Cho đường thẳng \(\Delta :\dfrac{{x - 2}}{2} = \dfrac{{y - 1}}{2} = \dfrac{{z + 3}}{{ - 3}}\) và hai điểm \(A(1; - 1\); \(B( - 2; - 1;1)\). Gọi C, D là hai điểm di động trên đường thẳng \(\Delta \) sao cho tâm mặt cầu tiếp xúc với các mặt của tứ diện ABCD luôn nằm trên tia Ox. Tính độ dài đoạn thẳng CD.
Trả lời bởi giáo viên
\(CD = \dfrac{{3\sqrt {17} }}{{11}}\).
Bước 1: Tìm phương trình mặt phẳng \((AMN)\) và \((BCD)\)
Ta thấy \(M(2;1; - 3);N(4;3; - 6) \in \Delta \)
\( \Rightarrow \overrightarrow {AM} (1;2; - 2);\overrightarrow {AN} (3;4; - 5)\)\( \Rightarrow [\overrightarrow {AM} ;\overrightarrow {AN} ] = \overrightarrow {{n_1}} = ( - 2; - 1; - 2)\)
\( \Rightarrow \) Mặt phẳng \((AMN)\) (hay \((ACD)\) ) đi qua điểm \(A(1; - 1; - 1)\) và nhận \(\overrightarrow {{n_1}} ( - 2; - 1;2)\) làm vectơ pháp tuyến có phương trình: \(2x + y + 2z + 1 = 0\).
Tương tự, ta có phương trình \((BCD):x + 2y + 2z + 2 = 0\).
Bước 2: Gọi tâm mặt cầu là \(I(m;0;0)(m > 0)\). Tính \(d(I;(BCD))\)
Gọi tâm mặt cầu là \(I(m;0;0)(m > 0)\).
Vì mặt cầu tiếp xúc với các mặt của tứ diện ABCD nên
\(d(I;(ACD)) = d(I;(BCD))\)\( \Leftrightarrow \dfrac{{|2m + 1|}}{3} = \dfrac{{|m + 2|}}{3}\)\( \Leftrightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{l}}{m = 1}\\{m = - 1(L)}\end{array}} \right.\).
\( \Rightarrow I(1;0;0)\) và \(d(I;(BCD)) = 1.\)
Bước 3: Gọi \(C(2t + 2;2t + 1; - 3t - 3) \in \Delta \). Tìm phương trình mặt phẳng \((ABC)\)
Gọi \(C(2t + 2;2t + 1; - 3t - 3) \in \Delta \)
Ta có \(\overrightarrow {AB} ( - 3;0;2);\)\(\overrightarrow {AC} (2t + 1;2t + 2; - 3t - 2)\)
\( \Rightarrow [\overrightarrow {AB} ;\overrightarrow {AC} ] = \overrightarrow {{n_2}} \)\( = ( - 4t - 4; - 5t - 4; - 6t - 6)\)
\( \Rightarrow \) Mặt phẳng \((ABC)\) đi qua điểm \(A(1; - 1; - 1)\) và nhận \(\overrightarrow {{n_2}} ( - 4t - 4; - 5t - 4; - 6t - 6)\)
làm vectơ pháp tuyến có phương trình:
\((4t + 4)x + (5t + 4)y + (6t + 6)z\)\( + 7t + 6 = 0\).
Bước 4: Tính CD.
Vì mặt cầu tiếp xúc với các mặt của tứ diện ABCD nên
\(d(I;(ABC)) = d(I;(BCD)) = 1\)\( \Rightarrow \left[ {\begin{array}{*{20}{l}}{t = - 1}\\{t = - \dfrac{8}{{11}}}\end{array} \Rightarrow CD = \dfrac{{3\sqrt {17} }}{{11}}} \right.\)
Hướng dẫn giải:
Bước 1: Tìm phương trình mặt phẳng \((AMN)\) và \((BCD)\)
Bước 2: Gọi tâm mặt cầu là \(I(m;0;0)(m > 0)\). Tính \(d(I;(BCD))\)
Bước 3: Gọi \(C(2t + 2;2t + 1; - 3t - 3) \in \Delta \). Tìm phương trình mặt phẳng \((ABC)\)
Bước 4: Tính CD.