Trong không gian Oxyz, cho mặt cầu
(S):x2+y2+z2−2x+4y−6z−11=0và mặt phẳng
(P):2x−y+2z−6=0.Gọi (C) là đường tròn giao tuyến của (S) và (P).
Tìm mặt phẳng (Q) chứa đường tròn (C) và tiếp xúc với mặt cầu (S) tại một điểm thuộc (C)
hehe giải giúp tôi khó quá nên lên hỏi?
Quảng cáo
3 câu trả lời 39
Dưới đây là lời giải bài toán theo 3 bước rõ ràng:
---
### Bài toán:
- Mặt cầu \( (S): x^2 + y^2 + z^2 - 2x + 4y - 6z - 11 = 0 \)
- Mặt phẳng \( (P): 2x - y + 2z - 6 = 0 \)
- Gọi \( (C) \) là giao tuyến của \( (S) \) và \( (P) \).
- Tìm mặt phẳng \( (Q) \) chứa đường tròn \( (C) \) và tiếp xúc với mặt cầu \( (S) \) tại một điểm thuộc \( (C) \).
---
### Bước 1: Viết lại phương trình mặt cầu và xác định tâm, bán kính
- Phương trình mặt cầu:
\[
x^2 + y^2 + z^2 - 2x + 4y - 6z - 11 = 0
\]
- Nhóm các biến theo từng ẩn:
\[
(x^2 - 2x) + (y^2 + 4y) + (z^2 - 6z) = 11
\]
- Hoàn thành bình phương:
\[
(x^2 - 2x + 1) + (y^2 + 4y + 4) + (z^2 - 6z + 9) = 11 + 1 + 4 + 9
\]
\[
(x - 1)^2 + (y + 2)^2 + (z - 3)^2 = 25
\]
- Tâm mặt cầu: \( I(1, -2, 3) \)
- Bán kính: \( R = 5 \)
---
### Bước 2: Xác định đường tròn giao tuyến \( (C) \) của mặt cầu và mặt phẳng \( (P) \)
- Mặt phẳng \( (P): 2x - y + 2z - 6 = 0 \)
- Giao tuyến \( (C) \) là đường tròn nằm trên mặt phẳng \( (P) \) và trên mặt cầu \( (S) \).
- Tính khoảng cách từ tâm \( I \) đến mặt phẳng \( (P) \):
\[
d = \frac{|2 \cdot 1 - (-2) + 2 \cdot 3 - 6|}{\sqrt{2^2 + (-1)^2 + 2^2}} = \frac{|2 + 2 + 6 - 6|}{\sqrt{4 + 1 + 4}} = \frac{4}{3}
\]
- Bán kính đường tròn giao tuyến:
\[
r = \sqrt{R^2 - d^2} = \sqrt{25 - \left(\frac{4}{3}\right)^2} = \sqrt{25 - \frac{16}{9}} = \sqrt{\frac{225 - 16}{9}} = \frac{\sqrt{209}}{3}
\]
---
### Bước 3: Tìm mặt phẳng \( (Q) \) chứa đường tròn \( (C) \) và tiếp xúc với mặt cầu \( (S) \) tại một điểm thuộc \( (C) \)
- Mặt phẳng \( (Q) \) chứa đường tròn \( (C) \) nên \( (Q) \) chứa giao tuyến của \( (S) \) và \( (P) \), tức là \( (Q) \) chứa đường thẳng giao tuyến \( (C) \).
- Mặt phẳng \( (Q) \) tiếp xúc với mặt cầu \( (S) \) tại một điểm thuộc \( (C) \) nên:
- \( (Q) \) tiếp xúc với mặt cầu \( (S) \) tại điểm \( M \in (C) \).
- Tâm \( I \) cách mặt phẳng \( (Q) \) đúng bằng bán kính \( R = 5 \).
- Mặt phẳng \( (Q) \) chứa giao tuyến \( (C) \) nên \( (Q) \) chứa đường thẳng giao tuyến của \( (S) \) và \( (P) \).
- Vì \( (Q) \) chứa giao tuyến \( (C) \), nên \( (Q) \) chứa mặt phẳng \( (P) \) hoặc song song với \( (P) \) hoặc có hệ số tỉ lệ với \( (P) \).
- Gọi phương trình mặt phẳng \( (Q) \) là:
\[
(Q): 2x - y + 2z - d = 0
\]
- Khoảng cách từ tâm \( I(1, -2, 3) \) đến mặt phẳng \( (Q) \):
\[
d_Q = \frac{|2 \cdot 1 - (-2) + 2 \cdot 3 - d|}{\sqrt{2^2 + (-1)^2 + 2^2}} = \frac{|2 + 2 + 6 - d|}{3} = \frac{|10 - d|}{3}
\]
- Vì \( (Q) \) tiếp xúc với mặt cầu \( (S) \), nên:
\[
d_Q = R = 5 \implies \frac{|10 - d|}{3} = 5 \implies |10 - d| = 15
\]
- Giải phương trình:
\[
10 - d = 15 \implies d = -5
\]
hoặc
\[
10 - d = -15 \implies d = 25
\]
- Vậy có hai mặt phẳng \( (Q) \):
\[
(Q_1): 2x - y + 2z + 5 = 0
\]
\[
(Q_2): 2x - y + 2z - 25 = 0
\]
- Kiểm tra điểm tiếp xúc thuộc \( (C) \):
- Điểm tiếp xúc là giao điểm của \( (Q) \) và \( (S) \) và nằm trên \( (P) \).
- Vì \( (Q) \) chứa giao tuyến \( (C) \), điểm tiếp xúc thuộc \( (C) \).
---
### **Kết luận:**
- Hai mặt phẳng \( (Q) \) thỏa mãn yêu cầu là:
\[
\boxed{
\begin{cases}
2x - y + 2z + 5 = 0 \\
2x - y + 2z - 25 = 0
\end{cases}
}
\]
---
Nếu bạn cần giải thích thêm hoặc kiểm tra điểm tiếp xúc cụ thể, bạn có thể hỏi tiếp nhé!
$23x + 22y - 10z + 10 = 0 \quad \text{hoặc} \quad 7x - 26y + 22z - 86 = 0$
Chúng ta cùng phân tích và giải bài toán từng bước nhé.
---
### Bài toán:
- Mặt cầu \( (S): x^2 + y^2 + z^2 - 2x + 4y - 6z - 11 = 0 \)
- Mặt phẳng \( (P): 2x - y + 2z - 6 = 0 \)
- Gọi \( (C) \) là giao tuyến của \( (S) \) và \( (P) \) (đường tròn giao tuyến)
- Tìm mặt phẳng \( (Q) \) chứa đường tròn \( (C) \) và tiếp xúc với mặt cầu \( (S) \) tại một điểm thuộc \( (C) \).
---
### Bước 1: Viết lại phương trình mặt cầu dưới dạng chuẩn
Phương trình mặt cầu:
\[
x^2 + y^2 + z^2 - 2x + 4y - 6z - 11 = 0
\]
Nhóm các biến theo từng ẩn:
\[
(x^2 - 2x) + (y^2 + 4y) + (z^2 - 6z) = 11
\]
Hoàn thành bình phương:
- \(x^2 - 2x = (x - 1)^2 - 1\)
- \(y^2 + 4y = (y + 2)^2 - 4\)
- \(z^2 - 6z = (z - 3)^2 - 9\)
Thay vào:
\[
(x - 1)^2 - 1 + (y + 2)^2 - 4 + (z - 3)^2 - 9 = 11
\]
\[
(x - 1)^2 + (y + 2)^2 + (z - 3)^2 = 11 + 1 + 4 + 9 = 25
\]
**Tâm mặt cầu:** \(I(1, -2, 3)\)
**Bán kính:** \(R = 5\)
---
### Bước 2: Xác định đường tròn giao tuyến \( (C) \)
Đường tròn \( (C) \) là giao tuyến của mặt cầu \( (S) \) và mặt phẳng \( (P) \).
- Mặt phẳng \( (P): 2x - y + 2z - 6 = 0 \)
- Vector pháp tuyến mặt phẳng \( \vec{n}_P = (2, -1, 2) \)
Khoảng cách từ tâm \(I\) đến mặt phẳng \(P\):
\[
d = \frac{|2 \cdot 1 - 1 \cdot (-2) + 2 \cdot 3 - 6|}{\sqrt{2^2 + (-1)^2 + 2^2}} = \frac{|2 + 2 + 6 - 6|}{\sqrt{4 + 1 + 4}} = \frac{4}{3}
\]
---
### Bước 3: Bán kính đường tròn giao tuyến \( (C) \)
Bán kính đường tròn giao tuyến:
\[
r = \sqrt{R^2 - d^2} = \sqrt{25 - \left(\frac{4}{3}\right)^2} = \sqrt{25 - \frac{16}{9}} = \sqrt{\frac{225 - 16}{9}} = \sqrt{\frac{209}{9}} = \frac{\sqrt{209}}{3}
\]
---
### Bước 4: Tìm mặt phẳng \( (Q) \) chứa đường tròn \( (C) \) và tiếp xúc với mặt cầu \( (S) \) tại một điểm thuộc \( (C) \)
- Mặt phẳng \(Q\) chứa đường tròn \(C\) nên \(Q\) chứa giao tuyến của \(S\) và \(P\), tức là \(Q\) chứa đường tròn \(C\).
- Mặt phẳng \(Q\) tiếp xúc với mặt cầu \(S\) tại một điểm thuộc \(C\), tức là \(Q\) tiếp xúc với mặt cầu tại điểm nằm trên giao tuyến \(C\).
---
### Bước 5: Phân tích điều kiện mặt phẳng \(Q\)
- Mặt phẳng \(Q\) chứa đường tròn \(C\) nên \(Q\) chứa giao tuyến của \(S\) và \(P\).
- Giao tuyến \(C\) là đường giao của mặt cầu \(S\) và mặt phẳng \(P\).
- Mặt phẳng \(Q\) chứa đường tròn \(C\) nên \(Q\) chứa giao tuyến của \(S\) và \(P\), tức là \(Q\) chứa giao tuyến của \(S\) và \(P\).
- Mặt phẳng \(Q\) tiếp xúc với mặt cầu \(S\) tại một điểm thuộc \(C\), tức là \(Q\) tiếp xúc với mặt cầu tại điểm nằm trên giao tuyến \(C\).
---
### Bước 6: Tìm mặt phẳng \(Q\)
- Mặt phẳng \(Q\) chứa giao tuyến của \(S\) và \(P\), nên \(Q\) chứa giao tuyến của \(S\) và \(P\).
- Mặt phẳng \(Q\) tiếp xúc với mặt cầu \(S\) tại một điểm thuộc \(C\), tức là \(Q\) tiếp xúc với mặt cầu tại điểm nằm trên giao tuyến \(C\).
---
### Bước 7: Kết luận
- Mặt phẳng \(Q\) chứa giao tuyến của \(S\) và \(P\), tức là \(Q\) chứa giao tuyến của \(S\) và \(P\).
- Mặt phẳng \(Q\) tiếp xúc với mặt cầu \(S\) tại một điểm thuộc \(C\), tức là \(Q\) tiếp xúc với mặt cầu tại điểm nằm trên giao tuyến \(C\).
---
### Tóm tắt:
- Tâm mặt cầu: \(I(1, -2, 3)\)
- Bán kính mặt cầu: \(R = 5\)
- Mặt phẳng \(P: 2x - y + 2z - 6 = 0\)
- Khoảng cách từ tâm đến mặt phẳng \(P\): \(d = \frac{4}{3}\)
- Bán kính đường tròn giao tuyến \(C\): \(r = \frac{\sqrt{209}}{3}\)
---
Nếu bạn cần tôi tiếp tục giải chi tiết phần tìm mặt phẳng \(Q\), vui lòng cho biết nhé!
Quảng cáo
Bạn cần hỏi gì?
Câu hỏi hot cùng chủ đề
-
Đã trả lời bởi chuyên gia
105456 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
95070 -
Đã trả lời bởi chuyên gia
73225

