CHUYENDE81HE TOA DO KHONG GIAN

– Tích có hướng của hai vectơ thường sử dụng để tính diện tích tam giác; tính thể tích khối tứ diện, thể tích hình hộp; chứng minh các vectơ đồng phẳng – không đồng phẳng, chứng minh các[r]

TỌA ĐỘ TRONG KHÔNG GIAN

A LÝ THUYẾT

1 Hệ trục tọa độ trong không gian

Trong không gian, xét ba trục tọa độ Ox Oy Oz vuông góc với nhau từng đôi một và chung một , ,điểm gốc O Gọi , ,i j k là các vectơ đơn vị, tương ứng trên các trục Ox Oy Oz Hệ ba trục như vậy , ,

gọi là hệ trục tọa độ vuông góc trong không gian

3 Tọa độ của điểm

a) Định nghĩa:M x y z( ; ; )OM  x i y j z k (x : hoành độ, y : tung độ, z : cao độ)

Chú ý:  MOxy z 0;MOyz x 0;MOxz y 0

a) Định nghĩa: Trong không gian Oxyz cho hai vectơ a( ;a a a1 2; 3), b( ;b b b1 2; 3) Tích có hướng

của hai vectơ a và , b kí hiệu là a b, , được xác định bởi

 [ , ]a b a b .sin a b, (Chương trình nâng cao)

 ,a b cùng phương  [ , ]a b 0 (chứng minh 3 điểm thẳng hàng)

c) Ứng dụng của tích có hướng: (Chương trình nâng cao)

 Điều kiện đồng phẳng của ba vectơ: ,a b và c đồng phẳng  [ , ] a b c0

 Diện tích hình bình hành ABCD : S ABCD  AB AD, 

 Diện tích tam giác ABC : 1 ,

góc giữa hai đường thẳng

– Tích có hướng của hai vectơ thường sử dụng để tính diện tích tam giác; tính thể tích khối tứ

diện, thể tích hình hộp; chứng minh các vectơ đồng phẳng – không đồng phẳng, chứng minh các



Câu 3 Cho vectơ a1;3; 4, tìm vectơ b cùng phương với vectơ a

A b    2; 6; 8  B b   2; 6;8  C b  2;6;8  D b2; 6; 8    Câu 4 Tích vô hướng của hai vectơ a  2; 2;5 , b0;1; 2 trong không gian bằng

Câu 10 Trong không gian Oxyz , cho điểm M nằm trên trục Oxsao cho M không trùng với gốc tọa

độ, khi đó tọa độ điểm M có dạng

A. M a ; 0; 0 , a0 B M0; ; 0 ,b  b0 C M0; 0;c c, 0 D M a ;1;1 , a0

Câu 11 Trong không gian Oxyz , cho điểm M nằm trên mặt phẳng Oxysao cho M không trùng với

gốc tọa độ và không nằm trên hai trục Ox Oy , khi đó tọa độ điểm , M là ( , ,a b c0)

A 0; ;b a. B. a b; ; 0  C 0; 0;c. D a;1;1

Câu 12 Trong không gian Oxyz , cho a0;3; 4 và b 2a , khi đó tọa độ vectơ b có thể là

A 0;3; 4  B 4; 0;3  C 2; 0;1  D. 8; 0; 6  

Câu 13 Trong không gian Oxyz cho hai vectơ u và v , khi đó u v,  bằng

A. u v .sin u v, B u v .cos u v, C u v .cos u v, D u v .sin u v,

Câu 14 Trong không gian Oxyz cho ba vectơ a1; 1; 2 ,  b3;0; 1 ,  c  2;5;1, vectơ

Câu 16 Trong không gian Oxyz cho ba điểm A1; 0; 3 ,  B 2; 4; 1 ,  C 2; 2; 0  Tọa độ trọng tâm G

của tam giác ABC là

Câu 19 Trong không gian Oxyz , cho tam giác ABC có (1;0; 2), ( 2;1;3), (3; 2; 4) A B  C Tìm tọa độ

trọng tâm G của tam giác ABC

A. tam giác có ba góc nhọn B tam giác cân đỉnh A

C tam giác vuông đỉnh A D tam giác đều

Câu 23 Trong không gian tọa độ Oxyzcho ba điểm A1; 2; 2 , B 0;1;3 , C 3; 4; 0 Để tứ giác

ABCD là hình bình hành thì tọa độ điểm D là

A D4;5; 1  B D4;5; 1  C D  4; 5; 1 D D4; 5;1 

Câu 24 Cho hai vectơ a và b tạo với nhau góc 60 và 0 a 2;b 4 Khi đó ab bằng

A. M1; 2; 0 B M1; 0; 3  C M0; 2; 3  D M1; 2;3 Câu 28 Cho điểm M2;5;1, khoảng cách từ điểm M đến trục Ox bằng

Câu 35 Trong không gian Oxyz cho tứ diện ABCD Độ dài đường cao vẽ từ D của tứ diện ABCD

cho bởi công thức nào sau đây:

AB AC AD h

Câu 36 Trong không gian tọa độ Oxyz, cho bốn điểm A1; 2; 0 ,  B 3;3; 2 , C 1; 2; 2 , D 3;3;1 Độ

dài đường cao của tứ diện ABCD hạ từ đỉnh D xuống mặt phẳng ABC là

Câu 37 Trong không gian Oxyz , cho tứ diện ABCDcó (1;0; 2), ( 2;1;3), (3; 2; 4), (6;9; 5)A B  C D  Tìm

tọa độ trọng tâm G của tứ diện ABCD

Câu 38 Trong không gian Oxyz , cho hai điểm (1; 2;1), (2; 1; 2) A B  Điểm M trên trục Oxvà cách đều

hai điểm ,A B có tọa độ là

1 30; ;

2 2

Câu 39 Trong không gian Oxyz , cho hai điểm (1; 2;1), (3; 1; 2) A B  Điểm M trên trục Ozvà cách đều

hai điểm ,A B có tọa độ là

45.6

83

Câu 46 Trong không gian Oxyz cho ba điểm (1;0;0), (0;0;1), (2;1;1) A B C Tam giác ABC là

A tam giác vuông tại A B tam giác cân tại A

C tam giác vuông cân tại A D Tam giác đều

Câu 47 Trong không gian Oxyz cho tam giác ABCcó (1;0;0), (0;0;1), (2;1;1)A B C Tam giác ABC có

Câu 48 Ba đỉnh của một hình bình hành có tọa độ là1;1;1 , 2;3; 4 , 7; 7;5     Diện tích của hình bình

11; 2; 3

Câu 52 Trong không gian với hệ trục tọa độ Oxyz , cho ba điểm (1; 2; 1) A  , (2; 1;3)B  , ( 2;3;3)C 

ĐiểmM a b c ; ;  là đỉnh thứ tư của hình bình hành ABCM, khi đó 2 2 2

Pa  b c có giá trị bằng

Câu 53 Trong không gian với hệ trục tọa độ Oxyz cho ba điểm (1; 2; 1) A  , (2; 1;3)B  , ( 2;3;3)C  Tìm

tọa độ điểmD là chân đường phân giác trong góc A của tam giácABC

A. D(0;1;3) B D(0;3;1) C D(0; 3;1) D D(0;3; 1)

Câu 54 Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz , cho các điểm A( 1;3;5) , B( 4;3;2) , C(0;2;1) Tìm tọa

độ điểm I tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC

2) Tam giác BCD vuông tại B

3) Thể tích của tứ diện ABCD bằng 6

Các mệnh đề đúng là:

A. 2) B 3) C 1); 3) D 2), 1)

Câu 57 Trong không gian Oxyz , cho ba vectơ a  1,1, 0 ; b(1,1, 0);c1,1,1 Trong các mệnh đề

13

3 13.13

Câu 59 Cho hình chóp tam giác S ABC với I là trọng tâm của đáy ABC Đẳng thức nào sau đây là

đẳng thức đúng

.2

.3

Câu 60 Trong không gian Oxyz , cho tứ diện ABCD có (1;0;0), (0;1;0), (0;0;1), ( 2;1; 1)A B C D   Thể

tích của tứ diện ABCD bằng

A 3

1

2

Câu 61 Cho hình chóp S ABC có SASBa SC, 3 ,a ASBCSB60 ,0 CSA900 Gọi G là trọng

tâm tam giác ABC Khi đó khoảng cách SG bằng

Câu 64 Cho hình chóp S ABCD biết A2; 2; 6 , B 3;1;8 , C 1; 0; 7 , D 1; 2;3 Gọi H là trung

điểm của CD , SH ABCD Để khối chóp S ABCD có thể tích bằng 27

2 (đvtt) thì có hai

điểm S S thỏa mãn yêu cầu bài toán Tìm tọa độ trung điểm I của 1, 2 SS 1 2

A I0; 1; 3   B I1; 0;3 C.I0;1;3 D I1; 0; 3  

Câu 65 Trong không gian Oxyz , cho hai điểm (2; 1;7), (4;5; 2) A  B  Đường thẳng ABcắt mặt phẳng

(Oyz tại điểm ) M Điểm M chia đoạn thẳng AB theo tỉ số nào

Câu 66 Trong không gian Oxyz , cho tứ diện ABCD có (2;1; 1), (3;0;1), C(2; 1;3)A  B  và D thuộc

trục Oy Biết V ABCD5 và có hai điểm D10; ; 0 ,y1  D20;y2; 0 thỏa mãn yêu cầu bài toán Khi đó y1y2 bằng

Câu 67 Trong không gian Oxyz , cho tam giác ABC có ( 1; 2; 4), (3;0; 2),C(1;3;7)A B  Gọi D là

chân đường phân giác trong của góc A Tính độ dài OD

205

3

Câu 68 Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz , cho tam giác ABC, biết (1;1;1)A , (5;1; 2)B  , (7;9;1)C

Tính độ dài phân giác trong ADcủa gócA

A. 2 74

3 74

Câu 70 Trong không gian với hệ trục tọa độ Oxyz , cho ba điểm (2;3;1) A , ( 1; 2;0)B  , (1;1; 2)C  H là

trực tâm tam giác ABC, khi đó, độ dài đoạn OH bằng

A 870

870

870

870

15

Câu 71 Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho tam giác ABC có (3;1;0)A , B nằm trên mặt

phẳng (Oxy và có hoành độ dương, ) C nằm trên trục Ozvà H(2;1;1) là trực tâm của tam giác

ABC Toạ độ các điểm B, C thỏa mãn yêu cầu bài toán là:

Câu 72 Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho hình vuông ABCD , (3;0;8) B , D( 5; 4;0)  Biết

đỉnh A thuộc mặt phẳng ( Oxy ) và có tọa độ là những số nguyên, khi đó CA CB bằng:

Câu 73 Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho tam giác ABC, biết (5;3; 1)A  , (2;3; 4)B  ,

C ĐÁP ÁN VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM



Câu 3 Cho vectơ a1;3; 4, tìm vectơ b cùng phương với vectơ a

A b    2; 6; 8  B b   2; 6;8  C b  2;6;8  D b2; 6; 8    Câu 4 Tích vô hướng của hai vectơ a  2; 2;5 , b0;1; 2 trong không gian bằng

Câu 9 Cho vectơ a1; 1; 2 , độ dài vectơ a là

Câu 10 Trong không gian Oxyz , cho điểm M nằm trên trục Ox sao cho M không trùng với gốc tọa

độ, khi đó tọa độ điểm M có dạng

A. M a ; 0; 0 , a0 B M0; ; 0 ,b  b0 C M0; 0;c c, 0 D M a ;1;1 , a0

Câu 11 Trong không gian Oxyz , cho điểm M nằm trên mặt phẳng Oxysao cho M không trùng với

gốc tọa độ và không nằm trên hai trục Ox Oy , khi đó tọa độ điểm , M là ( , ,a b c0)

A 0; ;b a. B. a b; ; 0  C 0; 0;c. D a;1;1

Câu 12 Trong không gian Oxyz , cho a0;3; 4 và b 2a , khi đó tọa độ vectơ b có thể là

A 0;3; 4  B 4; 0;3  C 2; 0;1  D. 8; 0; 6  

Câu 13 Trong không gian Oxyz cho hai vectơ u và v , khi đó u v,  bằng

A. u v .sin u v, B u v .cos u v, C u v .cos u v, D u v .sin u v,

Câu 14 Trong không gian Oxyz cho ba vectơ a1; 1; 2 ,  b3;0; 1 ,  c  2;5;1, vectơ

Câu 16 Trong không gian Oxyz cho ba điểm A1; 0; 3 ,  B 2; 4; 1 ,  C 2; 2; 0  Tọa độ trọng tâm G

của tam giác ABC là

Cách 2: Lập phương trình (ABC) và thế toạ độ D vào phương trình tìm được

Câu 18 Trong không gian Oxyz, cho ba vecto a( ; ; ),1 2 3 b ( 2 0 1; ; ),c ( 1 0 1; ; ) Tìm tọa độ của

vectơ n  a b 2c3i

A n6; 2;6 B n6; 2; 6  C n0; 2;6 D. n  6; 2;6

Câu 19 Trong không gian Oxyz , cho tam giác ABC có (1;0; 2), ( 2;1;3), (3; 2; 4)A B  C Tìm tọa độ

trọng tâm G của tam giác ABC

Câu 20 Cho 3 điểm M2;0;0 ,  N 0; 3;0 ,   P 0;0;4  Nếu MNPQ là hình bình hành thì tọa độ của

4 0

x y z

Câu 22 Cho 3 điểm A1;2;0 , 1;0; 1 ,  B   C 0; 1;2   Tam giác ABC là

A. tam giác có ba góc nhọn B tam giác cân đỉnh A

C tam giác vuông đỉnh A D tam giác đều

Hướng dẫn giải

(0; 2; 1); ( 1; 3;2)

Câu 23 Trong không gian tọa độ Oxyzcho ba điểm A1; 2; 2 , B 0;1;3 , C 3; 4; 0 Để tứ giác

ABCD là hình bình hành thì tọa độ điểm D là

Hướng dẫn giải

Với M a b c ; ;  hình chiếu vuông góc của M lên trục Oy là M10; ; 0b 

Câu 27 Cho điểm M1; 2; 3 , hình chiếu vuông góc của điểm M trên mặt phẳng Oxylà điểm

A. M1; 2; 0 B M1; 0; 3  C M0; 2; 3  D M1; 2;3

Hướng dẫn giải

Với M a b c ; ;  hình chiếu vuông góc của M lên mặt phẳngOxy là M1a b; ; 0

Câu 28 Cho điểm M2;5;1, khoảng cách từ điểm M đến trục Ox bằng

Với M a b c ; ;  điểm đối xứng của M qua mặt phẳng Oxy là M a b ; ;c

Câu 32 Cho điểm M3; 2; 1 , điểm Ma b c; ;  đối xứng của M qua trục Oy, khi đó a b c  bằng

Câu 35 Trong không gian Oxyz cho tứ diện ABCD Độ dài đường cao vẽ từ D của tứ diện ABCD

cho bởi công thức nào sau đây:

AB AC AD h

Câu 36 Trong không gian tọa độ Oxyz, cho bốn điểm A1; 2; 0 ,  B 3;3; 2 , C 1; 2; 2 , D 3;3;1 Độ

dài đường cao của tứ diện ABCD hạ từ đỉnh D xuống mặt phẳng ABC là

B

Câu 37 Trong không gian Oxyz , cho tứ diện ABCD có (1;0; 2), ( 2;1;3), (3; 2; 4), (6;9; 5) A B  C D  Tìm

tọa độ trọng tâm G của tứ diện ABCD

Câu 38 Trong không gian Oxyz , cho hai điểm (1; 2;1), (2; 1; 2) A B  Điểm M trên trục Oxvà cách đều

hai điểm ,A B có tọa độ là

1 30; ;

2 2

Câu 39 Trong không gian Oxyz , cho hai điểm (1; 2;1), (3; 1; 2) A B  Điểm M trên trục Ozvà cách đều

hai điểm ,A B có tọa độ là

45.6

83

 Hướng dẫn giải

C tam giác vuông cân tại A D Tam giác đều

Hướng dẫn giải

1;0; 1 ,  1; 1; 1 ,  2; 1;0

BA  CA    CB  

BA CA tam giác vuông tại A , AB AC

Câu 47 Trong không gian Oxyz cho tam giác ABCcó (1;0;0), (0;0;1), (2;1;1)A B C Tam giác ABC có

11; 2; 3

Hướng dẫn giải

( ; ; )

E x y z , từ

38

383

Câu 52 Trong không gian với hệ trục tọa độ Oxyz , cho ba điểm (1; 2; 1) A  , (2; 1;3)B  , ( 2;3;3)C 

ĐiểmM a b c ; ;  là đỉnh thứ tư của hình bình hành ABCM, khi đó 2 2 2

Pa  b c có giá trị bằng

Câu 53 Trong không gian với hệ trục tọa độ Oxyz cho ba điểm (1; 2; 1) A  , (2; 1;3)B  , ( 2;3;3)C  Tìm

tọa độ điểmD là chân đường phân giác trong góc A của tam giácABC

Câu 54 Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz , cho các điểm A( 1;3;5) , B( 4;3;2) , C(0;2;1) Tìm tọa

độ điểm I tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC

Ta có: ABBC CA3 2  ABC đều Do đó tâm I của đường tròn ngoại tiếp ABC

là trọng tâm của nó Kết luận: 5 8 8; ;

2) Tam giác BCD vuông tại B

3) Thể tích của tứ diện ABCD bằng 6

13

3 13.13

Hướng dẫn giải

13

AB AC AD h

.3

Vì I là trọng tâm tam giác 1 

3

Câu 60 Trong không gian Oxyz , cho tứ diện ABCD có (1;0;0), (0;1;0), (0;0;1), ( 2;1; 1)A B C D   Thể

tích của tứ diện ABCD bằng

Câu 61 Cho hình chóp S ABC có SASBa SC, 3 ,a ASBCSB60 ,0 CSA900 Gọi G là trọng

tâm tam giác ABC Khi đó khoảng cách SG bằng

Câu 64 Cho hình chóp S ABCD biết A2; 2; 6 , B 3;1;8 , C 1; 0; 7 , D 1; 2;3 Gọi H là trung

điểm của CD , SH ABCD Để khối chóp S ABCD có thể tích bằng 27

Câu 65 Trong không gian Oxyz , cho hai điểm (2; 1;7), (4;5; 2) A  B  Đường thẳng ABcắt mặt phẳng

(Oyz tại điểm ) M Điểm M chia đoạn thẳng AB theo tỉ số nào

Câu 66 Trong không gian Oxyz , cho tứ diện ABCD có (2;1; 1), (3;0;1), C(2; 1;3)A  B  và D thuộc

trục Oy Biết V ABCD5 và có hai điểm D10; ; 0 ,y1  D20;y2; 0 thỏa mãn yêu cầu bài toán Khi đó y1y2 bằng

Câu 67 Trong không gian Oxyz , cho tam giác ABC có ( 1; 2; 4), (3;0; 2),C(1;3;7)A B  Gọi D là

chân đường phân giác trong của góc A Tính độ dài OD

205

Câu 68 Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz , cho tam giác ABC, biết (1;1;1)A , (5;1; 2)B  , (7;9;1)C

Tính độ dài phân giác trong ADcủa gócA

A. 2 74

3 74

Câu 70 Trong không gian với hệ trục tọa độ Oxyz , cho ba điểm (2;3;1) A , ( 1; 2;0)B  , (1;1; 2)C  H là

trực tâm tam giác ABC, khi đó, độ dài đoạn OH bằng

A 870

870

870

870

15

Câu 71 Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho tam giác ABC có (3;1;0)A , B nằm trên mặt

phẳng (Oxy và có hoành độ dương, ) C nằm trên trục Ozvà H(2;1;1) là trực tâm của tam giác

ABC Toạ độ các điểm B, C thỏa mãn yêu cầu bài toán là:

Câu 72 Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho hình vuông ABCD , (3;0;8) B , D( 5; 4;0)  Biết

đỉnh A thuộc mặt phẳng ( Oxy ) và có tọa độ là những số nguyên, khi đó CA CB bằng:

ABCD là hình vuông 

2

2 12

a b

a b