Chào mừng các em học sinh đến với chuyên mục giải bài tập Toán 12 tại giaibaitoan.com. Ở bài viết này, chúng ta sẽ cùng nhau giải chi tiết các bài tập trong mục 2 của SGK Toán 12 tập 2, trang 43, 44, 45 và 46.
Mục tiêu của chúng tôi là giúp các em hiểu rõ bản chất của từng bài toán, nắm vững kiến thức và tự tin giải quyết các bài tập tương tự.
Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng \((\alpha )\) đi qua điểm \({M_0}({x_0};{y_0};{z_0})\) và có vectơ pháp tuyến \(\vec n = (A;B;C)\). Gọi \(M(x;y;z)\) là một điểm tùy ý (Hình 5.5). Hãy điền các kí tự thích hợp vào \(?\). Điều kiện cần và đủ để điểm \(M(x;y;z)\) thuộc \((\alpha )\) là: \(\vec n \cdot \overrightarrow {{M_0}M} = ?\) Hay: \(A(x - ?) + B(y - ?) + C(z - ?) = 0\) (*) Đặt \(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\) thì phương trình (*) trở thành: \(?x + ?y + ?z + D = 0\)
Trả lời câu hỏi Luyện tập 3 trang 44 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Trong không gian Oxyz, tìm một vectơ pháp tuyến của các mặt phẳng sau:
a) \((\alpha ):x - 5y + 2 = 0;\)
b) \((\beta ):2y + 3 = 0.\)
Phương pháp giải:
Phương trình tổng quát của mặt phẳng trong không gian Oxyz có dạng:
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
Vectơ pháp tuyến của mặt phẳng này là \(\vec n = (A,B,C)\), trong đó \(A\), \(B\), \(C\) là các hệ số của \(x\), \(y\), \(z\) trong phương trình.
Lời giải chi tiết:
a) Mặt phẳng \((\alpha ):x - 5y + 2 = 0\).
So sánh với phương trình tổng quát \(Ax + By + Cz + D = 0\), ta có:
\(A = 1,\quad B = - 5,\quad C = 0\)
Do đó, vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((\alpha )\) là:
\(\overrightarrow {{n_\alpha }} = (1, - 5,0)\)
b) Mặt phẳng \((\beta ):2y + 3 = 0\).
So sánh với phương trình tổng quát \(Ax + By + Cz + D = 0\), ta có:
\(A = 0,\quad B = 2,\quad C = 0\)
Do đó, vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((\beta )\) là:
\(\overrightarrow {{n_\beta }} = (0,2,0)\)
Trả lời câu hỏi Luyện tập 4 trang 44 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Trong không gian Oxyz, cho ba điểm \(M(1;1;1)\), \(N(4;3;2)\), \(P(5;2;1)\). Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng \((\alpha )\) đi qua điểm \(P\) và vuông góc với \(MN\).
Phương pháp giải:
- Tìm vectơ chỉ phương của đường thẳng \(MN\) bằng cách lấy hiệu tọa độ của \(N\) và \(M\):
\(\overrightarrow {MN} = N - M\)
- Vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((\alpha )\) là chính vectơ chỉ phương của đường thẳng \(MN\), vì mặt phẳng vuông góc với đường thẳng này.
- Phương trình tổng quát của mặt phẳng \((\alpha )\) đi qua điểm \(P({x_0};{y_0};{z_0})\) và có vectơ pháp tuyến \(\vec n = (A;B;C)\) có dạng:
\(A(x - {x_0}) + B(y - {y_0}) + C(z - {z_0}) = 0\)
hoặc
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
với \(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\).
Lời giải chi tiết:
Tính vectơ chỉ phương của \(MN\):
\(\overrightarrow {MN} = N - M = (4 - 1,3 - 1,2 - 1) = (3,2,1)\)
Vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((\alpha )\) là \(\vec n = (3,2,1)\).
Phương trình tổng quát của mặt phẳng \((\alpha )\) đi qua điểm \(P(5;2;1)\) có dạng:
\(3(x - 5) + 2(y - 2) + 1(z - 1) = 0\)
Khai triển biểu thức trên:
\(3x - 15 + 2y - 4 + z - 1 = 0\)
\(3x + 2y + z - 20 = 0\)
Vậy phương trình tổng quát của mặt phẳng \((\alpha )\) là:
\(3x + 2y + z - 20 = 0\)
Trả lời câu hỏi Hoạt động 4 trang 44 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng \((P)\) đi qua điểm \(M(2; - 1;3)\) và có cặp vectơ chỉ phương \(\vec a = (2;1; - 2)\), \(\vec b = (2; - 1;0)\).
a) Tìm \([\vec a,\vec b]\), và một vectơ pháp tuyến của \((P)\)
b) Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng \((P)\).
Phương pháp giải:
- Tính tích có hướng của hai vectơ \(\vec a\) và \(\vec b\) để tìm vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((P)\). Công thức tính tích có hướng:
\(\vec n = \vec a \times \vec b = ({a_2}{b_3} - {a_3}{b_2};{a_3}{b_1} - {a_1}{b_3};{a_1}{b_2} - {a_2}{b_1})\)
- Sử dụng phương trình tổng quát của mặt phẳng:
\(A(x - {x_0}) + B(y - {y_0}) + C(z - {z_0}) = 0\)
hoặc
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
với \(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\).
Lời giải chi tiết:
Tính tích có hướng \(\vec n = \vec a \times \vec b\):
\(\vec n = \left| {\begin{array}{*{20}{c}}{\bf{i}}&{\bf{j}}&{\bf{k}}\\2&1&{ - 2}\\2&{ - 1}&0\end{array}} \right|\)
Tính từng bước:
\(\vec n = {\bf{i}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}1&{ - 2}\\{ - 1}&0\end{array}} \right| - {\bf{j}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}2&{ - 2}\\2&0\end{array}} \right| + {\bf{k}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}2&1\\2&{ - 1}\end{array}} \right|\)
\( = {\bf{i}}(1 \cdot 0 - ( - 2) \cdot ( - 1)) - {\bf{j}}(2 \cdot 0 - ( - 2) \cdot 2) + {\bf{k}}(2 \cdot ( - 1) - 1 \cdot 2)\)
\( = {\bf{i}}(0 - 2) - {\bf{j}}(0 + 4) + {\bf{k}}( - 2 - 2)\)
\( = ( - 2, - 4, - 4)\)
Vậy vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((P)\) là:
\(\vec n = ( - 2, - 4, - 4)\)
Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng \((P)\) đi qua điểm \(M(2; - 1;3)\):
\( - 2(x - 2) - 4(y + 1) - 4(z - 3) = 0\)
Khai triển:
\( - 2x + 4 - 4y - 4 - 4z + 12 = 0\)
\( - 2x - 4y - 4z + 12 = 0\)
Chia cả hai vế cho \( - 2\):
\(x + 2y + 2z - 6 = 0\)
Vậy phương trình tổng quát của mặt phẳng \((P)\) là:
\(x + 2y + 2z - 6 = 0\)
Trả lời câu hỏi Luyện tập 5 trang 45 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Trong không gian Oxyz, cho ba vectơ \(\vec a = (1; - 2;3)\), \(\vec b = (3;2; - 1)\), \(\vec c = ( - 2;4; - 6)\) và điểm \(A(4;1;0)\). Viết phương trình tổng quát của các mặt phẳng đi qua \(A\) và nhận hai trong ba vectơ \(\vec a,\vec b,\vec c\) làm cặp vectơ chỉ phương.
Phương pháp giải:
1. Chọn hai vectơ chỉ phương từ ba vectơ \(\vec a,\vec b,\vec c\).
2. Tìm tích có hướng của hai vectơ đã chọn để tìm vectơ pháp tuyến của mặt phẳng.
3. Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng đi qua điểm \(A({x_0};{y_0};{z_0})\) và có vectơ pháp tuyến \(\vec n = (A;B;C)\):
\(A(x - {x_0}) + B(y - {y_0}) + C(z - {z_0}) = 0\)
hoặc
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
với \(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\).
Lời giải chi tiết:
- Mặt phẳng thứ nhất chứa \(\vec a\) và \(\vec b\):
Tích có hướng của \(\vec a\) và \(\vec b\):
\({\vec n_1} = {\bf{i}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 2}&3\\2&{ - 1}\end{array}} \right| - {\bf{j}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}1&3\\3&{ - 1}\end{array}} \right| + {\bf{k}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}1&{ - 2}\\3&2\end{array}} \right|\)
\( = {\bf{i}}(\left( { - 2} \right) \cdot ( - 1) - 3 \cdot 2) - {\bf{j}}(1 \cdot ( - 1) - 3 \cdot 3) + {\bf{k}}(1 \cdot 2 - ( - 2) \cdot 3)\)
\( = {\bf{i}}( - 2 - 6) - {\bf{j}}( - 1 - 9) + {\bf{k}}(2 + 6)\)
\( = ( - 4,10,8)\)
Vậy vectơ pháp tuyến của mặt phẳng 1 là \({\vec n_1} = ( - 4,10,8)\). 2. Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng 1 đi qua điểm \(A(4;1;0)\):
\( - 4(x - 4) + 10(y - 1) + 8(z - 0) = 0\)
\( - 4x + 16 + 10y - 10 + 8z = 0\)
\( - 4x + 10y + 8z + 6 = 0\)
Vậy phương trình tổng quát của mặt phẳng thứ nhất là:
\( - 4x + 10y + 8z + 6 = 0\)
- Mặt phẳng thứ hai chứa \(\vec a\) và \(\vec c\):
Tích có hướng của \(\vec a\) và \(\vec c\):
\({\vec n_2} = {\bf{i}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 2}&3\\4&{ - 6}\end{array}} \right| - {\bf{j}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}1&3\\{ - 2}&{ - 6}\end{array}} \right| + {\bf{k}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}1&{ - 2}\\{ - 2}&4\end{array}} \right|\)
\( = {\bf{i}}(( - 2) \cdot ( - 6) - 3 \cdot 4) - {\bf{j}}(1 \cdot ( - 6) - 3 \cdot ( - 2)) + {\bf{k}}(1 \cdot 4 - ( - 2) \cdot ( - 2))\)
\( = {\bf{i}}(12 - 12) - {\bf{j}}( - 6 + 6) + {\bf{k}}(4 - 4)\)
\( = (0,0,0)\)
Kết quả cho thấy hai vectơ \(\vec a\) và \(\vec c\) cùng phương, nên không tạo thành mặt phẳng mới. Chúng ta không cần xét tiếp trường hợp này.
- Mặt phẳng thứ 3 chứa \(\vec b\) và \(\vec c\):
Tích có hướng của \(\vec b\) và \(\vec c\):
\({\vec n_3} = {\bf{i}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}2&{ - 1}\\4&{ - 6}\end{array}} \right| - {\bf{j}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}3&{ - 1}\\{ - 2}&{ - 6}\end{array}} \right| + {\bf{k}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}3&2\\{ - 2}&4\end{array}} \right|\)
\( = {\bf{i}}(2 \cdot ( - 6) - ( - 1) \cdot 4) - {\bf{j}}(3 \cdot ( - 6) - ( - 1) \cdot ( - 2)) + {\bf{k}}(3 \cdot 4 - 2 \cdot ( - 2))\)
\( = {\bf{i}}( - 12 + 4) - {\bf{j}}( - 18 - 2) + {\bf{k}}(12 + 4)\)
\( = ( - 8, - 20,16)\)
Vậy vectơ pháp tuyến của mặt phẳng 3 là \({\vec n_3} = ( - 8, - 20,16)\). 2. Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng 3 đi qua điểm \(A(4;1;0)\):
\( - 8(x - 4) - 20(y - 1) + 16(z - 0) = 0\)
\( - 8x + 32 - 20y + 20 + 16z = 0\)
\( - 8x - 20y + 16z + 52 = 0\)
Vậy phương trình tổng quát của mặt phẳng thứ 3 là:
\( - 8x - 20y + 16z + 52 = 0\)
Trả lời câu hỏi Hoạt động 5 trang 45 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Trong không gian Oxyz, cho ba điểm \(A(4; - 1;2)\), \(B(1;4; - 3)\), \(C(3; - 4;7)\).
a) Chứng minh ba điểm \(A\), \(B\), \(C\) không thẳng hàng.
b) Tìm một cặp vectơ chỉ phương và một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((ABC)\).
c) Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng \((ABC)\).
Phương pháp giải:
1. Để chứng minh ba điểm \(A\), \(B\), \(C\) không thẳng hàng, tính hai vectơ \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \). Nếu hai vectơ này không cùng phương thì ba điểm không thẳng hàng.
2. Tìm tích có hướng của hai vectơ \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \) để tìm vectơ pháp tuyến của mặt phẳng.
3. Sử dụng phương trình tổng quát của mặt phẳng:
\(A(x - {x_0}) + B(y - {y_0}) + C(z - {z_0}) = 0\)
hoặc
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
với \(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\).
Lời giải chi tiết:
a) Tính các vectơ \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \):
\(\overrightarrow {AB} = B - A = (1 - 4,4 + 1, - 3 - 2) = ( - 3,5, - 5)\)
\(\overrightarrow {AC} = C - A = (3 - 4, - 4 + 1,7 - 2) = ( - 1, - 3,5)\)
Xét tỉ số giữa các tọa độ của \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \):
\(\frac{{ - 3}}{{ - 1}} = 3,\quad \frac{5}{{ - 3}} = - \frac{5}{3},\quad \frac{{ - 5}}{5} = - 1\)
Các tỉ số không bằng nhau, nên \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \) không cùng phương. Do đó, ba điểm \(A\), \(B\), \(C\) không thẳng hàng.
b) Tích có hướng của \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \):
\(\vec n = {\bf{i}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}5&{ - 5}\\{ - 3}&5\end{array}} \right| - {\bf{j}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 3}&{ - 5}\\{ - 1}&5\end{array}} \right| + {\bf{k}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 3}&5\\{ - 1}&{ - 3}\end{array}} \right|\)
\( = {\bf{i}}(5 \cdot 5 - ( - 5) \cdot ( - 3)) - {\bf{j}}(( - 3) \cdot 5 - ( - 5) \cdot ( - 1)) + {\bf{k}}(( - 3) \cdot ( - 3) - 5 \cdot ( - 1))\)
\( = {\bf{i}}(25 - 15) - {\bf{j}}(( - 15 - 5)) + {\bf{k}}(9 + 5)\)
\( = (10,20,14)\)
Vậy vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((ABC)\) là \(\vec n = (10,20,14)\).
c) Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng đi qua điểm \(A(4; - 1;2)\):
\(10(x - 4) + 20(y + 1) + 14(z - 2) = 0\)
\(10x - 40 + 20y + 20 + 14z - 28 = 0\)
\(10x + 20y + 14z - 48 = 0\)
Vậy phương trình tổng quát của mặt phẳng \((ABC)\) là:
\(10x + 20y + 14z - 48 = 0\)
Trả lời câu hỏi Luyện tập 6 trang 46 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Trong không gian Oxyz, cho bốn điểm \(A(4;0;0)\), \(B(0; - 5;0)\), \(C(0;0;6)\), \(D( - 5;3;4)\). Viết phương trình các mặt phẳng \((ABC)\), \((BCD)\), \((ABD)\), \((ACD)\).
Phương pháp giải:
1. Xác định các vectơ chỉ phương từ các điểm đã cho. Ví dụ, để viết phương trình mặt phẳng \((ABC)\), ta tính hai vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \).
2. Tìm vectơ pháp tuyến của mặt phẳng bằng cách lấy tích có hướng của hai vectơ chỉ phương vừa tìm được.
3. Sử dụng phương trình tổng quát của mặt phẳng:
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
với \((A,B,C)\) là tọa độ của vectơ pháp tuyến và \(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\), trong đó \(({x_0},{y_0},{z_0})\) là tọa độ của một điểm thuộc mặt phẳng.
Lời giải chi tiết:
1. Phương trình mặt phẳng \((ABC)\):
Tính hai vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \):
\(\overrightarrow {AB} = B - A = (0 - 4, - 5 - 0,0 - 0) = ( - 4, - 5,0)\)
\(\overrightarrow {AC} = C - A = (0 - 4,0 - 0,6 - 0) = ( - 4,0,6)\)
Tích có hướng của \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \):
\(\left( {( - 5).6 - 0.0,0.( - 4) - ( - 4).6,( - 4).0 - ( - 5).( - 4)} \right)\)
\( = ( - 30,24, - 20)\)
Phương trình mặt phẳng \((ABC)\) là:
\( - 30(x - 4) + 24(y - 0) - 20(z - 0) = 0\)
\( - 30x + 120 + 24y - 20z = 0\)
\(30x - 24y + 20z = 120\)
Vậy phương trình mặt phẳng \((ABC)\) là:
\(30x - 24y + 20z = 120\)
2. Phương trình mặt phẳng \((BCD)\):
Tính hai vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {BC} \) và \(\overrightarrow {BD} \):
\(\overrightarrow {BC} = C - B = (0 - 0,0 - ( - 5),6 - 0) = (0,5,6)\)
\(\overrightarrow {BD} = D - B = ( - 5 - 0,3 - ( - 5),4 - 0) = ( - 5,8,4)\)
Tích có hướng của \(\overrightarrow {BC} \) và \(\overrightarrow {BD} \):
\(\left( {5.4 - 6.8,6.( - 5) - 0.4,0.8 - ( - 5).5} \right)\)
\( = ( - 28, - 30,25)\)
Phương trình mặt phẳng \((BCD)\) là:
\( - 28(x - 0) - 30(y + 5) + 25(z - 0) = 0\)
\( - 28x - 30y - 150 + 25z = 0\)
\(28x + 30y - 25z = - 150\)
Vậy phương trình mặt phẳng \((BCD)\) là:
\(28x + 30y - 25z = - 150\)
3. Phương trình mặt phẳng \((ABD)\):
Tính hai vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AD} \):
\(\overrightarrow {AB} = ( - 4, - 5,0)\)
\(\overrightarrow {AD} = D - A = ( - 5 - 4,3 - 0,4 - 0) = ( - 9,3,4)\)
Tích có hướng của \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AD} \):
\(\left( {( - 5).4 - 0.3,\,\,0.( - 9) - ( - 4).4,\,\,( - 4).3 - ( - 5).( - 9)} \right)\)
\( = ( - 20,16, - 57)\)
Phương trình mặt phẳng \((ABD)\) là:
\( - 20(x - 4) + 16(y - 0) - 57(z - 0) = 0\)
\( - 20x + 80 + 16y - 57z = 0\)
\(20x - 16y + 57z = 80\)
Vậy phương trình mặt phẳng \((ABD)\) là:
\(20x - 16y + 57z = 80\)
4. Phương trình mặt phẳng \((ACD)\):
Tính hai vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {AC} \) và \(\overrightarrow {AD} \):
\(\overrightarrow {AC} = ( - 4,0,6)\)
\(\overrightarrow {AD} = ( - 9,3,4)\)
Tích có hướng của \(\overrightarrow {AC} \) và \(\overrightarrow {AD} \):
\(\left( {0.4 - 6.3,\,\,6.( - 9) - ( - 4).4,\,\,( - 4).3 - 0.( - 9)} \right)\)
\(( - 18, - 38, - 12)\)
Phương trình mặt phẳng \((ACD)\) là:
\( - 18(x - 4) - 38(y - 0) - 12(z - 0) = 0\)
\( - 18x + 72 - 38y - 12z = 0\)
\(18x + 38y + 12z = 72\)
Vậy phương trình mặt phẳng \((ACD)\) là:
\(18x + 38y + 12z = 72\)
Trả lời câu hỏi Hoạt động 3 trang 43 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng \((\alpha )\) đi qua điểm \({M_0}({x_0};{y_0};{z_0})\) và có vectơ pháp tuyến \(\vec n = (A;B;C)\). Gọi \(M(x;y;z)\) là một điểm tùy ý (Hình 5.5). Hãy điền các kí tự thích hợp vào \(?\). Điều kiện cần và đủ để điểm \(M(x;y;z)\) thuộc \((\alpha )\) là:
\(\vec n \cdot \overrightarrow {{M_0}M} = ?\)
Hay:
\(A(x - ?) + B(y - ?) + C(z - ?) = 0\) (*)
Đặt \(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\) thì phương trình (*) trở thành:
\(?x + ?y + ?z + D = 0\)
Phương pháp giải:
Để xác định phương trình mặt phẳng, ta cần biết một điểm thuộc mặt phẳng \(({x_0},{y_0},{z_0})\) và một vectơ pháp tuyến \((A,B,C)\). Sử dụng công thức tổng quát của phương trình mặt phẳng:
\(A(x - {x_0}) + B(y - {y_0}) + C(z - {z_0}) = 0\)
hoặc:
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
Một điểm \(M(x;y;z)\) nằm trên mặt phẳng khi và chỉ khi thay tọa độ của điểm đó vào phương trình mặt phẳng, vế trái bằng 0.
Lời giải chi tiết:
Phương trình tổng quát của mặt phẳng \((\alpha )\):
Giả sử mặt phẳng \((\alpha )\) đi qua điểm \({M_0}({x_0};{y_0};{z_0})\) và có vectơ pháp tuyến \(\vec n = (A;B;C)\). Phương trình mặt phẳng là:
\(A(x - {x_0}) + B(y - {y_0}) + C(z - {z_0}) = 0\)
hoặc dưới dạng khác:
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
với:
\(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\)
Ý nghĩa điều kiện \(\vec n \cdot \overrightarrow {{M_0}M} = 0\):
Điều kiện này biểu diễn rằng tích vô hướng giữa vectơ pháp tuyến \(\vec n\) và vectơ \(\overrightarrow {{M_0}M} \) (nối từ \({M_0}\) đến một điểm bất kỳ \(M\)) bằng 0, có nghĩa là hai vectơ này vuông góc, đảm bảo rằng điểm \(M\) nằm trên mặt phẳng.
Trả lời câu hỏi Vận dụng 1 trang 46 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Một phần sân nhà bác An có dạng hình thang \(ABCD\) vuông tại \(A\) và \(B\) với độ dài \(AB = 9{\mkern 1mu} m\), \(AD = 5{\mkern 1mu} m\) và \(BC = 6{\mkern 1mu} m\) như Hình 5.9. Theo thiết kế ban đầu thì mặt sân bằng phẳng và các điểm \(A\), \(B\), \(C\), \(D\) có độ cao như nhau. Sau đó bác An thay đổi thiết kế để nước có thể thoát về phía góc sân ở vị trí \(C\) bằng cách giữ nguyên độ cao ở \(A\), giảm độ cao của sân ở vị trí \(B\) và \(D\) xuống thấp hơn độ cao ở \(A\) lần lượt là \(6{\mkern 1mu} cm\) và \(3,6{\mkern 1mu} cm\). Để mặt sân sau khi lát gạch vẫn là bề mặt phẳng thì bác An cần phải giảm độ cao ở \(C\) xuống bao nhiêu centimet so với độ cao ở \(A\)?
Phương pháp giải:
- Ta coi các độ cao là tọa độ \(z\) của các điểm \(A\), \(B\), \(C\), \(D\) trong không gian. Do độ cao của điểm \(A\) không thay đổi, ta đặt \({z_A} = 0\). Giả sử các tọa độ khác của các điểm là tọa độ trong mặt phẳng \(Oxy\), ta có:
\(A(0;0;0),\quad B(9;0; - 0,06),\quad D(0;5; - 0,036),\quad C({x_C};{y_C};{z_C})\)
- Xác định phương trình mặt phẳng chứa các điểm \(A\), \(B\), \(D\) (vì mặt phẳng này là phẳng nên tọa độ \(z\) của \(C\) phải thỏa mãn phương trình này).
- Tìm tọa độ \({z_C}\) bằng cách giải hệ phương trình.
Lời giải chi tiết:
Gọi độ cao của các điểm \(A,B,C,D\)lần lượt là \({z_A}\), \({z_B}\), \({z_C}\), \({z_D}\). Theo đề bài, ta có:
\({z_A} = {z_B} = {z_D} = 0.\)
Sau khi điều chỉnh, độ cao của các điểm \(B,D\) được thay đổi như sau:
\({z_B} = - 0,06{\mkern 1mu} {\rm{m}},\quad {z_D} = - 0,036{\mkern 1mu} {\rm{m}}.\)
Để mặt sân sau khi lát gạch là một mặt phẳng, ta cần lập phương trình mặt phẳng \((ABCD)\) đi qua ba điểm \(A(0;0;0)\), \(B(9;0; - 0,06)\), \(D(0;5; - 0,036)\). Phương trình mặt phẳng có dạng:
\(Ax + By + Cz + D = 0.\)
Vì mặt phẳng đi qua \(A(0;0;0)\), thay \(A(0;0;0)\) vào phương trình ta được:
\(D = 0.\)
Do đó, phương trình mặt phẳng có dạng:
\(Ax + By + Cz = 0.\)
Tính hai vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AD} \):
\(\overrightarrow {AB} = (9;0; - 0,06)\)
\(\overrightarrow {AD} = \left( {0;5; - 0,036} \right)\)
Tích có hướng của \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AD} \):
\(\left( {0.( - 0,036) - ( - 0,06).5;( - 0,06).0 - 9.( - 0,036);9.5 - 0.0} \right)\)
\( = (0,3;0,324;45)\)
Ta có phương trình mặt phẳng:
\(0,3x + 0,324y + 45z = 0\)
Thay tọa độ \(C(9;6;{z_C})\) vào phương trình:
\(0,3.(9) + 0,324.(6) + 45{z_C} = 0\)
\(2,7 + 1,944 + 45{z_C} = 0\)
\({z_C} = - 0,1032{\mkern 1mu} {\rm{m}}\)
Vậy độ cao của điểm \(C\) cần giảm là:
\({z_C} = - 0.1032{\mkern 1mu} {\rm{m}} = - 10.32{\mkern 1mu} {\rm{cm}}.\)
Bác An cần hạ độ cao của điểm \(C\) xuống khoảng \(10.32{\mkern 1mu} {\rm{cm}}\) so với độ cao của điểm \(A\).
Trả lời câu hỏi Hoạt động 3 trang 43 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng \((\alpha )\) đi qua điểm \({M_0}({x_0};{y_0};{z_0})\) và có vectơ pháp tuyến \(\vec n = (A;B;C)\). Gọi \(M(x;y;z)\) là một điểm tùy ý (Hình 5.5). Hãy điền các kí tự thích hợp vào \(?\). Điều kiện cần và đủ để điểm \(M(x;y;z)\) thuộc \((\alpha )\) là:
\(\vec n \cdot \overrightarrow {{M_0}M} = ?\)
Hay:
\(A(x - ?) + B(y - ?) + C(z - ?) = 0\) (*)
Đặt \(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\) thì phương trình (*) trở thành:
\(?x + ?y + ?z + D = 0\)
Phương pháp giải:
Để xác định phương trình mặt phẳng, ta cần biết một điểm thuộc mặt phẳng \(({x_0},{y_0},{z_0})\) và một vectơ pháp tuyến \((A,B,C)\). Sử dụng công thức tổng quát của phương trình mặt phẳng:
\(A(x - {x_0}) + B(y - {y_0}) + C(z - {z_0}) = 0\)
hoặc:
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
Một điểm \(M(x;y;z)\) nằm trên mặt phẳng khi và chỉ khi thay tọa độ của điểm đó vào phương trình mặt phẳng, vế trái bằng 0.
Lời giải chi tiết:
Phương trình tổng quát của mặt phẳng \((\alpha )\):
Giả sử mặt phẳng \((\alpha )\) đi qua điểm \({M_0}({x_0};{y_0};{z_0})\) và có vectơ pháp tuyến \(\vec n = (A;B;C)\). Phương trình mặt phẳng là:
\(A(x - {x_0}) + B(y - {y_0}) + C(z - {z_0}) = 0\)
hoặc dưới dạng khác:
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
với:
\(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\)
Ý nghĩa điều kiện \(\vec n \cdot \overrightarrow {{M_0}M} = 0\):
Điều kiện này biểu diễn rằng tích vô hướng giữa vectơ pháp tuyến \(\vec n\) và vectơ \(\overrightarrow {{M_0}M} \) (nối từ \({M_0}\) đến một điểm bất kỳ \(M\)) bằng 0, có nghĩa là hai vectơ này vuông góc, đảm bảo rằng điểm \(M\) nằm trên mặt phẳng.
Trả lời câu hỏi Luyện tập 3 trang 44 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Trong không gian Oxyz, tìm một vectơ pháp tuyến của các mặt phẳng sau:
a) \((\alpha ):x - 5y + 2 = 0;\)
b) \((\beta ):2y + 3 = 0.\)
Phương pháp giải:
Phương trình tổng quát của mặt phẳng trong không gian Oxyz có dạng:
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
Vectơ pháp tuyến của mặt phẳng này là \(\vec n = (A,B,C)\), trong đó \(A\), \(B\), \(C\) là các hệ số của \(x\), \(y\), \(z\) trong phương trình.
Lời giải chi tiết:
a) Mặt phẳng \((\alpha ):x - 5y + 2 = 0\).
So sánh với phương trình tổng quát \(Ax + By + Cz + D = 0\), ta có:
\(A = 1,\quad B = - 5,\quad C = 0\)
Do đó, vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((\alpha )\) là:
\(\overrightarrow {{n_\alpha }} = (1, - 5,0)\)
b) Mặt phẳng \((\beta ):2y + 3 = 0\).
So sánh với phương trình tổng quát \(Ax + By + Cz + D = 0\), ta có:
\(A = 0,\quad B = 2,\quad C = 0\)
Do đó, vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((\beta )\) là:
\(\overrightarrow {{n_\beta }} = (0,2,0)\)
Trả lời câu hỏi Luyện tập 4 trang 44 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Trong không gian Oxyz, cho ba điểm \(M(1;1;1)\), \(N(4;3;2)\), \(P(5;2;1)\). Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng \((\alpha )\) đi qua điểm \(P\) và vuông góc với \(MN\).
Phương pháp giải:
- Tìm vectơ chỉ phương của đường thẳng \(MN\) bằng cách lấy hiệu tọa độ của \(N\) và \(M\):
\(\overrightarrow {MN} = N - M\)
- Vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((\alpha )\) là chính vectơ chỉ phương của đường thẳng \(MN\), vì mặt phẳng vuông góc với đường thẳng này.
- Phương trình tổng quát của mặt phẳng \((\alpha )\) đi qua điểm \(P({x_0};{y_0};{z_0})\) và có vectơ pháp tuyến \(\vec n = (A;B;C)\) có dạng:
\(A(x - {x_0}) + B(y - {y_0}) + C(z - {z_0}) = 0\)
hoặc
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
với \(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\).
Lời giải chi tiết:
Tính vectơ chỉ phương của \(MN\):
\(\overrightarrow {MN} = N - M = (4 - 1,3 - 1,2 - 1) = (3,2,1)\)
Vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((\alpha )\) là \(\vec n = (3,2,1)\).
Phương trình tổng quát của mặt phẳng \((\alpha )\) đi qua điểm \(P(5;2;1)\) có dạng:
\(3(x - 5) + 2(y - 2) + 1(z - 1) = 0\)
Khai triển biểu thức trên:
\(3x - 15 + 2y - 4 + z - 1 = 0\)
\(3x + 2y + z - 20 = 0\)
Vậy phương trình tổng quát của mặt phẳng \((\alpha )\) là:
\(3x + 2y + z - 20 = 0\)
Trả lời câu hỏi Hoạt động 4 trang 44 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng \((P)\) đi qua điểm \(M(2; - 1;3)\) và có cặp vectơ chỉ phương \(\vec a = (2;1; - 2)\), \(\vec b = (2; - 1;0)\).
a) Tìm \([\vec a,\vec b]\), và một vectơ pháp tuyến của \((P)\)
b) Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng \((P)\).
Phương pháp giải:
- Tính tích có hướng của hai vectơ \(\vec a\) và \(\vec b\) để tìm vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((P)\). Công thức tính tích có hướng:
\(\vec n = \vec a \times \vec b = ({a_2}{b_3} - {a_3}{b_2};{a_3}{b_1} - {a_1}{b_3};{a_1}{b_2} - {a_2}{b_1})\)
- Sử dụng phương trình tổng quát của mặt phẳng:
\(A(x - {x_0}) + B(y - {y_0}) + C(z - {z_0}) = 0\)
hoặc
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
với \(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\).
Lời giải chi tiết:
Tính tích có hướng \(\vec n = \vec a \times \vec b\):
\(\vec n = \left| {\begin{array}{*{20}{c}}{\bf{i}}&{\bf{j}}&{\bf{k}}\\2&1&{ - 2}\\2&{ - 1}&0\end{array}} \right|\)
Tính từng bước:
\(\vec n = {\bf{i}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}1&{ - 2}\\{ - 1}&0\end{array}} \right| - {\bf{j}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}2&{ - 2}\\2&0\end{array}} \right| + {\bf{k}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}2&1\\2&{ - 1}\end{array}} \right|\)
\( = {\bf{i}}(1 \cdot 0 - ( - 2) \cdot ( - 1)) - {\bf{j}}(2 \cdot 0 - ( - 2) \cdot 2) + {\bf{k}}(2 \cdot ( - 1) - 1 \cdot 2)\)
\( = {\bf{i}}(0 - 2) - {\bf{j}}(0 + 4) + {\bf{k}}( - 2 - 2)\)
\( = ( - 2, - 4, - 4)\)
Vậy vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((P)\) là:
\(\vec n = ( - 2, - 4, - 4)\)
Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng \((P)\) đi qua điểm \(M(2; - 1;3)\):
\( - 2(x - 2) - 4(y + 1) - 4(z - 3) = 0\)
Khai triển:
\( - 2x + 4 - 4y - 4 - 4z + 12 = 0\)
\( - 2x - 4y - 4z + 12 = 0\)
Chia cả hai vế cho \( - 2\):
\(x + 2y + 2z - 6 = 0\)
Vậy phương trình tổng quát của mặt phẳng \((P)\) là:
\(x + 2y + 2z - 6 = 0\)
Trả lời câu hỏi Luyện tập 5 trang 45 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Trong không gian Oxyz, cho ba vectơ \(\vec a = (1; - 2;3)\), \(\vec b = (3;2; - 1)\), \(\vec c = ( - 2;4; - 6)\) và điểm \(A(4;1;0)\). Viết phương trình tổng quát của các mặt phẳng đi qua \(A\) và nhận hai trong ba vectơ \(\vec a,\vec b,\vec c\) làm cặp vectơ chỉ phương.
Phương pháp giải:
1. Chọn hai vectơ chỉ phương từ ba vectơ \(\vec a,\vec b,\vec c\).
2. Tìm tích có hướng của hai vectơ đã chọn để tìm vectơ pháp tuyến của mặt phẳng.
3. Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng đi qua điểm \(A({x_0};{y_0};{z_0})\) và có vectơ pháp tuyến \(\vec n = (A;B;C)\):
\(A(x - {x_0}) + B(y - {y_0}) + C(z - {z_0}) = 0\)
hoặc
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
với \(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\).
Lời giải chi tiết:
- Mặt phẳng thứ nhất chứa \(\vec a\) và \(\vec b\):
Tích có hướng của \(\vec a\) và \(\vec b\):
\({\vec n_1} = {\bf{i}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 2}&3\\2&{ - 1}\end{array}} \right| - {\bf{j}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}1&3\\3&{ - 1}\end{array}} \right| + {\bf{k}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}1&{ - 2}\\3&2\end{array}} \right|\)
\( = {\bf{i}}(\left( { - 2} \right) \cdot ( - 1) - 3 \cdot 2) - {\bf{j}}(1 \cdot ( - 1) - 3 \cdot 3) + {\bf{k}}(1 \cdot 2 - ( - 2) \cdot 3)\)
\( = {\bf{i}}( - 2 - 6) - {\bf{j}}( - 1 - 9) + {\bf{k}}(2 + 6)\)
\( = ( - 4,10,8)\)
Vậy vectơ pháp tuyến của mặt phẳng 1 là \({\vec n_1} = ( - 4,10,8)\). 2. Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng 1 đi qua điểm \(A(4;1;0)\):
\( - 4(x - 4) + 10(y - 1) + 8(z - 0) = 0\)
\( - 4x + 16 + 10y - 10 + 8z = 0\)
\( - 4x + 10y + 8z + 6 = 0\)
Vậy phương trình tổng quát của mặt phẳng thứ nhất là:
\( - 4x + 10y + 8z + 6 = 0\)
- Mặt phẳng thứ hai chứa \(\vec a\) và \(\vec c\):
Tích có hướng của \(\vec a\) và \(\vec c\):
\({\vec n_2} = {\bf{i}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 2}&3\\4&{ - 6}\end{array}} \right| - {\bf{j}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}1&3\\{ - 2}&{ - 6}\end{array}} \right| + {\bf{k}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}1&{ - 2}\\{ - 2}&4\end{array}} \right|\)
\( = {\bf{i}}(( - 2) \cdot ( - 6) - 3 \cdot 4) - {\bf{j}}(1 \cdot ( - 6) - 3 \cdot ( - 2)) + {\bf{k}}(1 \cdot 4 - ( - 2) \cdot ( - 2))\)
\( = {\bf{i}}(12 - 12) - {\bf{j}}( - 6 + 6) + {\bf{k}}(4 - 4)\)
\( = (0,0,0)\)
Kết quả cho thấy hai vectơ \(\vec a\) và \(\vec c\) cùng phương, nên không tạo thành mặt phẳng mới. Chúng ta không cần xét tiếp trường hợp này.
- Mặt phẳng thứ 3 chứa \(\vec b\) và \(\vec c\):
Tích có hướng của \(\vec b\) và \(\vec c\):
\({\vec n_3} = {\bf{i}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}2&{ - 1}\\4&{ - 6}\end{array}} \right| - {\bf{j}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}3&{ - 1}\\{ - 2}&{ - 6}\end{array}} \right| + {\bf{k}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}3&2\\{ - 2}&4\end{array}} \right|\)
\( = {\bf{i}}(2 \cdot ( - 6) - ( - 1) \cdot 4) - {\bf{j}}(3 \cdot ( - 6) - ( - 1) \cdot ( - 2)) + {\bf{k}}(3 \cdot 4 - 2 \cdot ( - 2))\)
\( = {\bf{i}}( - 12 + 4) - {\bf{j}}( - 18 - 2) + {\bf{k}}(12 + 4)\)
\( = ( - 8, - 20,16)\)
Vậy vectơ pháp tuyến của mặt phẳng 3 là \({\vec n_3} = ( - 8, - 20,16)\). 2. Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng 3 đi qua điểm \(A(4;1;0)\):
\( - 8(x - 4) - 20(y - 1) + 16(z - 0) = 0\)
\( - 8x + 32 - 20y + 20 + 16z = 0\)
\( - 8x - 20y + 16z + 52 = 0\)
Vậy phương trình tổng quát của mặt phẳng thứ 3 là:
\( - 8x - 20y + 16z + 52 = 0\)
Trả lời câu hỏi Hoạt động 5 trang 45 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Trong không gian Oxyz, cho ba điểm \(A(4; - 1;2)\), \(B(1;4; - 3)\), \(C(3; - 4;7)\).
a) Chứng minh ba điểm \(A\), \(B\), \(C\) không thẳng hàng.
b) Tìm một cặp vectơ chỉ phương và một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((ABC)\).
c) Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng \((ABC)\).
Phương pháp giải:
1. Để chứng minh ba điểm \(A\), \(B\), \(C\) không thẳng hàng, tính hai vectơ \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \). Nếu hai vectơ này không cùng phương thì ba điểm không thẳng hàng.
2. Tìm tích có hướng của hai vectơ \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \) để tìm vectơ pháp tuyến của mặt phẳng.
3. Sử dụng phương trình tổng quát của mặt phẳng:
\(A(x - {x_0}) + B(y - {y_0}) + C(z - {z_0}) = 0\)
hoặc
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
với \(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\).
Lời giải chi tiết:
a) Tính các vectơ \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \):
\(\overrightarrow {AB} = B - A = (1 - 4,4 + 1, - 3 - 2) = ( - 3,5, - 5)\)
\(\overrightarrow {AC} = C - A = (3 - 4, - 4 + 1,7 - 2) = ( - 1, - 3,5)\)
Xét tỉ số giữa các tọa độ của \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \):
\(\frac{{ - 3}}{{ - 1}} = 3,\quad \frac{5}{{ - 3}} = - \frac{5}{3},\quad \frac{{ - 5}}{5} = - 1\)
Các tỉ số không bằng nhau, nên \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \) không cùng phương. Do đó, ba điểm \(A\), \(B\), \(C\) không thẳng hàng.
b) Tích có hướng của \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \):
\(\vec n = {\bf{i}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}5&{ - 5}\\{ - 3}&5\end{array}} \right| - {\bf{j}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 3}&{ - 5}\\{ - 1}&5\end{array}} \right| + {\bf{k}}\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 3}&5\\{ - 1}&{ - 3}\end{array}} \right|\)
\( = {\bf{i}}(5 \cdot 5 - ( - 5) \cdot ( - 3)) - {\bf{j}}(( - 3) \cdot 5 - ( - 5) \cdot ( - 1)) + {\bf{k}}(( - 3) \cdot ( - 3) - 5 \cdot ( - 1))\)
\( = {\bf{i}}(25 - 15) - {\bf{j}}(( - 15 - 5)) + {\bf{k}}(9 + 5)\)
\( = (10,20,14)\)
Vậy vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \((ABC)\) là \(\vec n = (10,20,14)\).
c) Viết phương trình tổng quát của mặt phẳng đi qua điểm \(A(4; - 1;2)\):
\(10(x - 4) + 20(y + 1) + 14(z - 2) = 0\)
\(10x - 40 + 20y + 20 + 14z - 28 = 0\)
\(10x + 20y + 14z - 48 = 0\)
Vậy phương trình tổng quát của mặt phẳng \((ABC)\) là:
\(10x + 20y + 14z - 48 = 0\)
Trả lời câu hỏi Luyện tập 6 trang 46 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Trong không gian Oxyz, cho bốn điểm \(A(4;0;0)\), \(B(0; - 5;0)\), \(C(0;0;6)\), \(D( - 5;3;4)\). Viết phương trình các mặt phẳng \((ABC)\), \((BCD)\), \((ABD)\), \((ACD)\).
Phương pháp giải:
1. Xác định các vectơ chỉ phương từ các điểm đã cho. Ví dụ, để viết phương trình mặt phẳng \((ABC)\), ta tính hai vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \).
2. Tìm vectơ pháp tuyến của mặt phẳng bằng cách lấy tích có hướng của hai vectơ chỉ phương vừa tìm được.
3. Sử dụng phương trình tổng quát của mặt phẳng:
\(Ax + By + Cz + D = 0\)
với \((A,B,C)\) là tọa độ của vectơ pháp tuyến và \(D = - (A{x_0} + B{y_0} + C{z_0})\), trong đó \(({x_0},{y_0},{z_0})\) là tọa độ của một điểm thuộc mặt phẳng.
Lời giải chi tiết:
1. Phương trình mặt phẳng \((ABC)\):
Tính hai vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \):
\(\overrightarrow {AB} = B - A = (0 - 4, - 5 - 0,0 - 0) = ( - 4, - 5,0)\)
\(\overrightarrow {AC} = C - A = (0 - 4,0 - 0,6 - 0) = ( - 4,0,6)\)
Tích có hướng của \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AC} \):
\(\left( {( - 5).6 - 0.0,0.( - 4) - ( - 4).6,( - 4).0 - ( - 5).( - 4)} \right)\)
\( = ( - 30,24, - 20)\)
Phương trình mặt phẳng \((ABC)\) là:
\( - 30(x - 4) + 24(y - 0) - 20(z - 0) = 0\)
\( - 30x + 120 + 24y - 20z = 0\)
\(30x - 24y + 20z = 120\)
Vậy phương trình mặt phẳng \((ABC)\) là:
\(30x - 24y + 20z = 120\)
2. Phương trình mặt phẳng \((BCD)\):
Tính hai vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {BC} \) và \(\overrightarrow {BD} \):
\(\overrightarrow {BC} = C - B = (0 - 0,0 - ( - 5),6 - 0) = (0,5,6)\)
\(\overrightarrow {BD} = D - B = ( - 5 - 0,3 - ( - 5),4 - 0) = ( - 5,8,4)\)
Tích có hướng của \(\overrightarrow {BC} \) và \(\overrightarrow {BD} \):
\(\left( {5.4 - 6.8,6.( - 5) - 0.4,0.8 - ( - 5).5} \right)\)
\( = ( - 28, - 30,25)\)
Phương trình mặt phẳng \((BCD)\) là:
\( - 28(x - 0) - 30(y + 5) + 25(z - 0) = 0\)
\( - 28x - 30y - 150 + 25z = 0\)
\(28x + 30y - 25z = - 150\)
Vậy phương trình mặt phẳng \((BCD)\) là:
\(28x + 30y - 25z = - 150\)
3. Phương trình mặt phẳng \((ABD)\):
Tính hai vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AD} \):
\(\overrightarrow {AB} = ( - 4, - 5,0)\)
\(\overrightarrow {AD} = D - A = ( - 5 - 4,3 - 0,4 - 0) = ( - 9,3,4)\)
Tích có hướng của \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AD} \):
\(\left( {( - 5).4 - 0.3,\,\,0.( - 9) - ( - 4).4,\,\,( - 4).3 - ( - 5).( - 9)} \right)\)
\( = ( - 20,16, - 57)\)
Phương trình mặt phẳng \((ABD)\) là:
\( - 20(x - 4) + 16(y - 0) - 57(z - 0) = 0\)
\( - 20x + 80 + 16y - 57z = 0\)
\(20x - 16y + 57z = 80\)
Vậy phương trình mặt phẳng \((ABD)\) là:
\(20x - 16y + 57z = 80\)
4. Phương trình mặt phẳng \((ACD)\):
Tính hai vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {AC} \) và \(\overrightarrow {AD} \):
\(\overrightarrow {AC} = ( - 4,0,6)\)
\(\overrightarrow {AD} = ( - 9,3,4)\)
Tích có hướng của \(\overrightarrow {AC} \) và \(\overrightarrow {AD} \):
\(\left( {0.4 - 6.3,\,\,6.( - 9) - ( - 4).4,\,\,( - 4).3 - 0.( - 9)} \right)\)
\(( - 18, - 38, - 12)\)
Phương trình mặt phẳng \((ACD)\) là:
\( - 18(x - 4) - 38(y - 0) - 12(z - 0) = 0\)
\( - 18x + 72 - 38y - 12z = 0\)
\(18x + 38y + 12z = 72\)
Vậy phương trình mặt phẳng \((ACD)\) là:
\(18x + 38y + 12z = 72\)
Trả lời câu hỏi Vận dụng 1 trang 46 SGK Toán 12 Cùng khám phá
Một phần sân nhà bác An có dạng hình thang \(ABCD\) vuông tại \(A\) và \(B\) với độ dài \(AB = 9{\mkern 1mu} m\), \(AD = 5{\mkern 1mu} m\) và \(BC = 6{\mkern 1mu} m\) như Hình 5.9. Theo thiết kế ban đầu thì mặt sân bằng phẳng và các điểm \(A\), \(B\), \(C\), \(D\) có độ cao như nhau. Sau đó bác An thay đổi thiết kế để nước có thể thoát về phía góc sân ở vị trí \(C\) bằng cách giữ nguyên độ cao ở \(A\), giảm độ cao của sân ở vị trí \(B\) và \(D\) xuống thấp hơn độ cao ở \(A\) lần lượt là \(6{\mkern 1mu} cm\) và \(3,6{\mkern 1mu} cm\). Để mặt sân sau khi lát gạch vẫn là bề mặt phẳng thì bác An cần phải giảm độ cao ở \(C\) xuống bao nhiêu centimet so với độ cao ở \(A\)?
Phương pháp giải:
- Ta coi các độ cao là tọa độ \(z\) của các điểm \(A\), \(B\), \(C\), \(D\) trong không gian. Do độ cao của điểm \(A\) không thay đổi, ta đặt \({z_A} = 0\). Giả sử các tọa độ khác của các điểm là tọa độ trong mặt phẳng \(Oxy\), ta có:
\(A(0;0;0),\quad B(9;0; - 0,06),\quad D(0;5; - 0,036),\quad C({x_C};{y_C};{z_C})\)
- Xác định phương trình mặt phẳng chứa các điểm \(A\), \(B\), \(D\) (vì mặt phẳng này là phẳng nên tọa độ \(z\) của \(C\) phải thỏa mãn phương trình này).
- Tìm tọa độ \({z_C}\) bằng cách giải hệ phương trình.
Lời giải chi tiết:
Gọi độ cao của các điểm \(A,B,C,D\)lần lượt là \({z_A}\), \({z_B}\), \({z_C}\), \({z_D}\). Theo đề bài, ta có:
\({z_A} = {z_B} = {z_D} = 0.\)
Sau khi điều chỉnh, độ cao của các điểm \(B,D\) được thay đổi như sau:
\({z_B} = - 0,06{\mkern 1mu} {\rm{m}},\quad {z_D} = - 0,036{\mkern 1mu} {\rm{m}}.\)
Để mặt sân sau khi lát gạch là một mặt phẳng, ta cần lập phương trình mặt phẳng \((ABCD)\) đi qua ba điểm \(A(0;0;0)\), \(B(9;0; - 0,06)\), \(D(0;5; - 0,036)\). Phương trình mặt phẳng có dạng:
\(Ax + By + Cz + D = 0.\)
Vì mặt phẳng đi qua \(A(0;0;0)\), thay \(A(0;0;0)\) vào phương trình ta được:
\(D = 0.\)
Do đó, phương trình mặt phẳng có dạng:
\(Ax + By + Cz = 0.\)
Tính hai vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AD} \):
\(\overrightarrow {AB} = (9;0; - 0,06)\)
\(\overrightarrow {AD} = \left( {0;5; - 0,036} \right)\)
Tích có hướng của \(\overrightarrow {AB} \) và \(\overrightarrow {AD} \):
\(\left( {0.( - 0,036) - ( - 0,06).5;( - 0,06).0 - 9.( - 0,036);9.5 - 0.0} \right)\)
\( = (0,3;0,324;45)\)
Ta có phương trình mặt phẳng:
\(0,3x + 0,324y + 45z = 0\)
Thay tọa độ \(C(9;6;{z_C})\) vào phương trình:
\(0,3.(9) + 0,324.(6) + 45{z_C} = 0\)
\(2,7 + 1,944 + 45{z_C} = 0\)
\({z_C} = - 0,1032{\mkern 1mu} {\rm{m}}\)
Vậy độ cao của điểm \(C\) cần giảm là:
\({z_C} = - 0.1032{\mkern 1mu} {\rm{m}} = - 10.32{\mkern 1mu} {\rm{cm}}.\)
Bác An cần hạ độ cao của điểm \(C\) xuống khoảng \(10.32{\mkern 1mu} {\rm{cm}}\) so với độ cao của điểm \(A\).
Mục 2 của SGK Toán 12 tập 2 thường tập trung vào một chủ đề cụ thể trong chương trình học. Để giải quyết hiệu quả các bài tập trong mục này, học sinh cần nắm vững lý thuyết, công thức và phương pháp giải liên quan. Việc ôn tập kiến thức cũ và thực hành thường xuyên là rất quan trọng.
Trang 43 thường chứa các bài tập áp dụng trực tiếp các kiến thức vừa học. Chúng ta sẽ đi qua từng bài tập, phân tích đề bài, xác định phương pháp giải phù hợp và trình bày lời giải chi tiết, dễ hiểu. Ví dụ, nếu bài tập liên quan đến đạo hàm, chúng ta sẽ sử dụng các quy tắc đạo hàm cơ bản và các công thức đạo hàm đặc biệt.
Các bài tập trên trang 44 có thể phức tạp hơn một chút so với trang 43, đòi hỏi học sinh phải vận dụng linh hoạt các kiến thức đã học và kết hợp nhiều phương pháp giải khác nhau. Chúng ta sẽ tập trung vào việc phân tích kỹ đề bài, xác định các yếu tố quan trọng và xây dựng lời giải logic, chặt chẽ.
Trang 45 thường chứa các bài tập liên quan đến ứng dụng của đạo hàm trong việc khảo sát hàm số. Chúng ta sẽ sử dụng đạo hàm để tìm cực trị, khoảng đơn điệu và điểm uốn của hàm số, từ đó vẽ được đồ thị hàm số một cách chính xác.
Các bài tập trên trang 46 có thể là các bài tập tổng hợp, đòi hỏi học sinh phải vận dụng kiến thức của nhiều chương khác nhau để giải quyết. Chúng ta sẽ tập trung vào việc tìm ra mối liên hệ giữa các kiến thức khác nhau và xây dựng lời giải sáng tạo, hiệu quả.
Bài tập: Tìm giá trị lớn nhất của hàm số f(x) = -x3 + 3x2 - 2 trên đoạn [0; 3].
Lời giải:
Hy vọng với những hướng dẫn chi tiết và ví dụ minh họa trên, các em học sinh đã có thể tự tin giải quyết các bài tập trong mục 2 trang 43, 44, 45, 46 SGK Toán 12 tập 2. Chúc các em học tập tốt và đạt kết quả cao trong môn Toán!
