Chuyên đề hình học giải tích không gian

Nâng caoTrong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho đường thẳng vặt phẳng P:x+2y−3z+4=0.. Viết phương trình đường thẳng d nằm trong P sao cho d cắt và vuông góc với đường thẳng ∆.. Viết p

Chuyên đề

HÌNH HỌC GIẢI TÍCH TRONG KHÔNG GIAN

A LÝ THUYẾT

I TỌA ĐỘ CỦA ĐIỂM VÀ VECTƠ

A Hệ trục toạ độ Oxyz gồm ba trục Ox, Oy,

Oz đôi một vuông góc với nhau với ba vectơ

đơn vị

B ; M(x;y;z)⇔

C Tọa độ của vectơ:

cho

1

2

3

4

5

6

7

8 cùng phương⇔

9 .

D Tọa độ của điểm:

cho A(xA;yA;zA), B(xB;yB;zB)

1 2.

3.G là trọng tâm tam giác ABC ta có:

x G =;y G =; z G=

4 M chia AB theo tỉ số k:

Đặc biệt: M là trung điểm của

AB:

5 ABC là một tam giác⇔≠

khi đó S=

6 ABCD là một tứ diện⇔.≠0, VABCD=,

V ABCD = (h là đường cao của tứ diện hạ từ

đỉnh A)

II PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG & MẶT

Mặt phẳng α được xác định bởi:

{M(x0;y0;z0), } Phương trình tổng quát của

mặt phẳng α: Ax+By+Cz+D=0, tìm D từ Ax0+By0+Cz0+D=0

hay A(x-x0)+B(y-y0)+C(z-z0)=0⇔ Ax+By+Cz+D=0.

 một số mặt phẳng thường gặp:

a/ Mặt phẳng (Oxy): z=0; mặt phẳng (Oxz): y=0; mặt phẳng (Oyz): x=0.

b/ Mặt phẳng đi qua ba điểm A,B,C: có

c/ α//β⇒ d/ α⊥β⇒và ngược lại e/

α//d⇒ f/ α⊥d⇒

, ,

i j kr ur ur

( 1; ;2 3) a 1 2 3

a a a a ⇔ =a i + a j + a kuur

OMuuuuur= xiur+ y juur+ zkuur

( ; ; ), ( '; '; ')

u x y z v x y zr r

( ; ; )

kur= kx ky kz

u v xx yy zz = + +

ur r

u vr⊥ ⇔r xx + yy + zz =

ur = x + y + z

' ' ' ' ' ' yz y z zx z x xy x y

y z z x x y

u v

y z z x x y

∧ =

r r

,

u vur r

[ , ] 0 u vr r = r

( )

.

u v u v

u v

=

ur r

r r

r r

uuur

B A B A B A

AB 2 x x y 2 y z z 2

= B − A + B − A + B − A

3

A B C

x +x +x

3

A B C

y + y + y

3

A B C

z +z +z

AB∧AC

uuur uuur

0r 1

2 uuur uuurAB∧AC

AB∧AC

uuur uuur

AD

uuur

1

,

6 uuur uuur uuurAB1∧AC AD

3S BCD h

( ; ; )

n= A B C

r

(ABC) [ , ]

r uuur uuur

nuur uurα =nβ

nuur uurα =uβd

uuur uurα =u d

nuur uurα =u

( 1;0;0 )

i r

( 0;1;0 )

j

r

( 0;0;1 )

k r

O

z

x

y

Đường thẳng ∆ được xác định bởi: {M(x0;y0;z0),=(a;b;c)}

i.Phương trình tham số:;

ii.Phương trình chính

tắc:

iii.Đường thẳng qua

giao tuyến hai mặt phẳng:trong đó ,là hai VTPT và VTCP

†Chú ý: a/ Đường thẳng Ox: ; Oy: ; Oz:

b/ (AB):; c/ ∆1//∆2⇒; d/

∆1⊥∆2⇒

Góc giữa hai đường thẳng

*cos(∆,∆’)=cosϕ=;

Góc giữa hai mp

*cos(α,α’)=cosϕ=;

Góc giữa đường thẳng

và mp

*sin(∆,α)=sin ψ=

KHOẢNG CÁCH

Cho M (xM;yM;zM), α:Ax+By+Cz+D=0,∆:{M0(x0;y0;z0), },

∆’ {M’0(x0';y0';z0'), }

* Khoảng cách từ M đến mặt phẳng α:

d(M,α)=

* Khoảng cách từ M đến đường thẳng ∆:

d(M,∆)=

* Khoảng cách giữa hai đường thẳng: d(∆,∆’)=

III PHƯƠNG TRÌNH MẶT CẦU

Mặt cầu (S){ I(a;b;c),bán kính R}

Dạng 1: (x-a)2+(y-b)2+(z-c)2=R2 (S)

Dạng 2: x2+y2+z2-2ax-2by-2cz+d=0 khi đó R=

1 d(I, α)>R: α(S)=∅

2 d(I, α )=R: α(S)=M (M gọi là tiếp điểm)

*Điều kiện để mặt phẳng α tiếp xúc mặt cầu (S): d(I, α)=R (mặt phẳng α là tiếp diện của mặt cầu (S)

tại M khi đó =)

3 Nếu d(I, α)<R thì α sẽ cắt mc(S) theo đường tròn (C) có phương trình là giao của α và (S) Để tìm tâm H

và bán kính r của (C) ta làm như sau:

a Tìm r =

b Tìm H: +Viết phương trình đường thẳng ∆ qua I, vuông góc với α

+H=∆α (toạ độ điểm H là nghiệm của hệ phương trình ∆ với α)

B BÀI TẬP

1 (Khối D_2009)

Chuẩn

Trong không gian với hệ tọa 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).

uuur∆

0 0 0

x x at

y y bt

z z ct

= +



 = +



 = +



0 0

A x B y C z D

A x B y C z D





1 ( ; ;1 1 1)

n = A B C

uur

2 ( ;2 2; 2)

n = A B C

uur

1 2 [ ]

uuur uuruur∆ = n n

0 0

y z

=



 =



0 0

x z

=

=







0 0

x y

=



 =



AB

ur =uuurAB

uuur∆ =uuur∆

uuur∆ =nuur∆

' '

u u

u u

ur uur

r uur

' '

n n

n n

ur uur

r uur

n u

n u

ur r

r r

u∆ r '

u ∆ uur

1 [MM u, ]

u

uuuuur r r

0 0 [ , '] ' [ , ']

u u M M

u u

r uur uuuuuuuur uur uur

2 2 2

∩

nα

uur

IM

uuur

2 - 2( , )

∩

Nâng cao

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho

đường thẳng vặt phẳng (P):x+2y−3z+4=0

Viết phương trình đường thẳng d nằm trong

(P) sao cho d cắt và vuông góc với đường thẳng ∆.

ĐS: Chuẩn , Nâng cao

2 (Khối D_2008)

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho bốn

điểm A(3;3;0), B(3;0;3), C(0;3;3), D(3;3;3).

a Viết phương trình mặt cầu đi qua bốn điểm A, B, C, D.

b Tìm tọa độ tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC.

2 2

:

y

−

5 1

; ; 1

2 2

3

1 2 1

= − +



 = −



 = −



ĐS: a x2+y2+z2−3x−3y−3z=0, b H(2;2;2).

3 (Khối D_2007)

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho hai

điểm A(1;4;2), B(−1;2;4) và đường thẳng

a Viết phương trình đường thẳng d đi qua trọng tâm G của tam giác OAB và vuông góc với mặt phẳng (OAB).

b Tìm tọa độ điểm M thuộc đường thẳng ∆ sao cho MA2+MB2 nhỏ nhất

ĐS: a , b M(−1;0;4).

4 (Khối D_2006)

2 1

:

y

−

:

y

−

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho điểm A(1;2;3) và hai đường thẳng

,

a Tìm tọa độ điểm A’ đối xưmgs với điểm A qua đường thẳng d1.

b Viết phương trình đường thẳng ∆ đi qua A, vuông góc với d1 và cắt d2

ĐS:

a A’(−1;−4;1), b .

5 (Khối D_2005)

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz cho hai

đường thẳng và

a Chứng minh d1 và d2 song song với nhau Viết phương trình mặt phẳng (P) chứa cả hai đường thẳng d1 và d2.

b Mặt phẳng tọa độ Oxz cắt hai đường thẳng d1, d2 lần lượt tại các điểm A, B Tính diện tích tam giác OAB (O

là gốc tọa độ)

1

2

:

y

− 1

1

:

y

−

2

:

y

1

2

:

y

− 2

12 3 :

10 2

= −



 =



 = −



ĐS: a 15x+11y−17z−10=0, b .

6 (Khối D_2004)

Trong không gian với hệ tọa 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).

ĐS:

7 (Khối

D_2003)

Trong không

gian với hệ

tọa độ Oxyz

gian cho

đường thẳng

d k là giao

tuyến của hai

mặt phẳng

(α):

x+3ky−z+2=0

, (β): kx−y+z+1=0 Tìm k để đường thẳng d k Vuông góc với mặt phẳng (P):x− y−2z+5=0

5

OAB

S∆ =

x− + y + z− =

ĐS: k=1.

8 (Khối

D_2002)

Trong không

gian với hệ

tọa độ Oxyz

gian cho mặt

phẳng (P):

2x− y+2=0 và

đường thẳng

d m là giao tuyến của hai mặt phẳng (α): (2m+1)x+(1−m)y+m−1=0, (β): mx+(2m+1)z+4m+2=0 Tìm m để đường

thẳng d m song song với mặt phẳng (P).

ĐS:

9 (Khối

B_2009)

Chuẩn

Trong không

gian với hệ tọa

độ Oxyz, cho tứ

diệm 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).

Nâng cao

Trong không

gian với hệ tọa

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 đi

qua A và song

song với (P),

hãy viết phương trình đường thẳng mà khoảng cách từ B đến đường thẳng đó là nhỏ nhất.

1 2

m= −

ĐS: Chuẩn (P): 2x+3z−5=0, Nâng cao

10 (Khối B_2008)

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho ba

điểm A(0;1;2), B(2;−2;1), C(−2;0;1).

a Viết phương trình mặt phẳng đi qua ba điểm A, B, C.

b Tìm tọa độ của điểm M thuộc mặt phẳng 2x+2y+z−3=0 sao cho MA=MB=MC.

:

y

−

ĐS:

a x+2y−4z+6=0, b M(2;3;−7).

11 (Khối B_2007)

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho mặt cầu (S): x2+y2+z2−2x+4y+2z−3=0 và mặt phẳng (P): 2x−y+2z−14=0

a Viết phương trình mặt phẳng (Q) chứa trục Ox và cắt (S) theo một đường tròn có bán kính bằng 3.

b Tìm tọa độ điểm M thuộc mặt cầu (S) sao cho khoảng cách từ M dến mặt phẳng (P) lớn nhất.

ĐS: a y−2z=0, b M(−1;−1;−3).

12 (Khối B_2006)

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho điểm A(0;1;2) và hai đường thẳng

,

a Viết phương trình mặt phẳng (P) qua

A, đồng thời song song với d1, d2.

b Tìm tọa độ điểm M thuộc d1, N thuộc d2 sao cho A, M, N thẳng hàng.

ĐS: a (P): x+3y+5z−13=0, b M(0;1;−1), N(0;1;1).

13 (Khối B_2005)

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz cho hình lăng trụ đứng ABC.A1 B1C1 với A(0;−3;0), B(4;0;0), C(0;3;0),

B(4;0;4).

a Tìm tọa độ các đỉnh A1, C1 Viết phương trình mặt cầu tâm A và tiếp xúc với mặt phẳng (BCB1 C1).

b Gọi M là trung điểm của A1 B1 Viết phương trình mặt phẳng (P) đi qua hai điểm A, M và song song với

BC1 Mặt phẳng (P) cắt đường thẳng A1C1 tại điểm N Tính độ dài đoạn MN.

1

:

y

− 2

1

2

= +



 = − −



 = +



ĐS: §

14 (Khối B_2004)

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz cho điểm

A(−4;−2;4) và đường thẳng Viết phương trình

đường thẳng ∆ đi qua điểm A, cắt và vuông góc

với đường thẳng d.

ĐS:

15 (Khối

B_2003)

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz cho hai điểm

A(2;0;0), B(0;0;8) và điểm C sao cho Tính

khoảng cách từ trung điểm I của BC đến đường thẳng OA.

ĐS: Khoảng cách

bằng 5

17 2

MN=

3 2

1 4

= − +



 = −



 = − +

 2

:

y

−

(0; 6; 0)

AC= uuur

16 (Khối A_2009)

Chuẩn

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho mặt phẳng (P): 2x−2y− z−4=0 và mặt cầu (S): x2+y2+z2−2x−4y−6z−11=0

Chứng minh rằng (P) cắt mặt cầu (S) theo một đường tròn Xác định tọa độ tâm và bán kính của đường tròn đó.

Nâng cao

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho

mặt phẳng (P): x−2y+2z−1=0 và hai đường

thẳng , Xác định tọa độ điểm M thuộc

đường thẳng ∆1 sao cho khoảng cách từ M đến đường thẳng ∆2 và khoảng cách từ M đến mặt phẳng (P) bằng nhau ĐS: Chuẩn H(3;0;2), r=4 Nâng cao M1(0;1;−3),

§.

17 (Khối A_2008)

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho

điểm A(2;5;3) và đường thẳng

a Tìm tọa độ hình chiếu vuông góc của

điểm A lên đường thẳng d.

b Viết phương trình mặt phẳng (α) chứa d sao cho khoảng cáh từ A đến (α) lớn nhất

ĐS: a H(3;1;4), (α): x−4y+z−3=0.

18 (Khối A_2007)

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho hai

đường thẳng và

a Chứng minh rằng d1 và d2 chéo nhau.

:

y

:

y

−

2 18 53 3

; ;

35 35 35

:

d − = = −

:

y

−

2

1 2

= − +



 = +



 =

b Viết phương trình đường thẳng d vuông góc với mặt phẳng (P): 7x+y−4z=0 và cắt cả hai đường thẳng d1,

d2.

ĐS: §

19 (Khối A_2006)

Trong không gian với

hệ tọa độ Oxyz, cho

hình lập phương

ABCD.A’B’C’D’ với

A(0;0;0), B(1;0;0),

D(0;1;0), A’(0;01)

Gọi M, N lần lượt là

trung điểm của AB và

CD.

a Tính khoảng cách giữa đường thẳng

A’C và MN.

b Viết phương trình mặt phẳng chứa

A’C và tạo với

mặt phẳng

Oxy một góc

α biết

:

y

−

1 cos

6

α =

ĐS: a , (Q1):

2x− y+z−1=0,

(Q2): x−2y− z+1=0.

20 (Khối A_2005)

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz cho

đường thẳng d: và mặt phẳng (P):

2x+y−2z+9=0.

a Tìm tọa độ điểm I thuộc d sao cho khoảng cách từ I đến mặt phẳng (P) bằng 2.

b Tìm tọa độ giao điểm A của đường thẳng d và mặt phẳng (P) Viết phương trình tham số của đường thẳng

∆ nằm trong mặt phẳng (P), biết ∆ đi qua A và vuông góc với d

ĐS: a I1(−3;5;7), I2(3;−7;1)

2 2

d A C MN =

x − = y + = z −

−

21 (Khối A_2004)

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz cho hình

chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình thoi, AC cắt

BD tại gốc tọa độ O Biết A(2;0;0), B(0;1;0), Gọi M là trung điểm của cạnh SC.

a Tính góc và khoảng cách giữa hai đường thẳng SA, BM.

b Giả sử mặt phẳng (ABM) cắt đường thẳng SD tại điểm N Tính thể tích khối chóp S.ABMN.

(0; 0; 2 2)

S

ĐS: a , b .

22 (Khối A_2002)

Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz cho hai

đường thẳng:

và

a Viết phương trình mặt phẳng (P)

chứa đường thẳng ∆1 và song song với đường thẳng ∆2

b Cho điểm M(2;1;4) Tìm tọa độ điểm H thuộc đường thẳng ∆2 sao cho đoạn thẳng MH có độ dài nhỏ

nhất

3

d SA BM V S AMN. ==2

1

2 :

y

2

1

1 2

= +





∆  = +

 = +



ĐS: a

2x− z=0, b

H(2;3;4)

23.

(CĐ_Khối

A_2009)

Trong không gian với hệ tọa 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).

ĐS: (P): 4x−5y+2z−1−0

24 (CĐ_Khối A_2008)

Trong không gian với hệ tọa

độ Oxyz, cho điểm A(1;1;3) và

đường thẳng d có phương trình

a Viết phương trình mặt

phẳng (P) đi qua A và vuông góc với đường thẳng d.

b Tìm tọa độ điểm M thuộc đường thẳng d sao cho tam giác MOA cân tại đỉnh O.

1

y

x = = z−

−

ĐS: a x− y+2z−6=0

b

( )

5 5 7 1; 1;3 , ; ;

3 3 3