Cho mặt cầu (S):(x−1)2+(y−2)2+z2=9 và mặt phẳng (Q):x−y+z−1=0. Hai điểm M và N lần lượt di động trên mặt cầu (S) và mặt phẳng (Q). Xác định vector →MN khi MN đạt giá trị lớn nhất và vuông góc với mặt phẳng (Q).
Mặt cầu (S) có tâm là I(1;2;0) và bán kính là R=3 ⇒d(I,(Q))=2√3<R
⇒ Mặt cầu (S) cắt (Q) và tâm I không thuộc mặt phẳng (Q).
Ta có hình vẽ minh họa như sau:
Vẽ hình, ta xác định được độ dài MN lớn nhất đồng thời vuông góc với mặt phẳng (Q) như hình vẽ trên.
⇒ I,M,N thẳng hàng.
Khi đó, MN:{→u=→n(Q)=(1;−1;1)I(1;2;0)∈MN ⇒MN:x−11=y−2−1=z1.
⇒{M(1+t;2−t;t)∈(S)N(1+u;2−u;u)∈(Q)
⇒{(1+t−1)2+(2−t−2)2+t2=91+u−(2−u)+u−1=0
⇔{[t=√3t=−√3u=23⇒[{N(53;43;23)M1(1+√3;2−√3;√3){N(53;43;23)M2(1−√3;2+√3;−√3)⇒[→M1N(23−√3;√3−23;23−√3)→M2N(23+√3;−√3−23;23+√3)
Dễ dàng kiểm tra được M2N>M1N
⇒→MN=→M2N=(23+√3;−√3−23;23+√3)
Trong không gian Oxyz, cho mặt cầu (S):x2+y2+z2−2ax−2by−2cz+d=0, với a,b,c đều là các số thực dương. Biết mặt cầu (S) cắt 3 mặt phẳng tọa độ (Oxy),(Oxz),(Oyz) theo các giao tuyến là các đường tròn có bán kính bằng √13 và mặt cầu (S) đi qua M(2;0;1). Tính a+b+c
(S):x2+y2+z2−2ax−2by−2cz+d=0 có tâm I(a;b;c),(a,b,c>0),R=√a2+b2+c2−d,(a2+b2+c2>d)
M(2;0;1)∈(S)⇒22+02+12−2a.2−2b.0−2c.1+d=0⇔4a+2c−d=5⇔d=4a+2c−5
Khi đó: R=√a2+b2+c2−d=√a2+b2+c2−4a−2c+5
r21=R2−d2(I;(Oxy))=a2+b2+c2−4a−2c+5−c2
⇒a2+b2−4a−2c+5=13
(S) cắt 3 mặt phẳng tọa độ (Oxy),(Oxz),(Oyz) theo các giao tuyến là các đường tròn có bán kính bằng √13 ⇒a2+b2=b2+c2=c2+a2=13⇒a2=b2=c2⇔a=b=c>0⇒a2+b2−4a−2c+5=13⇔2a2−6a−8=0⇔[a=4a=−1(ktm)⇒a=b=c=4⇒a+b+c=12.
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho điểm I(1;−2;3). Phương trình mặt cầu tâm I và tiếp xúc với trục Oy là:
Gọi E là hình chiếu của I trên Oy ⇒E(0;−2;0)
Suy ra bán kính mặt cầu tâm I và tiếp xúc với trục Oy là: R=IE=√(1−0)2+(−2+2)2+(3−0)2=√10
Vậy phương trình mặt cầu tâm I và tiếp xúc với trục Oy là:(x−1)2+(y+2)2+(z−3)2=10.
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, viết phương trình mặt phẳng tiếp xúc với (S):x2+y2+z2−2x−4y−6z−2=0 và song song với (α):4x+3y−12z+10=0.
Gọi mặt phẳng (P) là mặt phẳng cần tìm.(P)//(α)⇒ Phương trình mặt phẳng (P) có dạng 4x+3y−12z+D=0(D≠10)
Mặt cầu (S) có tâm I(1;2;3), bán kính R=4.
(P) tiếp xúc với (S)⇒d(I;(P))=R⇒|4.1+3.2−12.3+D|√42+32+(−12)2=4⇔|D−26|=52⇔[D=78D=−26
Vậy mặt phẳng (P) thỏa mãn yêu cầu bài toán có phương trình [4x+3y−12z−26=04x+3y−12z+78=0
Trong không gian Oxyz, cho mặt cầu \left( S \right):{{x}^{2}}+{{y}^{2}}+{{z}^{2}}-2x-2y+4z-1=0 và mặt phẳng \left( P \right):x+y-z-m=0. Tìm tất cả m để \left( P \right) cắt \left( S \right) theo giao tuyến là một đường tròn có bán kính lớn nhất.
Mặt cầu (S) có tâm I\left( 1;1;-2 \right) và bán kính R=\sqrt{7}.
Để mặt phẳng (P) cắt (S) theo giao tuyến là đường tròn có bán kính lớn nhất thì d\left( I;\left( P \right) \right) nhỏ nhất.
Ta có d\left( I;\left( P \right) \right)=\frac{\left| 1+1-\left( -2 \right)-m \right|}{\sqrt{3}}=\frac{\left| 4-m \right|}{\sqrt{3}}
\Rightarrow d{{\left( I;\left( P \right) \right)}_{\min }}=0\Leftrightarrow m=4
Trong không gian tọa độ Oxyz, mặt cầu \left( S \right):\,\,{{x}^{2}}+{{y}^{2}}+{{z}^{2}}-2x-4y-20=0 và mặt phẳng \left( \alpha \right):\,\,x+2y-2z+7=0 cắt nhau theo một đường tròn có chu vi bằng:
Mặt cầu (S) có tâm I\left( 1;2;0 \right), bán kính R = 5.
d\left( I;\left( \alpha \right) \right)=\frac{\left| 1+2.2+7 \right|}{\sqrt{1+4+4}}=4=d.
Do đó mặt phẳng \left( \alpha \right):\,\,x+2y-2z+7=0 cắt nhau theo một đường tròn (C) có bán kính r=\sqrt{{{R}^{2}}-{{d}^{2}}}=3.
Vậy chu vi đường tròn (C) bằng 2\pi r=6\pi .
Trong không gian với hệ trục tọa độ Oxyz, cho mặt cầu \left( S \right):\,\,{{x}^{2}}+{{y}^{2}}+{{z}^{2}}+2x-4y-6z+m-3=0. Tìm số thực m để \left( \beta \right):\,\,2x-y+2z-8=0 cắt \left( S \right) theo một đường tròn có chu vi bằng 8\pi .
Mặt phẳng \left( \beta \right) cắt mặt cầu \left( S \right) theo đường tròn có bán kính r=\frac{8\pi }{2\pi }=4.
Mặt cầu \left( S \right) có tâm I\left( -1;2;3 \right), bán kính R=\sqrt{17-m}.
Ta có d\left( I;\left( \beta \right) \right)=\frac{\left| -2-2+6-8 \right|}{\sqrt{4+1+4}}=2=d
Áp dụng định lí Pytago ta có {{R}^{2}}={{r}^{2}}+{{d}^{2}}={{2}^{2}}+{{4}^{2}}=20\Leftrightarrow 17-m=20\Leftrightarrow m=-3.
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho mặt cầu \left( S \right):{{\left( x-1 \right)}^{2}}+{{\left( y-2 \right)}^{2}}+{{\left( z-2 \right)}^{2}}=9 và mặt phẳng \left( P \right):2x-y-2z+1=0. Biết \left( P \right) cắt \left( S \right) theo giao tuyến là đường tròn có bán kính r. Tính r.
Xét mặt cầu \left( S \right):{{\left( x-1 \right)}^{2}}+{{\left( y-2 \right)}^{2}}+{{\left( z-2 \right)}^{2}}=9 có tâm I\left( 1;2;2 \right), bán kính R=3.
Khoảng cách từ tâm I\,\,\xrightarrow{{}}\,\,mp\,\,\left( P \right) là d\left( I;\left( P \right) \right)=\frac{\left| 2.1-1.2-2.2+1 \right|}{\sqrt{{{2}^{2}}+{{\left( -\,1 \right)}^{2}}+{{2}^{2}}}}=1.
Vậy bán kính đường tròn giao tuyến là r=\sqrt{{{R}^{2}}-{{d}^{2}}\left( I;\left( P \right) \right)}=2\sqrt{2}.
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho mặt cầu \left( S \right):\,\,\,{x^2} + {y^2} + {z^2} - 2x - 4y - 4z = 0. Mặt phẳng tiếp xúc với mặt cầu \left( S \right) tại A\left( {3;4;3} \right) có phương trình là:
Mặt cầu \left( S \right):\,\,\,{x^2} + {y^2} + {z^2} - 2x - 4y - 4z = 0 có tâm I\left( {1;2;2} \right), bán kính R = \sqrt {{1^2} + {2^2} + {3^2} - 0} = \sqrt {14} .
Gọi \left( P \right) là mặt phẳng tiếp xúc với mặt cầu \left( S \right) tại A\left( {3;4;3} \right), khi đó ta có IA \bot \left( P \right) nên \left( P \right) nhận \overrightarrow {IA} = \left( {2;2;1} \right) là 1 VTPT.
Vậy phương trình mặt phẳng \left( P \right) đi qua A\left( {3;4;3} \right) và có 1 VTPT \overrightarrow {IA} = \left( {2;2;1} \right) là:
2\left( {x - 3} \right) + 2\left( {y - 4} \right) + 1\left( {z - 3} \right) = 0 \Leftrightarrow 2x + 2y + z - 17 = 0.
Một quả cầu (S) có tâm I\left( -1;2;1 \right) và tiếp xúc với mặt phẳng \left( P \right):\,\,x-2y-2z-2=0 có phương trình là:
Ta có d\left( I;\left( P \right) \right)=\frac{\left| -1-2.2-2.1-2 \right|}{\sqrt{1+4+4}}=3=R.
Vậy phương trình mặt cầu là: \left( S \right):\,\,{{\left( x+1 \right)}^{2}}+{{\left( y-2 \right)}^{2}}+{{\left( z-1 \right)}^{2}}=9
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho điểm A\left( 1;-\,2;3 \right). Gọi \left( S \right) là mặt cầu chứa A, có tâm I thuộc tia Ox và bán kính 7. Phương trình mặt cầu \left( S \right) là
Vì I thuộc tia Ox\Rightarrow I\left( a;0;0 \right)\,\,\,\,\left( a>0 \right)\Rightarrow \overrightarrow{AI}=\left( a-1;2;-\,3 \right)\Rightarrow \,\,IA=\sqrt{{{\left( a-1 \right)}^{2}}+13}.
Mà A thuộc mặt cầu \left( S \right)\Rightarrow \,\,R=IA\Leftrightarrow I{{A}^{2}}=49\Leftrightarrow \,\,{{\left( a-1 \right)}^{2}}=36\Leftrightarrow \,\,a=7.
Vậy phương trình mặt cầu \left( S \right) là {{\left( x-7 \right)}^{2}}+{{y}^{2}}+{{z}^{2}}=49.
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho ba điểm A\left( a;0;0 \right),\,\,B\left( 0;b;0 \right),\,\,C\left( 0;0;c \right) với a,b,c>0. Biết rằng \left( ABC \right) đi qua điểm M\left( \frac{1}{7};\frac{2}{7};\frac{3}{7} \right) và tiếp xúc với mặt cầu \left( S \right):\,\,{{\left( x-1 \right)}^{2}}+{{\left( y-2 \right)}^{2}}+{{\left( z-3 \right)}^{2}}=\frac{72}{7} . Tính \frac{1}{{{a}^{2}}}+\frac{1}{{{b}^{2}}}+\frac{1}{{{c}^{2}}}
\left( ABC \right):\frac{x}{a}+\frac{y}{b}+\frac{z}{c}=1 \begin{align} M\left( \frac{1}{7};\frac{2}{7};\frac{3}{7} \right)\in \left( ABC \right)\Rightarrow \frac{1}{7a}+\frac{2}{7b}+\frac{3}{7c}=1\Leftrightarrow \frac{1}{a}+\frac{2}{b}+\frac{3}{c}=7 \\ \end{align}
\left( ABC \right) tiếp xúc với mặt cầu \left( S \right) có tâm I\left( 1;2;3 \right) và bán kính R=\sqrt{\frac{72}{7}}
\begin{align} \Rightarrow d\left( I;\left( ABC \right) \right)=R\Leftrightarrow \frac{\left| \frac{1}{a}+\frac{2}{b}+\frac{3}{c}-1 \right|}{\sqrt{\frac{1}{{{a}^{2}}}+\frac{1}{{{b}^{2}}}+\frac{1}{{{c}^{2}}}}}=\sqrt{\frac{72}{7}} \\ \Leftrightarrow \frac{6}{\sqrt{\frac{1}{{{a}^{2}}}+\frac{1}{{{b}^{2}}}+\frac{1}{{{c}^{2}}}}}=\sqrt{\frac{72}{7}}\Rightarrow \sqrt{\frac{1}{{{a}^{2}}}+\frac{1}{{{b}^{2}}}+\frac{1}{{{c}^{2}}}}=\frac{\sqrt{14}}{2} \\ \end{align}
\Rightarrow \frac{1}{{{a}^{2}}}+\frac{1}{{{b}^{2}}}+\frac{1}{{{c}^{2}}}=\frac{7}{2}
Trong không gian Oxyz, mặt cầu tâm I\left( 1;\ 2;\ -1 \right) và cắt mặt phẳng \left( P \right):\ 2x-y+2z-1=0 theo một đường tròn bán kính bằng \sqrt{8} có phương trình là:
Theo đề bài ta có: r=\sqrt{8}.
OI=d\left( I;\ \left( P \right) \right)=\frac{\left| 2.1-2+2.\left( -1 \right)-1 \right|}{\sqrt{{{2}^{2}}+{{1}^{2}}+{{2}^{2}}}}=\frac{\left| -3 \right|}{\sqrt{9}}=1.
Khi đó ta có: R=\sqrt{O{{I}^{2}}+{{r}^{2}}}=\sqrt{1+8}=3.
Ta có phương trình mặt cầu cần tìm là: {{\left( x-1 \right)}^{2}}+{{\left( y-2 \right)}^{2}}+{{\left( z+1 \right)}^{2}}=9.
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho mặt cầu \left( S \right) có phương trình {\left( {x - 1} \right)^2} + {\left( {y + 2} \right)^2} + {\left( {z - 3} \right)^2} = 25. Mặt phẳng \left( P \right) tiếp xúc với mặt cầu \left( S \right) tại điểm H\left( {4;\,\,2;\,\,3} \right) có phương trình là:
Mặt cầu \left( S \right):\,\,\,{\left( {x - 1} \right)^2} + {\left( {y + 2} \right)^2} + {\left( {z - 3} \right)^2} = 25 có tâm I\left( {1; - 2;\,\,3} \right) và bán kính R = 5.
Ta có: \overrightarrow {IH} = \left( {3;\,\,4;\,\,0} \right).
Phương trình mặt phẳng \left( P \right) cần tìm đi qua H\left( {4;\,\,2;\,\,3} \right) và tiếp xúc với mặt cầu \left( S \right) nhận \overrightarrow {IH} làm VTPT.
\Rightarrow \left( P \right):\,\,\,3\left( {x - 4} \right) + 4\left( {y - 2} \right) = 0 \Leftrightarrow 3x + 4y - 20 = 0.
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, phương trình nào dưới đây là phương trình mặt cầu có tâm I(1;2;-1) và tiếp xúc với (P):x-2y-2z-8=0?
d\left( I;\left( P \right) \right)=\frac{\left| 1-2.2-2.(-1)-8 \right|}{\sqrt{{{1}^{2}}+{{2}^{2}}+{{2}^{2}}}}=3
(P):x-2y-2z-8=0 tiếp xúc với mặt cầu \Leftrightarrow R=d\left( I;\left( \alpha \right) \right)=3
\Rightarrow Phương trình mặt cầu đó là: {{\left( x-1 \right)}^{2}}+{{(y-2)}^{2}}+{{(z+1)}^{2}}=9
Trong không gian Oxyz, mặt cầu \left( S \right) có tâm I\left( { - 2;\,\,5;\,\,1} \right) và tiếp xúc với mặt phẳng \left( P \right):\,\,\,2x + 2y - z + 7 = 0 có phương trình là:
Ta có: I\left( { - 2;\,\,5;\,\,1} \right) và \left( P \right):\,\,\,2x + 2y - z + 7 = 0
Mặt cầu \left( S \right) tiếp xúc với mặt phẳng \left( P \right) \Leftrightarrow d\left( {I;\,\,\left( P \right)} \right) = R.
\Leftrightarrow R = \dfrac{{\left| {2.\left( { - 2} \right) + 2.5 - 1 + 7} \right|}}{{\sqrt {{2^2} + {2^2} + {{\left( { - 1} \right)}^2}} }} = \dfrac{{12}}{3} = 4.
\Rightarrow Phương trình mặt cầu \left( S \right) cần tìm là: {\left( {x + 2} \right)^2} + {\left( {y - 5} \right)^2} + {\left( {z - 1} \right)^2} = 16.
Trong không gian Oxyz cho I(2;1;1) và mặt phẳng (P): 2x + y + 2z – 1 = 0. Mặt cầu (S) có tâm I cắt (P) theo một đường tròn có bán kính r = 4. Phương trình của mặt cầu (S) là:
Ta có: d = d\left( {I;\left( P \right)} \right) = \dfrac{{\left| {2.2 + 1 + 2.1 - 1} \right|}}{{\sqrt {{2^2} + {1^2} + {2^2}} }} = \dfrac{6}{3} = 2.
Áp dụng định lí Pytago ta có: {R^2} = {d^2} + {r^2} = {2^2} + {4^2} = 20 \Rightarrow R = 2\sqrt 5 .
Vậy phương trình mặt cầu là: {\left( {x - 2} \right)^2} + {\left( {y - 1} \right)^2} + {\left( {z - 1} \right)^2} = 20.
Trong không gian Oxyz, cho mặt cầu \left( S \right):\,\,{x^2} + {y^2} + {z^2} - 2x - 4y - 6z = 0. Đường tròn giao tuyến của \left( S \right) với mặt phẳng \left( {Oxy} \right) có bán kính là:
Mặt cầu \left( S \right) có tâm I\left( {1;2;3} \right), bán kính R = \sqrt {{1^2} + {2^2} + {3^2}} = \sqrt {14} .
Ta có: d = d\left( {I;\left( {Oxy} \right)} \right) = \left| {{z_I}} \right| = 3.
Gọi r là bán kính đường tròn giao tuyến của \left( S \right) và \left( {Oxy} \right), áp dụng định lí Pytago ta có:
{R^2} = {r^2} + {d^2} \Leftrightarrow {r} = \sqrt {{R^2} - {d^2}} = \sqrt {14 - 9} = \sqrt 5 .
Trong không gian Oxyz, cho mặt cầu \left( S \right) có tâm I\left( {1;0 - 4} \right) và tiếp xúc với mặt phẳng \left( {Oxy} \right). Phương trình mặt cầu \left( S \right) là:
Phương trình mặt phẳng \left( {Oxy} \right) là z = 0 \Rightarrow d\left( {I;\left( {Oxy} \right)} \right) = \dfrac{{\left| { - 4} \right|}}{1} = 4.
Vì \left( S \right) có tâm I\left( {1;0 - 4} \right) và tiếp xúc với mặt phẳng \left( {Oxy} \right) nên bán kính mặt cầu \left( S \right) là R = d\left( {I;\left( {Oxy} \right)} \right) = 4.
Vậy phương trình mặt cầu \left( S \right) tâm I\left( {1;0 - 4} \right), bán kính R = 4 là:
{\left( {x - 1} \right)^2} + {y^2} + {\left( {z + 4} \right)^2} = 16
Trong không gian Oxyz, cho điểm I\left( {1;\,\,2;\,\,5} \right) và mặt phẳng \left( \alpha \right):\,\,\,x - 2y + 2z + 2 = 0. Phương trình mặt cầu tâm I và tiếp xúc với \left( \alpha \right) là:
Gọi R là bán kính mặt cầu cần tìm \Rightarrow R = d\left( {I;\,\,\left( \alpha \right)} \right) = \dfrac{{\left| {1 - 2.2 + 2.5 + 2} \right|}}{{\sqrt {1 + {{\left( { - 2} \right)}^2} + {2^2}} }} = \dfrac{9}{3} = 3.
Vậy mặt cầu tâm I và tiếp xúc với \left( \alpha \right) có phương trình là: {\left( {x - 1} \right)^2} + {\left( {y - 2} \right)^2} + {\left( {z - 5} \right)^2} = 9.