Trong không gian $O x y z$, cho ba điểm $A(1 ; 1 ; 1), B(-2 ; 3 ; 4)$ và $C(-2 ; 5 ; 1)$. Điểm $M(a ; b ; 0)$ thuộc mặt phẳng $(O x y)$ sao cho $M A^{2}+M B^{2}+M C^{2}$ đạt giá trị nhỏ nhất. Tổng $T=a^{2}+b^{2}$ bằng
Trả lời bởi giáo viên
Ta có $G(-1 ; 3 ; 2)$ là trọng tâm tam giác $A B C$.
Khi đó
\(\begin{array}{l}M{A^2} + M{B^2} + M{C^2}\\= {\overrightarrow {MA} ^2} + {\overrightarrow {MB} ^2} + {\overrightarrow {MC} ^2}\end{array}\)
$= {(\overrightarrow {MG} + \overrightarrow {GA} )^2} + {(\overrightarrow {MG} + \overrightarrow {GB} )^2} + {(\overrightarrow {MG} + \overrightarrow {GC} )^2}$
$= 3M{G^2} + G{A^2} + G{B^2} + G{C^2} + 2\overrightarrow {MG} (\overrightarrow {GA} + \overrightarrow {GB} + \overrightarrow {GC} )$
$ = 3M{G^2} + G{A^2} + G{B^2} + G{C^2}$
Do đó $M A^{2}+M B^{2}+M C^{2}$ nhỏ nhất khi và chi khi $M G$ nhỏ nhất $\Leftrightarrow M$ là hình chiếu của $G$ lên mặt phẳng $(O x y)$.
Do hình chiếu vuông góc của $\mathrm{G}$ lên mặt phẳng $(O x y)$ có tọa độ $(-1 ; 3 ; 0)$ Vậy $M(-1 ; 3 ; 0)$.
Từ đó $T=(-1)^{2}+3^{2}=10$.
Hướng dẫn giải:
- Tìm trọng tâm tam giác $A B C$.
- Chứng minh $M A^{2}+M B^{2}+M C^{2} =3 M G^{2}+G A^{2}+G B^{2}+G C^{2}$
- Tìm điều kiện của M để $M A^{2}+M B^{2}+M C^{2} $ nhỏ nhất từ đó tính T.