Trong không gian với hệ tọa độ $Oxyz$, cho mặt phẳng \((P):2x - y - 2z + 1 = 0\) và ba điểm\(A(1; - 2;0)\), \(B(1;0; - 1)\) và \(C(0;0; - 2)\). Hỏi có tất cả bao nhiêu mặt cầu có tâm thuộc mặt phẳng $(P)$ và tiếp xúc với ba đường thẳng $AB, AC, BC$?
Trả lời bởi giáo viên
Ta có:
\(\begin{array}{l}\overrightarrow {AB} = \left( {0;2; - 1} \right)\\\overrightarrow {AC} = \left( { - 1;2; - 2} \right)\\\left[ {\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {AC} } \right] = \left( { - 2;1;2} \right)\end{array}\)
Mặt phẳng $(ABC)$ có vecto pháp tuyến là \(\left[ {\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {AC} } \right] = \left( { - 2;1;2} \right)\). Suy ra $(P) // (ABC)$
Trên mặt phẳng $(ABC) $ có $4$ điểm $M, N, P, Q$ cách đều $AB, BC, AC $ là tâm đường tròn nội tiếp, $3$ tâm đường tròn bàng tiếp các góc $A, B, C$ do đó có $4$ điểm \(M',N',P',Q'\) trên mặt phẳng $(P)$ là hình chiếu vuông góc của $M, N, P, Q$ trên $(P)$ thỏa mãn tính chất cách đều $AB, BC, AC$.
Tương ứng có $4 $ mặt cầu tâm \(M',N',P',Q'\) thỏa mãn yêu cầu bài toán.
Hướng dẫn giải:
- Nhận xét mặt phẳng \(\left( {ABC} \right)\) song song với mặt phẳng \(\left( P \right)\).
- Số mặt cầu thỏa mãn bài toán bằng với số điểm nằm trên mặt phẳng \(\left( P \right)\) mà cách đều các đường thẳng \(AB,BC,CA\) (các điểm này là tâm mặt cầu).