Trong không gian với hệ tọa độ $Oxyz $, cho mặt cầu \((S) : {\left( {x - 1} \right)^2} + {\left( {y - 2} \right)^2} + {\left( {z - 3} \right)^2} = 9\) và mặt phẳng \((P) :2x - 2y + z + 3 = 0\). Gọi $M(a ; b ; c)$ là điểm trên mặt cầu $(S)$ sao cho khoảng cách từ $M$ đến mặt phẳng $(P)$ là lớn nhất. Khi đó:
Trả lời bởi giáo viên
Giả sử $M(a;b;c)$ là điểm cần tìm.
Mặt cầu $(S)$ có tâm $I(1;2;3)$ bán kính $R=3 $.
Gọi $Δ$ là đường thẳng qua $I$ và vuông góc với $mp(P)$.
\( \Rightarrow \)\(\Delta :\left\{ \begin{array}{l}x = 1 + 2t\\y = 2 - 2t\\z = 3 + t\end{array} \right.\)
Đường thẳng $Δ$ cắt mặt cầu tại 2 điểm $A, B$. Toạ độ $A, B$ là nghiệm của hệ:
\(\left\{ \begin{array}{l}x = 1 + 2t\\y = 2 - 2t\\z = 3 + t\\{(x - 1)^2} + {(y - 2)^2} + {(z - 3)^2} = 9\end{array} \right. \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}t = 1\\t = - 1\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}A\left( {3;0;4} \right)\\B\left( { - 1;4;2} \right)\;\end{array} \right.\)
Ta có: $d\left( {A;\left( P \right)} \right) = \dfrac{{\left| {2.3 - 2.0 + 4 + 3} \right|}}{{\sqrt {{2^2} + {2^2} + 1} }} = \dfrac{{13}}{3}$ và $d\left( {B;\left( P \right)} \right) = \dfrac{{\left| {2.( - 1) - 2.4 + 2 + 3} \right|}}{{\sqrt {{2^2} + {2^2} + 1} }} = \dfrac{5}{3}$
Do đó điểm cần tìm là điểm $A≡M \Rightarrow a+b+c= 3+0+4= 7$.
Hướng dẫn giải:
- Viết phương trình đường thẳng đi qua tâm và vuông góc mặt phẳng.
- Tìm giao điểm của đường thẳng với mặt cầu.
- Tính khoảng cách từ hai điểm đó đến mặt phẳng và kết luận.