8E. Bài toán vận dụng về tọa độ không gian Oxyz
8E.
BÀI TOÁN VẬN DỤNG
VỀ TỌA ĐỘ KHÔNG GIAN Oxyz
Dạng 132. Bài toán vận dụng viết phương trình
mặt phẳng
Câu 01. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho hình lập phương ABCD. A ’B’C ’D ’ ,
biết A 0; 0; 0 , B 1; 0; 0 , D 0; 1; 0 và A’ 0; 0; 1 . Phương trình nào dưới đây là phương
trình mặt phẳng P chứa đường thẳng CD ’ và tạo với mặt phẳng B B’D ’D một góc
lớn nhất?
A. x y z 0 .
B. x y z 2 0 .
C. x 2 y z 3 0 .
D. x 3 y z 4 0 .
Lời giải tham khảo
Chọn đáp án A.
Ta có: B 1; 0; 0 , B’ 1; 0; 1 , C 1; 1; 0 , D ’ 0; 1; 1 .
Do đó BB’D ’D có phương trình: x y 1 0
P tạo với BB’D ’D một góc lớn nhất
P vuông góc với BB’D ’D .
Vậy P chứa CD ’ và vuông góc với BB’D ’D
nên phương trình P là: x y z 0.
x 1 y z 2
và
2
1
2
điểm M 2; 5; 3 . Phương trình nào dưới đây là phương trình mặt phẳng P chứa
Câu 02. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho đường thẳng :
sao cho khoảng cách từ M đến mp P lớn nhất?
A. x 4 y z 1 0 .
B. x 4 y z 3 0 .
C. x 4 y z 3 0 .
D. x 4 y z 1 0 .
Lời giải tham khảo
Chọn đáp án C.
Ta có khoảng cách từ M đến mặt phẳng bất kỳ chứa không vượt quá khoảng cách
từ M đến đường thẳng và khoảng cách đó sẽ đạt giá trị lớn nhất khi mặt phẳng
này chứa và nhận MH làm vectơ pháp tuyến trong đó H là hình chiếu của M lên
.
Ta có H 3; 1; 4 và MH 1; 4; 1 .
File word liên hệ qua
Facebook: www.facebook.com/VanLuc168
[ Nguyễn Văn Lực ] | 55
8E. Bài toán vận dụng về tọa độ không gian Oxyz
Câu 03. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho hai điểm A 1; 2; 1 , B 0; 4; 0 và
mặt phẳng P : 2 x y 2 z 2017 0 . Phương trình nào dưới đây là phương trình mặt
phẳng Q đi qua hai điểm A , B và tạo với mặt phẳng P một góc nhỏ nhất?
A. Q : x y z 4 0 .
B. Q : x y z 4 0 .
C. Q : 2 x y 3z 4 0 .
D. Q : 2 x y z 4 0 .
Lời giải tham khảo
Chọn đáp án B.
Nhận xét: 00 ( P ),(Q) 90 0 , nên góc ( P),(Q) nhỏ nhất khi cos ( P ),(Q) lớn nhất.
Q : ax b( y 4) cz 0; A (Q) a 2b c
Ta có cos ( P),(Q)
2 a b 2c
3 a 2 b2 c 2
b
a 2 b2 c 2
Nếu b 0 cos ( P),(Q) 0 ( P),(Q) 90 0
1
Nếu b 0 cos ( P ),(Q)
2
c
c
2 4 5
b
b
1
2
c
2 1 3
b
1
3
.
Dấu bằng xảy ra khi b c ; a c , nên phương trình mp Q là: x y z 4 0 .
x 1 y z 1
và
2
1
1
mặt phẳng P : 2 x y 2 z 1 0 . Phương trình nào dưới đây là phương trình mặt
Câu 04. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho đường thẳng :
phẳng Q chứa và tạo với P một góc nhỏ nhất?
A. 2 x y 2 z 1 0 .
B. 10 x 7 y 13z 3 0 .
C. 2 x y z 0 .
D. x 6 y 4 z 5 0 .
Lời giải tham khảo
Chọn đáp án B.
Gọi A là giao điểm của d và P , m là giao tuyến của P và Q . Lấy điểm I trên d .
là góc
Gọi H là hình chiếu của I trên P , dựng HE vuông góc với m , suy ra φ IEH
giữa P và Q
IH
IH
. Dấu " " xảy ra khi E A.
HE HA
Khi đó đường thẳng m vuông góc với d , chọn um dd ; nP , nQ ud ; um .
tan
Câu
05.
Trong
không
gian
với
hệ
tọa
độ
Oxyz ,
cho
mặt
cầu
x6 y2 z2
. Phương
3
2
2
trình nào dưới đây là phương trình mặt phẳng P đi qua M 4; 3; 4 , song song với
S : ( x 1)
2
( y 2)2 ( z 3)2 9 và đường thẳng :
đường thẳng ∆ và tiếp xúc với mặt cầu S ?
A. 2 x y 2 z 19 0 .
B. x 2 y 2 z 1 0 .
C. 2 x 2 y z 18 0 .
D. 2 x y 2 z 10 0 .
File word liên hệ qua
Facebook: www.facebook.com/VanLuc168
[ Nguyễn Văn Lực ] | 56
8E. Bài toán vận dụng về tọa độ không gian Oxyz
Lời giải tham khảo
Chọn đáp án A.
Gọi n a; b; c là vecto pháp tuyến của P
Ta có 3a 2b 2c 0
Điều kiện tiếp xúc ta có 3a b c 3 a2 b2 c 2
Từ đó suy ra 2b c , b 2c
Suy ra hai mặt phẳng ở A và C .
C loại vì chứa .
File word liên hệ qua
Facebook: www.facebook.com/VanLuc168
[ Nguyễn Văn Lực ] | 57
8E. Bài toán vận dụng về tọa độ không gian Oxyz
Dạng 133. Bài toán vận dụng tổng hợp về tọa
độ không gian Oxyz
Câu 06. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho bốn điểm A 1; 2; 0 , B 2; 1; 1 ,
C 3; 1; 0 và D 5; 1; 2 . Hỏi có bao nhiêu mặt phẳng đi qua hai điểm A và B và cách
đều C và D .
A. 1 .
B. 2 .
C. 4 .
Lời giải tham khảo
D. Vô số mặt phẳng.
Chọn đáp án D.
Kiểm tra ta được AB song song với CD nên có vô số mặt phẳng mặt phẳng đi qua
hai điểm A và B và cách đều C và D .
Câu 07. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , Cho các điểm A 1; 0; 0 , B 0; 1; 0 ,
C 0; 0; 1 , D 0; 0; 0 . Hỏi có bao nhiêu điểm cách đều 4 mặt phẳng ABC , BCD ,
CDA , DAB ?
A. 8 .
B. 5 .
C. 1 .
Lời giải tham khảo
D. 4 .
Chọn đáp án A.
Gọi I x; y ; z cách đều 4 mặt ta có x y z
x y z 1
3
, phương trình có 8
nghiệm.
Câu 08. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho bốn điểm A 1; –2; 0 , B 0; –1; 1 ,
C 2; 1; –1 và D 3; 1; 4 . Hỏi có tất cả bao nhiêu mặt phẳng chia tứ diện ABCD thành
2 phần có thể tích bằng nhau ?
A. 4 mặt phẳng.
C. 8 mặt phẳng.
B. 6 mặt phẳng.
D. Có vô số mặt phẳng.
Lời giải tham khảo
Chọn đáp án D.
MN AN AP 1
.
.
thì
AB AC CB 2
mp MNP chia khối tứ diện ABCD thành hai phần có thể tích bằng nhau có vô số
Trên các cạnh AB, AC , AD lấy lần lượt M , N , P sao cho
mặt phẳng thỏa mãn yêu cầu.
Câu 09. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho bốn điểm A 1; –2; 0 , B 0; –1; 1 ,
C 2; 1; –1 và D 3; 1; 4 . Hỏi có tất cả bao nhiêu mặt phẳng cách đều bốn điểm đó ?
A. 1 mặt phẳng.
C. 7 mặt phẳng.
B. 4 mặt phẳng.
D. Có vô số mặt phẳng.
Lời giải tham khảo
Chọn đáp án C.
Ta có: AB 1; 1; 1 ; AC 1; 3; 1 ; AD 2; 3; 4 .
Khi đó: AB; AC .AD 24 0 do vậy A , B, C , D không đồng phẳng
File word liên hệ qua
Facebook: www.facebook.com/VanLuc168
[ Nguyễn Văn Lực ] | 58
8E. Bài toán vận dụng về tọa độ không gian Oxyz
Do đó có 7 mặt phẳng cách đều 4 điểm đã cho bao gồm.
+) Mặt phẳng qua trung điểm của AD và song song với mặt phẳng ABC
+) Mặt phẳng qua trung điểm của AB và song song với mặt phẳng ACD
+) Mặt phẳng đi qua trung điểm của AC và song song với mặt phẳng ABD
+) Mặt phẳng đi qua trung điểm của AB và song song với mặt phẳng BCD
+) Mặt phẳng qua trung điểm của AB và CD đồng thời song song với BC và AD
+) Mặt phẳng qua trung điểm của AD và BC đồng thời song song với AB và CD
+) Mặt phẳng qua trung điểm của AC và BD đồng thời song song với BC và AD
Câu 10. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho điểm M 1; 2; 3 và mặt phẳng P
qua M cắt Ox , Oy , Oz tại A a; 0; 0 , B 0; b; 0 , B 0; 0; c (với a , b , c 0 ). Với giá trị
nào của a , b , c thì thể tích khối tứ diện OABC ( O là gốc tọa độ) nhỏ nhất?
A. a 9, b 6, c 3.
C. a 3, b 6, c 9.
B. a 6, b 3, c 9.
D. a 6, b 9, c 3.
Lời giải tham khảo
Chọn đáp án C.
x y z
1 .
a b c
1 2 3
Vì đó mặt P đi qua M 1; 2; 3 nên ta có: 1 1
a b c
1
Nên thể tích khối tứ diện OABC là : V a.b.c 2
6
Phương trình mặt phẳng là P :
1 2 3
6
a.b.c
33
27 . Vậy thể tích lớn nhất là: V 27 .
a b c
a.b.c
6
x y z
Vậy a 3; b 6; c 9 . Phương trình là: P : 1 6 x 3 y 2 z 18 0.
3 6 9
Ta có: 1
Câu 11. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho mặt phẳng P : 3 x 3 y 4 z 16 0 ,
x 1 y 3 z 5
và điểm M 2 ; 3 ; 1 . Gọi A là điểm thuộc đường
1
2
1
thẳng d , B là hình chiểu của A trên mặt phẳng P . Tìm tọa độ điểm A biết tam giác
đường thẳng d :
MAB cân tại M .
A. A 3 ; 1; 3 .
B. A 1 ; 3 ; 5 .
C. A 2 ; 1 ; 4 .
D. A 0; 5; 6 .
Lời giải tham khảo
Chọn đáp án A.
Gọi H là trung điểm AB và A ’ là điểm đối xứng của A qua M .
MH / / A ' B
A ' B AB A ' P .
Khi đó:
MH
AB
Vì M là trung điểm AA’ nên A t 3; 2t 9; t 3 .
Mà A’ P t 2 A 3; 1; 3 .
File word liên hệ qua
Facebook: www.facebook.com/VanLuc168
[ Nguyễn Văn Lực ] | 59
8E. Bài toán vận dụng về tọa độ không gian Oxyz
Câu
12.
Trong
2
không
2
gian
với
hệ
tọa
Oxyz ,
độ
cho
mặt
cầu
2
S : x 1 y 1 z 1 1 và mặt phẳng P : x y z 5 0 . Điểm M thuộc
mặt phẳng P sao cho qua M kẻ tiếp tiếp tuyến đến mặt cầu S tiếp xúc với mặt cầu
S tại N thỏa mãn MN nhỏ nhất. Mệnh đề nào dưới đây là đúng?
A. M 1; 3; 1 .
B. M 1; 3; 1 .
C. Không tồn tại điểm M .
D. Điểm M thuộc một đường tròn có tâm 1; 2; 3 , bán kính bằng 1 thuộc P .
Lời giải tham khảo
Chọn đáp án A.
Tâm của S là I 1; 1; 1 và bán kính của S là R 1.
Ta có: MN 2 IM 2 – R2 IH 2 – R 2
Trong đó H là hình chiếu của I trên P
Vậy: MN nhỏ nhất M là hình chiếu của I trên P . Vậy M 1; 3; 1
x4 y5 z
1
2
3
mặt phẳng chứa đường thẳng d sao cho khoảng cách từ O đến đạt giá trị lớn
Câu 13. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho đường thẳng d :
nhất. Tìm tọa độ giao điểm M của và trục Ox .
A. M 3; 0; 0 .
9
C. M ; 0; 0 .
2
Lời giải tham khảo
B. M 6; 0; 0 .
D. M 9; 0; 0 .
Chọn đáp án D.
Gọi là mặt phẳng thỏa mãn yêu cầu bài toán:
Tọa độ hình chiếu của O trên đường thẳng là M . Ta có tọa độ M là: M 3; 3; 3
Gọi H là hình chiếu của M trên mặt phẳng cần lập ta có: d O , OH OM .
Vậy khoảng các lớn nhất băng OM : x y z 9 0
Vậy tọa độ giao điểm của với Ox là N 9; 0; 0 .
Câu 14. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho mặt cầu S và mặt phẳng P
không có điểm chung. Có bao nhiêu điểm thuộc mặt phẳng P sao cho qua điểm đó
kể tiếp tiếp tuyến đến mặt cầu S thỏa mãn khoảng cách từ điểm đó đến tiếp điểm đạt
giá trị nhỏ nhất?
A. 1 điểm.
C. không có điểm nào.
B. 2 điểm.
D. có vô số điểm.
Lời giải tham khảo
Chọn đáp án A.
Gọi điêm M thuộc mặt phẳng P . kẻ tiếp tuyến MA ( A là tiếp điểm).
File word liên hệ qua
Facebook: www.facebook.com/VanLuc168
[ Nguyễn Văn Lực ] | 60
8E. Bài toán vận dụng về tọa độ không gian Oxyz
MA2 MI 2 R2 (với I là tâm cố định, R không đổi) MA nhỏ nhất khi MI nhỏ nhất,
khi M là hình chiếu của I trên P ( chú ý mặt cầu S và mặt phẳng P không có
điểm chung).
Câu 15. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho mặt phẳng P : x 2 y 2 z 5 0 và
hai điểm A 3; 0; 1 , B 1; 1; 3 . Phương trình nào dưới đây là phương trình đi qua A
và song song với P , đồng thời khoảng cách từ B đến đường thẳng đó là nhỏ nhất?
x1 y
31
12
x y3
C.
21
11
A.
z2
.
4
z 1
.
4
x 1 y 4 z
.
3
12
11
x 3 y z 1
D.
.
26
11
2
Lời giải tham khảo
B.
Chọn đáp án D.
Đường thẳng d cần viết nằm trong mặt phẳng Q qua A và song song với P .
Pt Q là: x 2 y 2z 1 0 . Để khoảng cách từ B đến d là nhỏ nhất thì d phải đi
qua A và điểm H là hình chiếu vuông góc của B trên Q .
1 11 7
Ta có H ; ; .
9 9 9
Phương trình d là phương trình đường thẳng qua AH .
Câu 16. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho hai điểm A 1; 2; 2 ; B 5; 4; 4 và mặt
phẳng P : 2 x y z 6 0. Gọi M là điểm thay đổi thuộc P , tính giá trị nhỏ nhất
của MA2 MB2 .
A. 60 .
B. 50 .
200
.
3
Lời giải tham khảo
C.
D.
2968
.
25
Chọn đáp án A.
AB2
AB2
2
Ta có MA MB 2 MI
2d I ; ( P )
60 với I là trung điểm của AB.
2
2
2
2
2
Câu 17. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho bốn điểm A 1; 2; 1 , B 2; 1; 1 ,
C 1; 1; 2 . Tập hợp tất cả các điểm M trên mặt phẳng : 3 x 6 y 6 z 1 0 sao cho
MA.MB .MB.MC .MC.MA 0 là hình nào trong các hình sau?
A. một đường tròn. B. một mặt cầu.
C. một điểm.
D. một mặt phẳng.
Lời giải tham khảo
Chọn đáp án C.
Gọi G là trọng tâm tam giác ABC ta có MA.MB .MB.MC .MC.MA 0
1
3 MG 2 GA.GB .GB.GC .GC.GA 0 MG
3
1
Vì d G ,( ) nên M là hình chiếu của G trên : 3 x 6 y 6 z 1 0 .
3
File word liên hệ qua
Facebook: www.facebook.com/VanLuc168
[ Nguyễn Văn Lực ] | 61
8E. Bài toán vận dụng về tọa độ không gian Oxyz
Câu 18. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho hai điểm A 1; 2; 2 , B 3; 4; 4 và
mặt phẳng P : 2 x y – z 6 0. Tìm tọa độ điểm M nằm trên P sao cho
MA2 MB2 nhỏ nhất.
A. M 2; 1; 1 .
B. M 3; 1; 1 .
C. M 2; 1; 3 .
D. M 3; 1; 1 .
Lời giải tham khảo
Chọn đáp án C.
Áp dung công thức 2 MA2 MB2 4 MI 2 AB2 với I là trung điểm của đoạn AB .
Vậy để MA2 MB2 đạt giá trị nhỏ nhất khi MI nhỏ nhất. Hay M là hình chiếu
vuông góc của I trên P .
I 2; 3; 1 , ta tìm được M 2; 1; 3 .
Câu 19. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz , cho hai điểm A 1; 2; 1 , B 0; 4; 0 và
mặt phẳng P : 2 x y 2 z 2015 0 . Gọi là góc nhỏ nhất giữa mặt phẳng Q đi
qua hai điểm A , B và tạo với mặt phẳng P . Tính giá trị của cos .
A. cos
1
.
9
1
.
6
B. cos
C. cos
2
.
3
D. cos
1
3
.
Lời giải tham khảo
Chọn đáp án D.
Mặt phẳng Q đi qua điểm B nên có phương trình dạng
a
ax b y 4 cz 0 Q
2
b2 c 2 0
Mà điểm A cũng thuộc Q nên a.1 b 2 4 c 1 0 a 2b c 1 .
Một véctơ pháp tuyến của mặt phẳng P : nP 2; 1; 2
Một véctơ pháp tuyến của mặt phẳng Q : nQ a; b; c
Gọi là góc tạo bởi hai mặt phẳng P , Q . Khi đó ta có
nP .nQ
2 a b 2c
cos
2
nP . nQ
3. a 2 b2 c 2
Thế a 2b c 1 vào 2 ta được
cos
3b
b
3. 5b2 4bc 2c 2
5b2 4bc 2c 2
+) Nếu b 0 cos =0 =900 .
1
+) Nếu b 0 cos
2
c
c
2 4 5
b
b
File word liên hệ qua
1
2
c
c
2 4 5
b
b
Facebook: www.facebook.com/VanLuc168
1
2
c
2 1 3
b
1
3
[ Nguyễn Văn Lực ] | 62