File đáp án p2 chuyên đề toán

Viết phương trinh măt phẳng P di qua A và cách B một khoảng lớn nhất.. Bài toán 7.Viết phương trình mặt phẳng  P đi qua đường thẳng  và cách A một khoảng lớn nhất Lời giải... Viết ph

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021

TÀI LIỆU DÀNH CHO ĐỐI TƯỢNG HỌC SINH GIỎI – MỨC 9-10 ĐIỂM

Dạng 2 Bài toán cực trị

1 Một số bất đẳng thức cơ bản

Kết quả 1 Trong một tam giác, cạnh đối diện với góc lớn thì lớn hơn

Kết quả 2 Trong các đường xiên và đường vuông góc kẻ từ một điểm nằm ngoài đường thẳng đến đường

thẳng đó thì đường vuông góc là đường ngắn nhất Như trong hình vẽ ta luôn có AM AH

Kết quả 3 Với ba điểm , ,A B C bất kì ta luôn có bất đẳng thức AB BC AC

Tổng quát hơn ta có bất đẳng thức của đường gấp khúc: Với nđiểm A A1, 2, A ta luôn có n

Đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi x y

Kết quả 5 Với hai véc tơ ,a b

2 Một số bài toán thường gặp

Bài toán 1 Cho điểm A cố định và điểm M di động trên hình  H (  H là đường thẳng, mặt phẳng) Tìm

giá trị nhỏ nhất của AM

Lời giải: Gọi H là hình chiếu vuông góc của A lên hình  H Khi đó, trong tam giác AHM

Vuông tại M ta có AM AH.

Đẳng thức xảy ra khi M H Do đó AM nhỏ nhất khi M là hình chiếu của A lên  H

Bài toán 2 Cho điểm A và mặt cầu  S có tâm ,I bán kính , R M là điểm di động trên  S Tìm giá trị

R AI AM  R AI

Vậy minAM |AI R |, maxAM  R AI

Bài toán 3 Cho măt phẳng ( )P và hai điểm phân biệt , A B Tìm điể M thuộc ( ) P sao cho

Đẳng thức xảy ra khi M là giao điểm của AB với ( ) P

- TH 2: Nếu A và B nằm cùng một phía so với ( ) P Gọi A

đối xứng với A qua ( ) P Khi đó

Đẳng thức xảy ra khi M là giao điểm của AB với ( ) P

- TH 2: Nếu A và B nằm khác phía so với ( ) P Gọi ' A đối xứng với A qua  P , Khi đó

|AM BM | A M BM A B

Đẳng thức xảy ra khi M là giao điểm của A B

với ( )P

Bài toán 4 Viết phương trinh măt phẳng ( )P di qua A và cách B một khoảng lớn nhất.

Lời giải Gọi H là hình chiếu của B lên mặt phẳng ( ), P khi đó

d( , ( ))B P BH BA

Do đó  P là mặt phẳng đi qua A vuông góc với AB

Bài toán 5 Cho các số thực dương ,  và ba điểm , ,A B C Viết phương trình măt phẳng

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021

2 Xét ,A B nằm về hai phía so với ( ) P Gọi I là giao điểm của AB và ( ), P B

là điểm đối xứng với B qua

Đến đây ta chuyển về trường hợp trên

So sánh các kết quả ở trên ta chọn kết quả lớn nhất

Bài toán 6 Trong không gian cho n điểm A A1, 2, , A n và diểm A. Viết phương trình mặt phẳng ( )P đi qua A và tổng khoảng cách từ các điểm A i i( 1,n ) lớn nhất

Đến đây ta chuyển về bài toán trên

Bài toán 7.Viết phương trình mặt phẳng  P đi qua đường thẳng  và cách A một khoảng lớn nhất

Lời giải Gọi ,H K lần lượt là hình chiếu của A lên mặt phẳng ( ) P và đường thẳng  Khi đó

d( ,( ))A P AH AK

Do đó ( )P là mặt phẳng đi qua K và vuông góc vói AK

Bài toán 8 Trong không gian Oxyz, cho các điểm A A1, 2, ,  A n Xét véc tơ

w MA M A   M A



Trong đó  1; 2  là các số thực cho trước thỏa mãn n 12  n  Tìm điểm0

M thuôc măt phẳng ( ) P sao cho | | w có đô dài nhỏ nhất.

Lời giải Gọi G là điểm thỏa mãn

M P nên điểm M cần tìm là hình chiếu của G trên mặt phẳng ( )P

Bài toán 9 Trong không gian Oxy ,z cho các diểm A A1, 2, ,  A n Xét biểu thức:

Trong đó  1, 2, , n là các số thực cho trước Tìm điểm M thuộc măt phẳng ( )P sao cho

Vì 1GA12 2GA22n GA n2 không đổi nên

• với 12n  thì T đạt giá trị nhỏ nhất khi và chỉ khi 0 MG nhỏ nhất.

• với 12n  thì T đạt giá trị lớn nhất khi và chỉ khi 0 MG nhỏ nhất.

Mà M( )P nên MG nhỏ nhất khi điểm M là hình chiếu của G trên mặt phẳng ( )P

Bài toán 10 Trong không gian Oxyz, cho đường thẳng d và mặt phẳng ( )P cắt nhau Viết phương trình của

mặt phẳng ( )Q chứa d và tạo với mặt phẳng ( )P một góc nhỏ nhất.

Lời giải Gọi I là giao điểm của đường thẳng d với mặt phẳng ( )P và lấy điểm M d M ,  Gọi ,I H K

lầ lượt là hình chiếu của M lên ( ) P và giao tuyến  của ( ) P và ( ) Q

Chú ý Ta có thể giải bài toán trên bằng phương pháp đai số như sau:

- Goi n( ; ; ),a b c a2 b2c2 0 là một VTPT của mặt phẳng ( ).Q Khi đó n u d 0 từ đây ta rút được atheo ,b c (hoặc b theo ,a c hoặc c theo ,a b ).

Khảo sát ( )f t ta tìm được max của ( ) f t

Bài toán 11 Trong không gian Oxyz, cho hai đường thẳng d và d chéo nhau Viết phương trinh mặt phẳng ( )P chứa d và tạo với d

một góc lớn nhất

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021

Lời giải Trên đường thẳng d , lấy điểm M và dựng đường thẳng  đi qua M song song với d Khi đó góc giữa  và ( )P chính là góc giữa d

Chú ý Ta có thể giải bài toán trên bằng phương pháp đại số như sau:

- Goi n( ; ; ),a b c a2b2c2 0 là một VTPT của măt phẳng ( ).P Khi đó n u  d 0 từ đây ta rút được atheo ,b c (hoặc b theo ,a c hoặc c theo ,a b ).

Khảo sát ( )f t ta tìm được max của ( ) f t

Dạng 2.1 Cực trị liên quan đến khoảng cách, góc

Câu 1 (Mã 101 - 2019) Trong không gianOxyz, cho điểm A0;4; 3  Xét đường thẳng d thay đổi,

song song với trục Oz và cách trục Oz một khoảng bằng 3 Khi khoảng cách từ A đến d nhỏ

nhất, d đi qua điểm nào dưới đây?

Đường thẳng d thay đổi, song song với trục Oz và cách trục Oz một khoảng bằng 3nên d nằm trên mặt trụ tròn xoay có trục là Oz và bán kính bằng 3.

Gọi I là hình chiếu của A lên Oy, khoảng cách từ A đến d nhỏ nhất khi d đi qua giao điểm

của Oy với mặt trụ là điểm I0;3;0

nên d đi qua điểm N0;3; 5 

Câu 2 (Mã 103 2019) Trong không gian Oxyz, cho điểm A(0;3; 2- ) Xét đường thẳng d thay đổi

song song với Oz và cách Oz một khoảng bằng 2 Khi khoảng cách từ A đến d nhỏ nhất d đi

qua điểm nào dưới đây?

Vì d song song với Oz và cách Oz một khoảng bằng 2 nên d thuộc mặt trụ trục Oz và bán kính

bằng 2 Có H(0;0; 2- )

là hình chiếu vuông góc của A(0;3; 2- )

trên Oz

Có HAuuur(0;3;0)Þ HA=3 nên A nằm ngoài mặt trụ.

Gọi (P) là mặt phẳng qua A và vuông góc với Oz M là hình chiếu vuông góc của A trên d

Gọi K là giao điểm của AH và mặt trụ (K nằm giữa A và H)

Dễ thấy d A d( ; )=AM ³ AK AK; =AH d A d- ( ; )=1

Dấu bằng xảy ra khi và chỉ khi M º K

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021

Khi đó ta có:

02

ïïî

Với t =- ta thấy d đi qua điểm 3 Q.

Câu 3 (Mã 102 - 2019) Trong không gian Oxyz, cho điểm A0;4; 3  Xét đường thẳng d thay đổi,

song song với trục Oz và cách trục Oz một khoảng bằng 3 Khi khoảng cách từ A đến d lớn nhất, d đi qua điểm nào dưới đây?

A N0;3; 5  B M0; 3; 5   C P  3;0; 3  D Q0;11; 3 

Lời giải Chọn B

Vì d thay đổi, song song với trục Oz và cách trục Oz một khoảng bằng 3 nên d là đường sinh của hình trụ có trục là Oz và có bán kính đáy r  3

Gọi A là hình chiếu của A lên trục Oz  A0;0; 3  và AA 4

Gọi H x y z ; ;  là hình chiếu của A lên d

AH lớn nhất khi A, A, H thẳng hàng và AH AAA H AA r    4 3 7

Khi đó

74

x y z

x y

Câu 4 (Mã 104 2019) Trong không gian Oxyz, cho điểm A0;3; 2   Xét đường thẳng d thay đổi,

song song với trục Oz và cách trục Oz một khoảng bằng 2. Khi khoảng cách từ A đến d lớnnhất, d đi qua điểm nào dưới đây?

Do đường thẳng d Oz/ / nên d nằm trên mặt trụ có trục là Oz và bán kính trụ là R 2.

Do đó dA Oz,  AH 3.

Gọi B là điểm thuộc đường thẳng AH sao cho

35

là đường thẳng đi qua B và song song với Oz.

Phương trình tham số của

Câu 5. (THCS - THPT Nguyễn Khuyến 2019) Trong không gian Oxyz , cho đường thẳng

góc giữa  và  P Thật vậy trên  lấy B khác A , kẻ BH vuông góc với  P tại H và BK

vuông góc d tại K ( d là giao tuyến của  P và  Q ) tại K Khi đó góc giữa  Q và  P là

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021

theo một giao tuyến vuông góc 

*)Viết phương trình của  Q

Đường thẳng  có vectơ chỉ phương ur1 2; 2;1

đi qua A0;0;0 và nhận n uur2 1;10; 22 

làm vectơ pháp tuyến nên có phương trình x10y 22z  0

Câu 6. Trong không gian Oxyz, cho điểm A1;1; 2

và mặt phẳng   P : m1x y mz    , với m1 0

là tham số Biết khoảng cách từ điểm A đến mặt phẳng  P

lớn nhất Khẳng định đúng trong bốnkhẳng định dưới đây là

A 2m 6 B m  6 C 2 m 2 D 6 m 2

Lời giải Cách 1:

Câu 7 (THPT Quang Trung Đống Đa Hà Nội 2019) Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho hai

điểm A(1;1;1), B(2;0;1) và mặt phẳng ( ) :P x y  2z 2 0. Viết phương trình chính tắc của

đường thẳng d đi qua A, song song với mặt phẳng ( )P sao cho khoảng cách từ B đến d lớn

Câu 8. (KTNL GV THPT Lý Thái Tổ 2019) Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho đường thẳng

1 2:

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021

M

H B

Suy ra d A P  ;   3

.-CÁCH 2

Gọi  ( ) ( )P  Q thì góc giữa ( )P và ( ) Q nhỏ nhất khi và chỉ khi  d Do đó, mặt phẳng (P)

thỏa đề bài là mặt phẳng chứa d và cắt (Q) theo giao tuyến  sao cho  d

x y z

A

421

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021

6; 7;1

, vectơ pháp tuyến của   là n  (3; 4;1)

Gọi H là hình chiếu vuông góc của A trên a.

d A a AH AM   d A a ; 

lớn nhất khi HM Khi đó a là đường thẳng đi qua M , song song với   và vuông góc với AM

Gọi u là vectơ chỉ phương của a

Đáp án D thỏa mãn.

-Câu 11 (Chuyên Nguyễn Trãi Hải Dương 2019) Đường thẳng  đi qua điểm M3;1;1

, nằm trong mặtphẳng

  :x y z   3 0 và tạo với đường thẳng

Câu 12 (Chuyên Thái Bình 2019) Trong không gian Oxyz , cho điểm A1;1;1 và mặt phẳng

( ) :P x2y  Gọi  là đường thẳng đi qua A , song song với ( )0 P và cách điểm B  1;0;2

một khoảng ngắn nhất Hỏi  nhận vecto nào dưới đây là vecto chỉ phương ?

với H là hình chiếu của B lên mặt phẳng ( ) Q

Đường thẳng BH đi qua B , vuông góc với mặt phẳng ( ) Q có phương trình

Câu 13 Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz cho điểm A2; 1; 2   và đường thẳng  d có phương

 Gọi  P là mặt phẳng đi qua điểm A , song song với đường thẳng  d

và khoảng cách từ d tới mặt phẳng  P là lớn nhất Khi đó mặt phẳng  P vuông góc với mặt

phẳng nào sau đây?

A x y  6 0 B x3y2z10 0

C x 2y 3z  D 1 0 3x z  2 0

Lời giải

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021

d

H

Gọi H là hình chiếu của A lên đường thẳng d Ta suy ra H1;1;1.

Gọi  P là mặt phẳng đi qua điểm A và  P song song với đường thẳng d Gọi K là hình chiếu

của H lên mặt phẳng  P Do d //  P nên ta có d d P ,   d H P ,   HK

Ta luôn có bất đẳng thức HK HA Như vậy khoảng cách từ  d đến  P lớn nhất bằng AH

Do đó  P vuông góc với mặt phẳng có phương trình: 3x z  2 0.

Câu 14 Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz , gọi  P là mặt phẳng đi qua hai điểm A1; 7; 8  

, khi đó giá trị của tổng a b là

Câu 15 Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho điểm A3; 1;0  và đường thẳng

Gọi ,H K lần lượt là hình chiếu của A lên   và d Khi đó ta có AH AK.

Vì H d nên H2 t; 1 2 ;1  t t  AH    1 t t; 2 ;1t

Do AH dnên ta có    1 t2.2t  1 t 0

13

Viết phương trình chính tắc của đường thẳng d đi qua A , song song với

mặt phẳng  P sao cho khoảng cách từ B đến d nhỏ nhất.

.Gọi ,H K lần lượt là hình chiếu của B lên  Q và d Ta tìm được

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021 Câu 17 (Sở Thanh Hóa 2019) Trong không gian Oxyz, cho điểm A2;5;3

Thay tọa độ A B, vào ta được 2 4   suy ra 0 A B, nằm khác phía so với  P

Do đó đường thẳng AB cắt  P

 và điểm (1; 2;3)A Gọi ( )P là mặt phẳng chứa d và cách điểm A một khoảng

cách lớn nhất Vectơ nào dưới đây là một vectơ pháp tuyến của ( )P

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021

Ta có

2 1:

Vậy, một vec tơ pháp tuyến của ( )P là n  (1;1;1).

Câu 20 (Chuyên Thái Bình - 2018) Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho hai điểm A  3;0;1,

1; 1;3

và mặt phẳng  P x:  2y2z 5 0

Viết phương trình chính tắc của đường thẳng

d đi qua A , song song với mặt phẳng  P sao cho khoảng cách từ B đến d nhỏ nhất.

Gọi H là hình chiếu của điểm B lên mặt phẳng  Q

, khi đó đường thẳng BH đi qua B1; 1;3 

.Gọi  Q là mặt phẳng chứa d và song song với  Khi đó d,d d, Q d A Q ,  .

Gọi H , K lần lượt là hình chiếu vuông góc của A lên  Q và d Ta có AH AK.

Do đó, d,d

lớn nhất  d A Q ,   lớn nhất  AHmax  H K Suy ra AH chính là đoạn

vuông góc chung của d và .

Mặt phẳng  R chứa A và d có véc tơ pháp tuyến là n R AM u, 1

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021

Suy ra, a11;b Vậy 7 a2b3

Câu 22 ( Bắc Giang 2018) Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz cho điểm A2;1;3 và mặt phẳng

a b 

32

nên MN lớn nhất khi và chỉ khi NH lớn nhất Điều này xảy ra khi N N và HH với N là giao điểm của đường thẳng d qua I, vuông góc  P và H là hình chiếu của I lên  P

Ta có tâm I1; 2;0 

và bán kính R 2

Khoảng cách từ I đến mặt phẳng  P ngắn nhất khi M là hình chiếu của I lên mặt phẳng  P .

Đường thẳng đi qua I và vuông góc với mặt phẳng  P có phương trình tham số là

1 222

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021

Lời giải

P

M I

Mặt cầu ( )S có tâm I(1; 2; 1)  , bán kính R  ; 3 d I P ;( )  4 R mặt cầu ( )S và mặt phẳng

( )P không có điểm chung.

Dựng IH ( ),(P H( ))P Ta có: MN nhỏ nhất khi M là giao điểm của đoạn IH với ( )S và

N H

  Mặt phẳng  P chứa d và cắt mặt cầu  S theo một đường tròn có

diện tích nhỏ nhất Hỏi trong các điểm sau điểm nào có khoảng cách đến mặt phẳng  P lớn nhất.

Vì IH  10 4   d cắt mặt cầu R  S tại 2 điểm phân biệt

Mặt phẳng  Q bất kì chứa d luôn cắt  S theo một đường tròn bán kính r.

Khi đó điểm O0;0;0 có khoảng cách đến  P lớn nhất.

Câu 28 (Sở Thanh Hóa 2019) Trong không gian Oxyz cho mặt phẳng  P y  : 1 0

, đường thẳng1

B 

  Hai điểm M , N thuộc mặt phẳng  P

saocho d M d  ,  2

và NA2NB Tìm giá trị nhỏ nhất của đoạn MN

A MNmin  1 B MNmin  2 C min

22

2.3

Lời giải

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021

H

C M

Theo giả thiết MAH MBH MCH  MAH MBH MCH g c g 

Do đó: HA HB HC  nên H là tâm đường tròn ngoại tiếp ABC

Suy ra: H là trung điểm của BC ⇒ H1;2;2

R 

N M I

Gọi K1 ;2t  t;2t là hình chiếu vuông góc của điểm I trên đường thẳng MH

Câu 30 (Sở Bình Phước - 2018) Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho điểm A1; 2; 3 

và mặtphẳng  P : 2x2y z   Đường thẳng 9 0 d đi qua A và có vectơ chỉ phương u  3; 4; 4 

cắt  P

tại điểm B Điểm M thay đổi trong  P

sao cho M luôn nhìn đoạn AB dưới góc 90 .

Khi độ dài MB lớn nhất, đường thẳng MB đi qua điểm nào trong các điểm sau?

A J  3; 2;7. B K3;0;15. C H   2; 1;3. D I   1; 2;3

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021

- Đường thẳng d đi qua A và có vectơ chỉ phương u  3; 4; 4 

- Do M luôn nhìn đoạn AB dưới góc 90 nên M nằm trên mặt cầu  S đường kính AB

Gọi E là trung điểm của AB

1

;0; 12

2 414

- Gọi F là tâm của  C  F là hình chiếu vuông góc của E trên  P .

Đường thẳng EF nhận vectơ pháp tuyến n  2;2; 1 

của  P làm vectơ pháp tuyến

1

12

  (là giao điểm của  P và EF ).

- Vì MB là đường kính của  C nên M     3; 2; 1  MB 1;0; 2

là vectơ chỉ phương của

đường thẳng MB  phương trình đường thẳng MB là:

Câu 31 (Sở Bạc Liêu - 2018) Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho mặt cầu  S

có tâm I1;2;3

và có bán kính r 2 Xét đường thẳng  

1:

là mặt phẳng chứa d và tiếp xúc với  S

lần lượt tại M N, Khi đó đoạn MN ngắn

nhất hãy tính khoảng cách từ điểm B1;0;4

TÀI LIỆU ÔN THI THPTQG 2021

Suy ra IHmin khi m 15 Đường thẳng d có phương trình là

11:

545

Khoảng cách

2142

d d

B Điểm M thay đổi trên  P

sao cho M luôn nhìn đoạn AB dưới một góc 90 Độ dài đoạn

nên M thuộc đường tròn giao tuyến giữa mặt cầu  S

và mặt phẳng  P

Do MB là một dây cung của đường tròn này nên MB lớn nhất khi nó là đường kính của đường

tròn giao tuyến giữa mặt cầu  S

và mặt phẳng  P

Gọi

1

;0; 12

A

12

Trường hợp 1 Nếu a 0 ta được

1cos

,1

Do cos 0 nên cos lớn nhất khi f t 

lớn nhất, từ bảng biến thiên ta được

.Trong các đáp án A, B, C, D cho ở đề bài thì chỉ có đáp án B có véc tơ chỉ phương thỏa điều kiện.Thay tọa độ của M vào phương trình của  trong đáp án B ta được:

Vậy đáp án B thỏa yêu cầu bài toán

Câu 34 (THPT Ngô Quyền - Ba Vì - Hải Phòng 2019) Trong không gian Oxyz, cho điểm A2; 5; 3 và

Đường thẳng d đi qua M1; 0; 2, có 1VTCP u  2; 1; 2

.Gọi H, K lần lượt là hình chiếu của A trên  P và trên d thì AH AK (cố định)

Do đó, khoảng cách từ A đến  P lớn nhất khi H K hay  P AK

B  Gọi  d là đường thẳng đi qua M1; 2;3 sao cho tổng khoảng cách từ A đến  d và

từ B đến  d là lớn nhất Khi đó phương trình đường thẳng  d là

Đường thẳng d đi qua điểm M(0 1 2;- ; ) và có vectơ chỉ phương uuurd = - 1 2 1( ; ; )

Theo giả thiết, dÌ ( )Q và nuurQ=(a b; ;1)

là một vectơ pháp tuyến của ( )Q

nên ta có u nuur uurd. Q= 0