Video hướng dẫn giải - bài 9 trang 100 sgk hình học 12

\[IA = IB = IC\] \[\Rightarrow I\] nằm trên trục của đường tròn ngoại tiếp tam giác \[ACD\]. Tam giác \[ACD\] vuông tại đỉnh \[A\] nên trục của đường tròn ngoại tiếp tam giác \[ACD\] là đường thẳng vuông góc với mp \[[ACD]\] và đi qua trung điểm \[M\] của cạnh huyền \[CD\].

Video hướng dẫn giải

Lựa chọn câu để xem lời giải nhanh hơn
  • LG a
  • LG b
  • LG b

Trong không gian \[Oxyz\] cho bốn điểm \[A[2 ; 4 ; -1], B[1 ; 4 ; -1],\] \[ C[2 ; 4; 3], D[2 ; 2 ; -1]\].

LG a

Chứng minh rằng các đường thẳng \[AB, AC, AD\] vuông góc với nhau từng đôi một. Tính thể tích khối tứ diện \[ABCD\].

Phương pháp giải:

Ta xét các tích vô hướng \[\overrightarrow {AB} .\overrightarrow {AC} \]; \[\overrightarrow {AB} .\overrightarrow {AD} \]; \[\overrightarrow {AC} .\overrightarrow {AD} \]

\[ \Rightarrow {V_{ABCD}} = \dfrac{1}{6}AB.AC.AD\]

Lời giải chi tiết:

a] Ta xét các tích vô hướng \[\overrightarrow {AB} .\overrightarrow {AC} \]; \[\overrightarrow {AB} .\overrightarrow {AD} \]; \[\overrightarrow {AC} .\overrightarrow {AD} \]

Ta có: \[\overrightarrow {AB} = [-1; 0; 0]\], \[\overrightarrow {AC} = [0; 0; 4]\], \[\overrightarrow {AD} = [0; -2; 0]\]

\[\overrightarrow {AB} .\overrightarrow {AC} = [-1].0 + 0.0 + 0.4 = 0\Leftrightarrow \overrightarrow {AB} \bot \overrightarrow {AC} \]

Các trường hợp còn lại chứng minh tương tự.

Ta có: \[V_{ABCD}\]=\[{1 \over 6}.AB.AC.AD\]

Mà \[AB = 1; AC = 4; AD = 2\]

\[ \Rightarrow {V_{ABCD}} = {1 \over 6}.1.4.2 = {4 \over 3}\][đvtt]

LG b

Viết phương trình mặt cầu \[[S]\] đi qua bốn điểm \[A, B, C, D\].

Phương pháp giải:

Sử dụng phương pháp xác định tâm mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD, xác định tâm I và tính bán kính \[R=IA\].

Lời giải chi tiết:

Gọi \[I[a; b; c]\] là tâm mặt cầu ngoại tiếp tứ diện \[ABCD\].

\[IA = IB = IC\] \[\Rightarrow I\] nằm trên trục của đường tròn ngoại tiếp tam giác \[ACD\]. Tam giác \[ACD\] vuông tại đỉnh \[A\] nên trục của đường tròn ngoại tiếp tam giác \[ACD\] là đường thẳng vuông góc với mp \[[ACD]\] và đi qua trung điểm \[M\] của cạnh huyền \[CD\].

Như vậy \[MI // AB\] [1]

Ta lại có \[IA = IB\]. Gọi \[P\] là trung điểm của \[AB\], ta có:

\[MI = AP\] = \[{1 \over 2}AB\] [2]

Từ [1] và [2], suy ra \[\overrightarrow {MI} = {1 \over 2}\overrightarrow {AB} \]

Với \[C [2; 4; 3], D [2; 2; -1]\] \[\Rightarrow M [2; 3; 1]\]

\[\overrightarrow {MI}= [a - 2; b - 3; c - 1]; \overrightarrow {AB} = [-1; 0; 0] \]

\[\left\{ \matrix{
a - 2 = {1 \over 2}[ - 1] \Rightarrow a = {3 \over 2} \hfill \cr
b - 3 = {1 \over 2}.0 \Rightarrow b = 3 \hfill \cr
c - 1 = {1 \over 2}.0 \Rightarrow c = 1 \hfill \cr} \right.\]

Tâm \[I\] của mặt cầu ngoại tiếp tứ diện \[ABCD\] là \[I\]\[\left[ {{3 \over 2};3;1} \right]\]

Bán kính của mặt cầu ngoại tiếp tứ diện \[ABCD\] là \[r\] thì:

\[r^2= IA^2\]=\[{\left[ {2 - {3 \over 2}} \right]^2} + {[4 - 3]^2} + {[ - 1 - 1]^2} = {{21} \over 4}\]

Phương trình mặt cầu ngoại tiếp tứ diện \[ABCD\]:

\[{\left[ {x - {3 \over 2}} \right]^2} + {[y - 3]^2} + {[z - 1]^2} = {{21} \over 4}\].

Cách khác:

Gọi mặt cầu \[\left[ S \right]:{x^2} + {y^2} + {z^2} + 2ax + 2by + 2cz + d = 0\] đi qua 4 điểm A, B, C, D.

Khi đó \[\left\{ \begin{array}{l}4 + 16 + 1 + 4a + 8b - 2c + d = 0\\1 + 16 + 1 + 2a + 8b - 2c + d = 0\\4 + 16 + 9 + 4a + 8b + 6c + d = 0\\4 + 4 + 1 + 4a + 4b - 2c + d = 0\end{array} \right.\]

\[ \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}4a + 8b - 2c + d = - 21\\2a + 8b - 2c + d = - 18\\4a + 8b + 6c + d = - 29\\4a + 4b - 2c + d = - 9\end{array} \right.\]

\[ \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}2a = - 3\\8b - 2c + d = - 15\\8b + 6c + d = - 23\\4b - 2c + d = - 3\end{array} \right.\]

\[ \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}a = - \dfrac{3}{2}\\b = - 3\\c = - 1\\d = 7\end{array} \right.\]

Vậy phương trình mặt cầu là: \[{x^2} + {y^2} + {z^2} - 3x - 6y - 2z + 7 = 0\] hay \[{\left[ {x - \dfrac{3}{2}} \right]^2} + {\left[ {y - 3} \right]^2} + {\left[ {z - 1} \right]^2} = \dfrac{{21}}{4}\]

LG b

Viết phương trình mặt phẳng \[[α]\] tiếp xúc với mặt cầu \[[S]\] và song song với mặt phẳng \[[ABD]\].

Phương pháp giải:

Xác định VTPT của mặt phẳng \[\alpha\], viết phương trình mặt phẳng\[\alpha\] khi biết VTPT.

\[\alpha\] tiếp xúc với [S]\[ \Leftrightarrow d\left[ {I;\left[ \alpha \right]} \right] = R\] với \[I;R\] lần lượt là tâm và bán kính mặt cầu [S].

Lời giải chi tiết:

Ta có:\[\displaystyle AC [ABD]\]; \[\displaystyle [α]\]//\[\displaystyle [ABD]\] nên nhận \[\displaystyle \overrightarrow {AC} \]làm vectơ pháp tuyến.

Ta có \[\displaystyle \overrightarrow {AC} = [0; 0; 4]\] nên \[\displaystyle [α]\]:\[\displaystyle z + D = 0\].

Khoảng cách từ tâm \[\displaystyle I\] của mặt cầu đến mặt phẳng \[\displaystyle [α]\] là:

\[\displaystyle d[I,[α]] ={{\left| {1 + D} \right|} \over 1} = \left| {1 + D} \right|\]

Để mặt phẳng \[\displaystyle [α]\] tiếp xúc với mặt cầu, ta cần có:

\[\displaystyle d[I,[α]] = r \Rightarrow \left| {1 + D} \right| = {{\sqrt {21} } \over 2}\]

Ta có hai mặt phẳng:

TH1: \[\displaystyle 1 + D ={{\sqrt {21} } \over 2} \Rightarrow D = {{\sqrt {21} } \over 2} - 1\]

\[\displaystyle \Rightarrow \left[ {{\alpha _1}} \right]:z + {{\sqrt {21} } \over 2} - 1 = 0\]

TH2: \[\displaystyle 1 + D = - {{\sqrt {21} } \over 2} \Rightarrow D = - {{\sqrt {21} } \over 2} - 1 \]

\[\displaystyle \Rightarrow \left[ {{\alpha _2}} \right]:z - {{\sqrt {21} } \over 2} - 1 = 0\]

Video liên quan

Chủ Đề