cầu ) V = R (R: bán kính mặt cầu) Page PHẦN: HÌNH HỌC TRONG KHƠNG GIAN I CƠNG THỨCgian VECTƠ: Trong khơng với hệ trục Oxyz cho a a1 ; a2 ; a3 b b1 ; b2 ; b3 k R Ta có: 1) a b a1 b1 ; a b2 ; a3 b3 2) ka ka1 ; ka2 ; ka3 3) a.b a1 b1 a b2 a3 b3 4) a a12 a 22 a 32 4) G trọng tâm tứ diện ABCD GA GB GC GD x A x B xC X D xG y y yC y D A B yG z A z B zC z D zG 5) Điểm M chia đoạn AB theo tỉ số k Ta có: 5) Tích có hướng hai vectơ a b a, b ab ba a a1 a1 a ; b3 b1 b1 b2 a, b a b Sin a, b 6) ; a1 b1 7) a b a b2 a b 8) a phương b a, b 9) a a, b hay b a, b 10) a , b , c đồng phẳng a, b c 11) ab a1 b1 a b2 a3 b3 x A kx B x M 1 k y A ky B y M 1 k z A kz B z M k Ứng dụng vectơ: AB, AC S ABC VHoäpABCD A B C D AB, AD AA / VTứdiệnABCD / / / / AB, AC AD a a1 ; a ; a3 b b1 ; b2 ; b3 Nên có VTPT là: B x B ; y B ; z B x A y B y A z B z A 3) G trọng tâm ABC , ta có: a a a a1 a1 a ; ; n a, b b2 b3 b3 b1 b1 b2 2) Phương trình tổng quát mp có 1) AB x B x A ; y B y A ; zB zA x B , k 1 6) I trung điểm đoạn AB thì: xA xB x I yA yB y I z A z2 z I III MẶT PHẲNG: 1) Giả sử mp có cặp VTCP : II TOẠ ĐỘ ĐIỂM: Trog không gian Oxyz cho Ax A ; y A ; z A 2) AB x A x B xC xG y A y B yC yG z A zB zC zG dạng: Ax + By + Cz + D = Với A B C ; n A; B; C là VTPT mp 3) Phương trình mặt phẳng toạ độ: Page (Oxy) : z = ; (Ozy) : x = (Oxz) : y = 4) Chùm mặt phẳng:Cho hai mặt phẳng cắt nhau: 1 : A1 x B1 y C1 z D1 : A2 x B2 y C2 z D:2 P.tr 1của chùm mp xác định1 là: 1 A1 x B1y C1z D1 A2 x B2 y C2 z D2 2 D z 5) Các C vấn đề viết phƣơngytrình mặt phẳng: B x VấnAĐề 1: Viết phƣơng trình mặt phẳng P.Pháp: Tìm VTPT n A; B; C điểm qua M x0 ; y0 ; z dạng: Ax x By y Cz z Vấn Đề 2: Viết phƣơng trình mặt phẳng qua ba điểm A, B, C P.Pháp: Tính AB, AC Mp (ABC) có VTPT n AB, AC qua A Kết luận Vấn Đề 3: Viết phƣơng trình mp qua điểm A vng góc BC P.Pháp: Mp BC Nên có VTPT BC qua A Chú ý: Trục Ox chứa i 1;0;0 Trục Oy chứa j 0;1;0 Trục Oz chứa k 0;0;1 Vấn Đề 4: Viết phƣơng tình mp mặt phẳng trung trực AB P.Pháp: Mp AB Nên có VTPT AB qua I trung điểm AB Kết luận Vấn Đề 5: Viết phƣơng tình mp qua điểm M x ; y ; z song song với mặt phẳng : Ax By Cz D P.pháp: // Nên phương trình có dạng: Ax + By + Cz + D / = M D / Kết luận Vấn Đề 6: Viết phƣơng trình mp (P) qua hai điểm A, B vng góc với mp (Q) P.Pháp: Mp (P) có cặp VTCP là: AB VTPT (Q) n Q Mp (P) có VTPT n AB, nQ qua A Kết luận Vấn Đề 7: Viết phƣơng trình mp qua điểm hình chiếu điểm M x ; y ; z trục toạ độ P.Pháp:* Gọi M1, M2, M3 hình chiếu điểm M Ox, Oy, Oz Thì M1(x0;0;0) , M2(0;y0;0) , M3(0;0;x0) * Phương trình mp là: y x z 1 z0 x0 y Vấn Đề 8: Viết phƣơng trình mp qua điểm M0 vng góc với hai mặt phẳng (P) (Q) P.Pháp: (P) có VTPT n P (Q) có VTPT n Q Mp có VTPT n P , n Q qua Mo Kết luận Vấn Đề 9:Viết phƣơng trình mặt phẳng qua giao tuyến hai mp * Đi qua điểm M0 P.Pháp: Mp qua giao tuyến có dạng: A1 x B1 y C1 z D1 A2 x B2 y C z D2 M k1 k Page Kết luận *Song song với mặt phẳng : A3x + B3y + C3z +D3 = Mp có dạng: A1 A2 x B1 B2 y C1 C z D1 D2 Có VTPT : n A1 A2 ; B1 B2 ; C1 C2 Có VTPT : n3 A3 ; B3 ; C3 A1 A2 B1 B2 C1 C Vì // Nên A3 B3 C3 Giải tìm , * vng góc với : A3x + B3y + C3z +D3 = Ta có : n n3 n n3 Chọn Kết luận Chọn Vấn Đề 10: Viết phƣơng trình mặt phẳng tiếp diện mặt cầu (S) tiếp điểm A P.Pháp: Xác định tâm I mặt cầu (S) Mặt phẳng : Mp tiếp diện có VTPT : IA Viết phương trình tổng qt I II ĐƢỜNG THẲNG: Phƣơng trình đƣờng thẳng: 1) Phƣơng trình tổng quát đường thẳng: A1 x B1 y C1 z D1 A2 x B y C z D với A1 : B1 : C1 A2 : B2 : C2 2) Phƣơng trình tham số đường thẳng qua điểm M x ; y ; z có VTCP aa1 ; a ; a3 là: x x a1 t y y a t z z a t t R 3) Phƣơng trình tắc đường thẳng qua điểm M0 có VTCP: aa1 ; a2 ; a3 x x y y z z0 a1 a2 a3 Với a12 a22 a32 Qui ƣớc: Nếu = x – x0 = Vấn Đề 11: Tìm VTCP đƣờng thẳng tổng quát A x B1 y C1 z D1 : A2 x B y C z D P.Pháp: BC CA AB có VTCP : a 1 ; 1 ; 1 B2 C C A2 A1 B2 Vấn Đề 12: Viết phƣơng trình đƣờng thẳng : P.Pháp: Cần biết VTCP a a1 ; a ; a3 điểm M x ; y ; z Viết phương trình tham số theo cơng thức (2) Viết phương trình tắc theo cơng thức (3) Viết phương trình tổng qt từ phương trình tắc tổng qt: xcó0 phương y y trình x, ta a a2 x 30 1x002 01 0zaz zz0 a x x a y y a a1 a3 xx Rút gọn dạng (1) Chú ý: Viết phương trình tổng quát phương trình tham số Hoặc tắc Ta tìm: - VTCP u a1 ; a ; a3 vấn đề 11 - Cho ẩn Hoặc giá trị Giải hệ tìm x, y => z - Có điểm thuộc đường thẳng - Kết luận Vấn Đề 13: Viết ptr đƣờng thẳng qua điểm M x ; y ; z vng góc với mặt phẳng : Ax By Cz D Page P.Pháp: Mp có VTPT n A; B; C Đường thẳng qua điểm M0 có VTCP n Viết phương trình tắc => Ptr tổng quát Vấn Đề 14: Viết phƣơng trình hình chiếu d mp P.Pháp: Gọi d/ hình chiếu d trê mp Gọi mặt phẳng chứa d Nên có cặp VTCP VTCP d u d n VTPT mặt phẳng Mp có VTPT n u d , n Mp qua điểm M0 d Viết phương trình tổng quát Mp : : Vấn Đề 15: Viết phƣơng trình đƣờng thẳng d qua điểm M x ; y ; z vng góc với hai đƣờng P.Pháp: có VTCP u1 có VTCP u d vng góc với Nên d có VTCP u d u1 , u2 Vấn Đề 16: Viết phƣơng trình đƣờng thẳng d qua điểm A cắt hai đƣờng P.Pháp: Thay toạ độ A vào phương trình A 1 , A Gọi (P) mặt phẳng qua điểm A chứa Gọi (Q) mặt phẳng qua điểm A chứa P : P.tr đường thẳng d: Q : Vấn Đề 17: Viết phƣơng trình đƣờng thẳng d P cắt hai đƣờng P.Pháp: Gọi A P Phương trình đường thẳng d/: Gọi B P Đường thẳng đường thẳng AB Vấn Đề 18: Viết phƣơng trình đƣờng thẳng d // d1 cắt hai đƣờng P.Pháp Gọi (P) mặt phẳng chứa (P) // d1 Gọi (Q) mặt phẳng chứa (Q) // d1 d P Q P : Phương trình đường thẳng d Q : Vấn Đề 19: Viết phƣơng trình đƣờng vng góc chung hai đƣờng thẳng chéo P.Pháp: Gọi u1 u VTCP 2 Gọi v u1 , u Gọi (P) mặt phẳng chứa có VTCP v Nên có VTPT n P u1 , v phương trình mặt phẳng (P) Gọi (Q) mặt phẳng chứa có VTCP v Nên có VTPT nQ u , v phương trình mặt phẳng (Q) Phương trình đường vng góc chung P : : Q : Vấn Đề 30: Viết phƣơng trình đƣờng thẳng d vng góc (P) cắt hai đƣờng thẳng P.Pháp: Gọi mặt phẳng chứa có VTCP n P ( VTPT (P) ) Gọi mặt phẳng chứa có VTCP n P ( VTPT (P) ) Đường thẳng d Vấn Đề 31: Viết phƣơng trình đƣờng thẳng d qua điểm M0 vng góc với đƣờng thẳng cắt đƣờng thẳng P.Pháp: Gọi mặt phẳng qua M0 vng góc Page Gọi mặt phẳng qua điểm M0 chứa Đường thẳng d Vấn Đề 32: Viết phƣơng trình đƣờng thẳng d qua giao điểm đƣờng thẳng mặt phẳng d , d P.Pháp: Gọi A Gọi mặt phẳng qua A vng góc với Nên có VTPT VTCP Đường thẳng d IV MẶT CẦU: Phương trình mặt cầu (S) có tâm I (a;b;c) bán kính R là: (x-a)2 + (y-b)2 + (z-c)2 = R2 Mặt cầu (S) có phươngtrình : x2 + y2 + z2 2ax - 2by -2cz + d = với đk a2 + b2 + c2 – d>0 (S) có : Tâm I(a ; b ; c) Bán kính R a b c d Vấn Đề 20: Viết phƣơng trình mặt cầu P.Pháp: Cần: Xác định tâm I(a ; b ; c) mặt cầu Bán kính R Viết phương trình mặt cầu (x-a)2 + (y-b)2 + (z-c)2 = R2 Vấn Đề 21: Viết phƣơng trình mặt cầu đƣờng kính AB P.Pháp: Gọi I trung điểm AB Tính toạ độ I => I tâm mặt cầu Bán kính R AB Viết phương trình mặt cầu Vấn Đề 22: Viết phƣơng trình mặt cầu (S) có tâm I(a ; b ; c) tiếp xúc với : Ax + By + Cz + D = P.Pháp: Mặt cầu (S) có tâm I tiếp xúc với Nên có bán kính Ax I By I Cz I D R d I , A2 B2 C Viết phương trình mặt cầu Vấn Đề 23: Viết phƣơng trình mặt cầu (S) ngoại tiếp tứ diện ABCD P.Pháp: Phương trình mặt cầu (S) có dạng x2 + y2 + z2 - 2ax - 2by -2cz + d = A, B, C, D thuộc (S) Ta có hệ phương trình Giải hệ phương trình tìm a, b, c, d Kết luận Vấn Đề 24: Lập phƣơng trình mặt cầu qua ba điểm A, B, C có tâm nằm mặt phẳng Oxy P.Pháp: Gọi I(xI ; yI ; 0) tâm mặt cầu, I Oxy Ta có AI2 = BI2 = CI2 AI BI Ta có Hpt 2 AI CI Giải Hpt I IA = R Kết luận Vấn Đề 25: Tìm tâm, bán kính mặt cầu (S): x2 + y2 + z2 + mx + ny + pz + q = P.Pháp 1: Phương trình mặt cầu (S) có dạng: x2 + y2 + z2 - 2ax - 2by -2cz + d = a m a b b n Suy ra: c 2c p d d q Vậy (S) có tâm I(a ; b ; c) , Bán kính R a b c d P.Pháp 2: Đưa dạng (x-a)2 + (y-b)2 + (z-c)2 = R2 V KHOẢNG CÁCH: 1) Khoảng cách hai điểm AB x B x A 2 y B y A 2 zB z A 2 AB Khoảng2 cách từ điểm M0(x0A ; y0 ; z0) đến 2) B A B mặt phẳng : Ax + By +zACz + D = B zd M , Ax By Cz0 y D y A B C 2x x3) Khoảng cách từ điểm M1 đến ABđường thẳng d Lấy M0 d Tìm VTCP đường thẳng d u Page d M , d M M , u u 4) Khoảng cách hai đường thẳng chéo / Gọi u u / VTCP / qua điểm M0 , M 0/ / u , u / M M 0/ d , / u, u / VI.GĨC: Góc hai vectơ a b Gọi góc hai vectơ a b a1 b1 a b2 a b3 a.b Cos a.b a12 a 22 a 32 b12 b22 b32 Góc hai đường thẳng (a) (b) Gọi góc hai đường thẳng (a) (b) 0 90 Đường thẳng (a) (b) có VTCP : a a1 , a2 , a3 b b1 , b2 , b3 a.b a1 b1 a b2 a b3 Cos a.b a12 a 22 a 32 b12 b22 b32 Đặc biệt: ab a.b Góc hai mặt phẳng / : Ax + By + Cz + D = / : A/x + B/y + C/z + D/ = Gọi góc hai mặt phẳng / Cos AA / BB / CC / A2 B2 C A/ B/ C / Góc đường thẳng (d) mặt phẳng (d): có VTCP u = (a, b, c) : Ax + By + Cz + D = Gọi góc nhọn (d) Sin Aa Bb Cc A2 B2 C a2 b2 c2 Vấn Đề 26: Vị trí tƣơng đối Vị trí tƣơng đối hai đƣờng / có VTCP : a a1 , a , a3 ; M / có VTCP : a / a1/ ; a 2/ ; a 3/ ; M 0/ / a) / đồng phẳng a.a / M M 0/ a.a / M M 0/ / b) cắt / / / a : a : a a : a : a c) / a1 : a : a3 a1/ : a 2/ : a3/ x 0/ x : y 0/ y : z 0/ z d) chéo / a.a / M M 0/ Vị trí tƣơng đối đƣờng thẳng mặt phẳng Giả sử: có VTCP : a a1 , a , a3 qua M0(x0 ; y0 ; z0) : Ax + By + Cz + D = P.Pháp: Viết phương trình tham số Toạ d0ộ giao điểm đường thẳng mp nghiệm hệ phương trình x x a1 t _ 1 y y a t _ 2 z z a t _ 3 Ax By Cz D _ 4 Thế (1), (2), (3) vào (4) ta phương trình () theo t Nếu () vô nghiệm // Nếu () có nghiệm tuỳ ý Nếu () có nghiệm cắt điểm vào (1), (2), (3) tìm toạ độ giao điểm Vị trí tƣơng đối hai mặt phẳng : A1 x B1 y C1 z D1 : A2 x B2 y C2 z D2 P.Pháp: Page 10 // A1 B1 C1 A2 B C A1 B1 C1 A2 B C D1 D2 B1 C1 B2 C D1 D2 Vị trí tƣơng đối mp mặt cầu (S) có tâm I, bán kính R P.Pháp: Tính d(I, ) Nếu d(I, ) > R => không cắt (S) Nếu d(I, ) = R => tiếp xúc (S) Nếu d(I, ) < R => cắt (S) theo đường trịn giao tuyến có bán kính r R d I , Gọi d/ đường thẳng qua tâm I d / Gọi H d / H tâm đường tròn giao tuyến Tọa độ giao điểm đƣờng thẳng mặt cầu (S) P.Pháp: * Viết phương trình đường dạng phương trình tham số * Thay vào phương trình mặt cầu (S) ta phương trình () theo t Nếu ptr () vô nghiệm => khơng cắt mặt cầu (S) Nếu ptr () có nghiệm kép => cắt (S) điểm Nếu ptr () có hai nghiệm => cắt (S) hai điểm Thế t = vào phương trình tham số => Tọa độ giao điểm Vấn Đề 27: Tìm giao điểm H mp x x a1 t : y y a t z z a t : Ax + By + Cz + D = P.Pháp: Gọi H A1 B1 hay A2 B A C hay A2 C cắt Tọa điểm H nghiệm hệ phương trình x x a1 t _ 1 y y a t _ 2 z z a t _ 3 Ax By Cz D _ 4 Thế (1), (2), (3) vào (4) ta phương trình => t Thế t = vào (1), (2), (3) ta tọa độ điểm H Vấn Đề 28: Tọa độ điểm M/ đối xứng M qua mặt phẳng P.Pháp: Gọi M/ (x/ ; y/ ; z/ ) điểm đối xứng M qua Gọi d đường thẳng qua M d Nên d có VTCP n Viết phương trình tham số d Gọi H d Tọa độ điểm H nghiệm hệ phương d : => Tọa độ điểm H : trình Vì H trung điểm MM/ => Tọa độ điểm M/ Vấn Đề 29: Tìm tọa độ điểm M/ đối xứng M0 qua đƣờng thẳng d P.Pháp: Gọi M/ (x/ ; y/ ; z/ ) Gọi (P) mặt phẳng qua điểm M0 P d Nên (P) nhận VTCP d làm VTPT Gọi H d P M/ điểm đối xứng M0 qua đường thẳng d Nên H trung điểm đoạn M0M/ Page 11 x0 x / x H y0 y / Ta có: y H z0 z / z H c => M/ ... tiếp tam giác VIII HÌNH HỌC KHƠNG GIAN Hình tứ diện đều: Có mặt tam giác Chân đường cao trùng với tâm đáy (hay trùng với trọng tâm tam giác đáy) Các cạnh bên tạo với mặt đáy góc Hình chóp đều: Có...Page Hình vng: a) S = a2 b) Đường chéo a 10 Hình bình hành: S = ah (h: đường cao; a: cạnh đáy) 11 Đường trịn: a) C = R... tích đáy đa giác) Page 3 Tỉ số thể tích khối chóp: Diện tích xq hình nón trịn xoay: Thể tích khối nón trịn xoay: Diện tích xq hình trụ trịn xoay: Thể tích khối trụ trịn xoay: Diện tích mặt cầu: