Viết phương trình mặt cầu có tâm tiếp xúc đường thẳng

Phương pháp giải

Do mặt cầu (S) tiếp xúc với mặt phẳng (d) nên khoảng cách từ tâm I đến mặt phẳng (d) bằng bán kính R

Gọi M là điểm bất kì trên d, u→ là vecto chỉ phương của d. Khi đó, khoảng cách từ I đến d được tính theo công thức:

R=d(I;(d))

Khi đó, phương trình mặt cầu cần tìm là:

(S): (x-a)²+(y-b)²+(z-c)²=R²

Ví dụ minh họa

Bài 1: Viết phương trình mặt cầu tâm I (1; -2; 3) và tiếp xúc với trục Oy

Hướng dẫn:

Phương trình đường thẳng Oy là 

Vecto chỉ phương của Oy là u→ =(0;1;0)

M (0; 1; 0) ∈ Oy ⇒ IM→=(-1;3; -3)

⇒ [IM→ , u→ ]=(-3;0;1)

Khoảng cách từ I đến trục Oy là:

d(I;(Oy))= √10

Do mặt cầu tiếp xúc với trục Oy nên khoảng cách từ tâm I đến trục Oy là bán kính của mặt cầu.

Vậy phương trình mặt cầu cần tìm là:

(x-1)²+(y+2)²+(z-3)²=10

Bài 2: Cho điểm A ( -3; 1; 4) và đường thẳng d có phương trình:

Phương trình mặt cầu tâm A, tiếp xúc với d là:

Hướng dẫn:

Đường thẳng d có VTCP u→ =(2; 1; -1) và đi qua điểm M (-1; 2; -3)

Ta có: AM→=(2;1; -7)

[ AM→ , u→ ]=(6; -12;0)

Khoảng cách từ A đến đường thẳng d là:

d(I;(d))= √30

Do mặt cầu tiếp xúc với đường thẳng d nên khoảng cách từ tâm I đến trục d là bán kính của mặt cầu.

Vậy phương trình mặt cầu cần tìm là:

(x+3)²+(y-1)²+(z-4)²=30

Bài 3: Cho điểm I (0; 1; 2); B (-1; 1; 0) và C (2; -3; 1). Viết phương trình mặt cầu có tâm I và tiếp xúc với đường thẳng BC

Hướng dẫn:

Đường thẳng BC có VTCP BC→=(3;-4; 1)

IB→=(-1;0; -4)

[IB→ ; BC→ ]=(16;11; -4)

Khoảng cách từ I đến đường thẳng BC là:

d(I;BC)

Do mặt cầu tiếp xúc với đường thẳng BC nên khoảng cách từ I đến đường thẳng BC là bán kính mặt cầu tâm I

Vậy phương trình mặt cầu cần tìm là:

x²+(y-1)²+(z-2)²=393/26