Giải bài 8 trang 123 SGK Hình học 12 Nâng cao
Chia sẻ trang này
Trong không gian tọa độ Oxyz cho các điểm A(1; 5; 3), B(4; 2; -5), C(5; 5; -1) và D(1; 2; 4). a) Chứng tỏ rằng bốn điểm A, B, C, D không đồng phẳng. b) Viết phương trình mặt cầu (S) đi qua bốn điểm A, B, C, D . Xác định tâm và bán kính của mặt cầu đó. c) Viết phương trình mặt phẳng đi qua A, B, C và tìm khoảng cách từu điểm D tới mặt phẳng đó. d) Viết phương trình mặt phẳng vuông góc với CD và tiếp xúc với mặt cầu (S). e) Tìm bán kính các đường tròn giao tuyến của mặt cầu (S) và các mặt phẳ
- Bài học cùng chủ đề:
- Bài 9 trang 123 SGK Hình học 12 Nâng cao
- Bài 10 trang 124 SGK Hình học 12 Nâng cao
- Bài 11 trang 124 SGK Hình học 12 Nâng cao
- Ngữ pháp tiếng anh hay nhất
Bài 8. Trong không gian tọa độ Oxyz cho các điểm A(1; 5; 3), B(4; 2; -5), C(5; 5; -1) và D(1; 2; 4).
a) Chứng tỏ rằng bốn điểm A, B, C, D không đồng phẳng.
b) Viết phương trình mặt cầu (S) đi qua bốn điểm A, B, C, D . Xác định tâm và bán kính của mặt cầu đó.
c) Viết phương trình mặt phẳng đi qua A, B, C và tìm khoảng cách từu điểm D tới mặt phẳng đó.
d) Viết phương trình mặt phẳng vuông góc với CD và tiếp xúc với mặt cầu (S).
e) Tìm bán kính các đường tròn giao tuyến của mặt cầu (S) và các mặt phẳng tọa độ.
Giải
a) Ta có:
\(\eqalign{
& \overrightarrow {AB} = \left( {3, - 3, - 8} \right),\overrightarrow {AC} = \left( {4,0, - 4} \right). \cr
& \overrightarrow {AD} = \left( {0, - 3,1} \right) \cr
& \Rightarrow \left[ {\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {AC} } \right] = \left( {12, - 20,12} \right),\left[ {\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {AC} } \right].\overrightarrow {AD} = 72 \ne 0. \cr} \)
Vậy bốn điểm A, B, C, D không đồng phẳng.
b) Giả sử mặt cầu (S) có phương trình: \({x^2} + {y^2} + {z^2} - 2ax - 2by - 2cz = 0\).
Vì \(A,B,C,D \in \left( S \right)\) nên ta có hệ phương trình:
\(\left\{ \matrix{
1 + 25 + 9 - 2a - 10b - 6c + d = 0 \hfill \cr
16 + 4 + 25 - 8a - 4b + 10c + d = 0 \hfill \cr
1 + 4 + 16 - 2a - 4b - 8c + d = 0 \hfill \cr} \right. \Rightarrow \left\{ \matrix{
3a - 3b - 8c = 5 \hfill \cr
a - c = 2 \hfill \cr
- 3b + c = - 7 \hfill \cr} \right. \Rightarrow \left\{ \matrix{
a = 1 \hfill \cr
b = 2 \hfill \cr
c = - 1 \hfill \cr
d = - 19 \hfill \cr} \right.\)
Vậy \(\left( S \right):{x^2} + {y^2} + {z^2} - 2x - 4y + 2z - 19 = 0.\)
Mặt cầu (S) có tâm \(I\left( {1,2, - 1} \right)\) và bán kính \(R = \sqrt {1 + 4 + 1 + 19} = 5.\)
c) Mp(ABC) có vectơ pháp tuyến \(\overrightarrow n = \left[ {\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {AC} } \right] = \left( {12, - 20,12} \right) = 4\left( {3, - 5,3} \right).\)
Mp(ABC) đi qua \(A\left( {1,5,3} \right)\) nên có phương trình:
\(3\left( {x - 1} \right) - 5\left( {y - 5} \right) + 3\left( {z - 3} \right)0 \Leftrightarrow 3x - 5y + 3z + 13 = 0.\)
Khoảng cách từ D đến mp(ABC) là: \(h = {{\left| {3.1 - 5.2 + 3.4 + 13} \right|} \over {\sqrt {{3^2} + {5^2} + {3^2}} }} = {{18} \over {\sqrt {43} }}\).
d) Mặt phẳng \(\left( \alpha \right)\) vuông góc với CD có vectơ pháp tuyến là \(\overrightarrow {CD} = \left( { - 4, - 3,5} \right)\) nên có phương trình:
\( - 4x - 3y + 5z + d = 0.\)
Mặt phẳng đó tiếp xúc với mặt cầu (S) khi và chỉ khi khoảng cách từ tâm \(I\left( {1,2, - 1} \right)\) của mặt cầu(S) tới mặt phẳng \(\left( \alpha \right)\) bằng 5, tức là:
\({{\left| { - 4.1 - 3.2 - 5.1 + d} \right|} \over {\sqrt {16 + 9 + 25} }} = 5 \Leftrightarrow {{\left| { - 15 + d} \right|} \over {\sqrt {50} }} = 5 \Leftrightarrow d = 15 \pm 25\sqrt 2 .\)
Vậy \(\left( \alpha \right): - 4x - 2y + 5z + 15 \pm 25\sqrt 2 = 0.\)
e) Mặt cầu (S) có tâm \(I\left( {1,2, - 1} \right)\), mp(Oxy) có phương trình là z = 0. Khoảng cách từ điểm I đến mp(Oxy) là \({d_1} = \left| { - 1} \right| = 1 < R\) nên (S) cắt mặt phẳng theo đường tròn có bán kính là \({r_1} = \sqrt {{R^2} - d_1^2} = \sqrt {25 - 1} = 2\sqrt 6 .\)
Tương tự mp(Oyz) có phương trình là x = 0. Khoảng cách từ tâm I đến mp(Oyz) là \({d_2} = \left| 1 \right| = 1 < R\) nên (S) cắt mp(Oyz) theo đường tròn có bán kính là \({r_2} = \sqrt {{R^2} - d_2^2} = \sqrt {25 - 1} = 2\sqrt 6 .\)
Tương tự mp(Oxz) có phương trình là y = 0. Khoảng cách từ tâm I đến mp(Oxz) là \({d_3} = \left| 2 \right| = 2 < R\) nên (S) cắt mp(Oyz) theo đường tròn có bán kính là \({r_3} = \sqrt {{R^2} - d_3^2} = \sqrt {25 - 4} = \sqrt {21} .\)
Chia sẻ trang này
Các bài học liên quan
Các chương học và chủ đề lớn
- Chương i. ứng dụng đạo hàm để khảo sát và vẽ đồ thị của hàm số
- Chương ii. hàm số lũy thừa, hàm số mũ và hàm số lôgarit
- Chương iii. nguyên hàm, tích phân và ứng dụng
- Chương iv. số phức
- Ôn tập cuối năm đại số và giải tích
- Chương i. khối đa diện và thể tích của chúng
- Chương ii. mặt cầu, mặt trụ, mặt nón
- Chương iii. phương pháp tọa độ trong không gian
- Ôn tập cuối năm hình học
