Đề bài
Trong không gian Oxyz hãy viết phương trình mặt cầu đi qua bốn điểm A(1; 0; 0), B(0; -2; 0), C(0; 0; 4) và gốc tọa độ O. Hãy xác định tâm và bán kính của mặt cầu đó.
Phương pháp giải - Xem chi tiết
- Gọi dạng phương trình mặt cầu là \({x^2} + {y^2} + {z^2} - 2ax - 2by - 2cz + d = 0\).
- Thay tọa độ các điểm \(A,B,C,D\) vào phương trình, giải hệ tìm \(a,b,c,d\).
- Từ đó suy ra phương trình mặt cầu, tâm và bán kính.
Lời giải chi tiết
Phương trình mặt cầu (S) cần tìm có dạng: \({x^2} + {y^2} + {z^2} - 2ax - 2by - 2cz + d = 0\).
Vì \(A \in (S)\) nên ta có: 1 – 2a + d =0 (1)
\(B \in (S)\) nên ta có: 4 + 4b + d = 0 (2)
\(C \in (S)\) nên ta có: 16 – 8c + d = 0 (3)
\(D \in (S)\) nên ta có: d = 0 (4)
Giải hệ 4 phương trình trên ta có: \(d = 0,a = \dfrac{1}{2},b = - 1,c = 2\).
Vậy mặt cầu (S) cần tìm có phương trình là: \({x^2} + {y^2} + {z^2} - x + 2y - 4z = 0\)
Phương trình mặt cầu (S) có thể viết dưới dạng:
\({\left( {x - \dfrac{1}{2}} \right)^2} + {\left( {y + 1} \right)^2} + {\left( {z - 2} \right)^2} - \dfrac{1}{4} - 1 - 4 = 0\)
\( \Leftrightarrow {\left( {x - \dfrac{1}{2}} \right)^2} + {\left( {y + 1} \right)^2} + {\left( {z - 2} \right)^2} = \dfrac{{21}}{4}\)
Vậy mặt cầu (S) có tâm \(I\left( {\dfrac{1}{2}; - 1;2} \right)\) và có bán kính \(r = \dfrac{{\sqrt {21} }}{2}\)
