Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng $\left( \alpha \right):2x + y - 2z + 9 = 0$ và ba điểm $A(2;1;0),\,B(0;2;1)$, $C(1;3; - 1)$. Điểm $M \in \left( \alpha \right)$ sao cho $\left| {2\overrightarrow {MA} + 3\overrightarrow {MB} - 4\overrightarrow {MC} } \right|$ đạt giá trị nhỏ nhất. Khẳng định nào sau đây đúng?
Trả lời bởi giáo viên
+) Xác định điểm $I(a;b;c)$ sao cho: $2\overrightarrow {IA} + 3\overrightarrow {IB} - 4\overrightarrow {IC} = \overrightarrow 0 $:
Ta có:$\overrightarrow {IA} = \left( {2 - a;1 - b; - c} \right),\,\,\overrightarrow {IB} = \left( { - a;2 - b;1 - c} \right),\,\,\overrightarrow {IC} = \left( {1 - a;3 - b; - 1 - c} \right)$
$ \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}2\left( {2 - a} \right) + 3\left( { - a} \right) - 4\left( {1 - a} \right) = 0\\2\left( {1 - b} \right) + 3\left( {2 - b} \right) - 4\left( {3 - b} \right) = 0\\2\left( { - c} \right) + 3\left( {1 - c} \right) - 4\left( { - 1 - c} \right) = 0\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}a = 0\\b = - 4\\c = 7\end{array} \right. \Rightarrow I(0; - 4;7)$
Khi đó: $\left| {2\overrightarrow {MA} + 3\overrightarrow {MB} - 4\overrightarrow {MC} } \right| = \left| {2\overrightarrow {MI} + 2\overrightarrow {IA} + 3\overrightarrow {MI} + 3\overrightarrow {IB} - 4\overrightarrow {MI} - 4\overrightarrow {IC} } \right| = \left| {\overrightarrow {MI} + \underbrace {\left( {2\overrightarrow {IA} + 3\overrightarrow {IB} - 4\overrightarrow {IC} } \right)}_{\overrightarrow 0 }} \right| = MI$, $ \Rightarrow \left| {2\overrightarrow {MA} + 3\overrightarrow {MB} - 4\overrightarrow {MC} } \right|$ đạt GTNN khi và chỉ khi MI ngắn nhất
$ \Leftrightarrow $M là chân đường vuông góc kẻ từ I đến mặt phẳng $\left( \alpha \right)$.
+) Xác đinh tọa độ điểm $H$ là chân đường vuông góc kẻ từ $I(0; - 4;7)$ đến mặt phẳng $\left( \alpha \right):2x + y - 2z + 9 = 0$.
Đường thẳng IH nhận $\overrightarrow {{n_{\left( \alpha \right)}}} \left( {2;1; - 2} \right)$ là VTCP, phương trình đường thẳng IH: $\left\{ \begin{array}{l}x = 2t\\y = - 4 + t\\z = 7 - 2t\end{array} \right.$
$\begin{array}{l}H \in IH \Rightarrow H\left( {2t; - 4 + t;7 - 2t} \right)\\H \in \left( \alpha \right) \Rightarrow 2\left( {2t} \right) + \left( { - 4 + t} \right) - 2\left( {7 - 2t} \right) + 9 = 0 \Leftrightarrow 9t - 9 = 0 \Leftrightarrow t = 1 \Rightarrow H\left( {2; - 3;5} \right)\end{array}$
Vậy, điểm M cần tìm có tọa độ $M\left( {2; - 3;5} \right) \Rightarrow {x_M} + {y_M} + {z_M} = 4$.
Hướng dẫn giải:
Bước 1: Xác định điểm $I$ thỏa mãn : $2\overrightarrow {IA} + 3\overrightarrow {IB} - 4\overrightarrow {IC} = \overrightarrow 0 $
Bước 2: Biến đổi $\left| {2\overrightarrow {MA} + 3\overrightarrow {MB} - 4\overrightarrow {MC} } \right| = \left| {\overrightarrow {MI} } \right| = MI$
Bước 3: Đánh giá và tìm vị trí của M để MI ngắn nhất (M là chân đường vuông góc kẻ từ I đến mặt phẳng $\left( \alpha \right)$).