Trong không gian với hệ tọa độ $Ox y z$, cho tứ diện $ABCD$ có \(A( - 1;1;6)\), \(B( - 3; - 2; - 4),C(1;2; - 1),D(2; - 2;0)\). Điểm \(M(a;b;c)\) thuộc đường thẳng $CD$ sao cho tam giác $AB M$ có chu vi nhỏ nhất. Tính \(a + b + c\).
Trả lời bởi giáo viên
Bước 1: Gọi \({C_{ABM}}\) là chu vi của tam giác $AB M$. Chứng minh \(AB \bot CD\).
Gọi \({C_{ABM}}\) là chu vi của tam giác ABM.
\(\overrightarrow {AB} = ( - 2; - 3; - 10) \Rightarrow AB = \sqrt {113} \)
\(\overrightarrow {AB} = ( - 2; - 3; - 10),\overrightarrow {CD} = (1; - 4;1)\)
\( \Rightarrow \overrightarrow {AB} \cdot \overrightarrow {CD} = - 2 + 12 - 10 = 0 \Rightarrow AB \bot CD\)
Bước 2: Gọi \((P)\) là mặt phẳng chứa đường thẳng $AB$ và vuông vuông góc với đường thẳng $CD$ ; $H$ là giao điểm của \((P)\) và đường thẳng $CD$. Tìm $H$.
Gọi \((P)\) là mặt phẳng chứa đường thẳng $AB$và vuông vuông góc với đường thẳng $CD$ ; $H$ là giao điểm của \((P)\) và đường thẳng $CD$.
Phương trình mặt phẳng \((P)\) qua \(A( - 1;1;6)\) có véctơ pháp tuyến \(\overrightarrow {CD} = (1; - 4;1)\) là \(1 - 4y + z - 1 = 0\)
Vì \(H \in CD\) nên \(H(1 + t;2 - 4t; - 1 + t)\)
Mà \(H \in (P)\)\( \Leftrightarrow 1 + t - 4(2 - 4t) - 1 + t - 1 = 0\)\( \Leftrightarrow t = \dfrac{1}{2} \Leftrightarrow H\left( {\dfrac{3}{2};0; - \dfrac{1}{2}} \right)\).
Bước 3: Tìm điều kiện của $M$ để \({C_{ABM}}\) min, từ đó tính $a+b+c$.
\(\forall M \in CD\), ta có \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{AM \ge AH}\\{BM \ge BH}\end{array}} \right.\)\( \Rightarrow AM + BM \ge AH + BH\)
\({C_{ABM}} = AB + AM + BM\)\( \ge \sqrt {113} + AH + BH,\forall M \in CD\)
Suy ra \(\min {C_{ABM}} = \sqrt {113} + AH + BH\), đạt được \(M \equiv H \Leftrightarrow M\left( {\dfrac{3}{2};0; - \dfrac{1}{2}} \right)\).
Vậy \(a + b + c = 1\).
Hướng dẫn giải:
Bước 1: Gọi \({C_{ABM}}\) là chu vi của tam giác AB M. Chứng minh \(AB \bot CD\).
Bước 2: Gọi \((P)\) là mặt phẳng chứa đường thẳng AB và vuông vuông góc với đường thẳng CD ; H là giao điểm của \((P)\) và đường thẳng CD. Tìm H.
Bước 3: Tìm điều kiện của M để \({C_{ABM}}\) min, từ đó tính a+b+c.