Giải SBT Toán 12 Bài 1: Phương trình mặt phẳng
Bài 1 trang 45 SBT Toán 12 Tập 2: Cho mặt phẳng (Q) nhận , làm cặp vectơ chỉ phương. Tìm một vectơ pháp tuyến của (Q).
Lời giải:
Tích có hướng của hai vectơ là:
Do đó, (Q) có một vectơ pháp tuyến là
Bài 2 trang 45 SBT Toán 12 Tập 2: Lập phương trình mặt phẳng (P) trong mỗi trường hợp sau:
a) (P) đi qua điểm M(1; 2; 3) và có vectơ pháp tuyến
b) (P) đi qua điểm N(−2; 3; 0) và có cặp vectơ chỉ phương ,
c) (P) đi qua ba điểm A(1; 2; 2), B(5; 3; 2), C(2; 4; 2);
d) (P) cắt ba trục tọa độ lần lượt tại các điểm M(3; 0; 0), N(0; 1; 0), P(0; 0; 2).
Lời giải:
a) Phương trình mặt phẳng (P) đó là: 3(x – 1) + 1(y – 2) + (−2)(z – 3) = 0 hay 3x + y – 2z + 1 = 0.
b) Ta có: = (4; −1; −3).
Do đó vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (P) là
Phương trình mặt phẳng (P) là:
4(x + 2) – 1(y – 3) – 3(z – 0) = 0 hay 4x – y – 3z + 11 = 0.
c) Ta có: ,
= (0; 0; 7) = 7(0; 0; 1).
Do đó, là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (P).
Phương trình mặt phẳng (P) là: z – 2 = 0.
d) (P) cắt ba trục tọa độ lần lượt tại các điểm M(3; 0; 0), N(0; 1; 0), P(0; 0; 2) nên phương trình mặt phẳng (P) là: hay 2x + 6y + 3z – 6 = 0.
Bài 3 trang 45 SBT Toán 12 Tập 2: Tìm các cặp mặt phẳng song song hoặc vuông góc trong các mặt phẳng sau: (P): x + y – z + 3 = 0, (Q): 2x + 2y – 2z + 99 = 0, (R): 3x + 3y + 6z + 7 = 0.
Lời giải:
Các mặt phẳng (P), (Q), (R) có các vectơ pháp tuyến lần lượt là
Ta có: và 99 ≠ 2.3 nên (P) ∥ (Q).
nên (P) ⊥ (R).
Vậy (P) ∥ (Q), (P) ⊥ (R), (Q) ⊥ (R).
Bài 4 trang 45 SBT Toán 12 Tập 2: Tính khoảng cách từ điểm A(1; 2; 3) đến các mặt phẳng sau:
a) (P): 3x + 4z + 10 = 0;
b) (Q): 2x – 10 = 0;
c) (R): 2x + 2y + z – 3 = 0.
Lời giải:
a) d(A, (P)) =
b) d(A, (Q)) =
c) d(A, (R)) =
Bài 5 trang 46 SBT Toán 12 Tập 2: Cho hai mặt phẳng (P): 2x + y + 2z + 12 = 0, (Q): 4x + 2y + 4z – 6 = 0.
a) Chứng minh (P) ∥ (Q).
b) Tính khoảng cách giữa hai mặt phẳng (P) và (Q).
Lời giải:
a) Xét hai mặt phẳng (P): 2x + y + 2z + 12 = 0, (Q): 4x + 2y + 4z – 6 = 0, ta có:
nên (P) ∥ (Q).
b) Trên mặt phẳng (Q) lấy M(0; 1; 1) ∈ (Q).
Ta có: P((P), (Q)) = d(M, (P)) = = 5
Bài 6 trang 46 SBT Toán 12 Tập 2: Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A’B’C’D’ có DA = 2, DC = 3, DD’ = 2. Tính khoảng cách từ đỉnh B’ đến mặt phẳng (BA’C’).
Lời giải:
Chọn hệ tọa độ Oxyz sao cho gốc tọa độ O trùng với điểm D.
Khi đó, tọa độ các đỉnh của hình chữ nhật ABCD.A’B’C’D’ lần lượt là D(0; 0; 0),
A(2; 0; 0), C(0; 3; 0), B(2; 3; 0), D'(0; 0; 2), A'(2; 0; 2), B'(2; 3; 2), C'(0; 3; 2).
Mặt phẳng (BA’C’) có cặp vectơ chỉ phương là ,
Ta có: = (−6; −4; −6) = −2(3; 2; 3).
Do đó, = (3; 2; 3). Phương trình mặt phẳng (BA’C’) là:
3(x – 2) + 2(y – 3) + 3z = 0 hay 3x + 2y + 3z – 12 = 0.
Khoảng cách từ đỉnh B’ đến mặt phẳng (BA’C’) là:
d(B’, (BA’C’)) =
Bài 7 trang 46 SBT Toán 12 Tập 2: Một kĩ sư xây dựng thiết kế khung một ngôi nhà trong không gian Oxyz như Hình 9 nhờ một phần mềm đồ họa máy tính.
a) Viết phương trình mặt phẳng mái nhà (DEMN).
b) Tính khoảng cách từ điểm B đến mái nhà (DEMN).
Lời giải:
a) Ta có:
Ta có: = (0; −12; 12) = −12(0; 1; −1).
Vậy là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (DEMN).
Phương trình của mặt phẳng (DEMN) là 1(y – 0) – 1(z – 4) = 0 hay y – z + 4 = 0.
b) Ta có B(6; 4; 0) nên d(B,(DEMN)) =
Lý thuyết Khoảng biến thiên, khoảng tứ phân vị của mẫu số liệu ghép nhóm
1. Vectơ pháp tuyến và cặp vectơ chỉ phương của mặt phẳng
Cho mặt phẳng (α).
+) Nếu vectơ khác và có giá vuông góc với (α) thì được gọi là vectơ pháp tuyến của (α).
+) Nếu hai vectơ không cùng phương, có giá song song hoặc nằm trong (α) thì được gọi là cặp vectơ chỉ phương của (α).
Chú ý:
a) Một mặt phẳng hoàn toàn được xác định khi biết một điểm và một vectơ pháp tuyến của nó hoặc biết một điểm và một cặp vectơ chỉ phương của mặt phẳng đó.
b) Nếu là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (α) thì (k ≠ 0) cũng là một vectơ pháp tuyến của (α).
Ví dụ 1. Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A’B’C’D’.
a) Tìm cặp vectơ chỉ phương của mặt phẳng (A’B’C’D’).
b) Tìm một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (A’B’C’D’).
Hướng dẫn giải
a) Vì và không cùng phương và có giá nằm trong mặt phẳng (A’B’C’D’) nên và là cặp vectơ chỉ phương của mặt phẳng (A’B’C’D’).
b) Vì AA’ (A’B’C’D’) nên là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (A’B’C’D’).
2. Xác định vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khi biết một cặp vectơ chỉ phương
Trong không gian Oxyz, nếu mặt phẳng (α) nhận hai vectơ làm cặp vectơ chỉ phương thì (α) nhận vectơ làm vectơ pháp tuyến.
Chú ý:
a) Vectơ được gọi là tích có hướng của hai vectơ và , kí hiệu là .
b) Biểu thức a1b2 – a2b1 thường được kí hiệu . Tương tự, , . Như vậy, ta có thể viết:
.
c) và cùng phương .
d) Nếu thì và .
Ví dụ 2. Cho mặt phẳng (P) nhận và làm cặp vectơ chỉ phương. Tìm một vectơ pháp tuyến của (P).
Hướng dẫn giải
Ta có tích có hướng của hai vectơ là
.
Do đó mặt phẳng (P) nhận làm một vectơ pháp tuyến.
3. Phương trình tổng quát của mặt phẳng
• Khái niệm phương trình tổng quát của mặt phẳng
Trong không gian Oxyz, mỗi mặt phẳng đều có phương trình dạng Ax + By + Cz + D = 0 trong đó A, B, C không đồng thời bằng 0, được gọi là phương trình tổng quát của mặt phẳng.
Nhận xét:
a) Mỗi phương trình Ax + By + Cz + D = 0 (trong đó A, B, C không đồng thời bằng 0) đều xác định một mặt phẳng nhận làm vectơ pháp tuyến.
b) Cho mặt phẳng (α) có phương trình tổng quát Ax + By + Cz + D = 0. Khi đó
N(x0; y0; z0) (α) Ax0 + By0 + Cz0 + D = 0.
Ví dụ 3. Cho mặt phẳng (P) có phương trình 5x – y + z + 3 = 0.
a) Tìm một vectơ pháp tuyến của (P).
b) Cho A(1; −1; −9). Chứng minh A (P).
Hướng dẫn giải
a) Mặt phẳng (P) có một vectơ pháp tuyến là .
b) Thay tọa độ điểm A vào phương trình mặt phẳng (P) ta được:
5.1 – (−1) – 9 + 3 = 0.
Do đó A (P).
• Lập phương trình tổng quát của mặt phẳng đi qua một điểm và biết vectơ pháp tuyến
Trong không gian Oxyz, phương trình mặt phẳng đi qua điểm M0(x0; y0; z0) và có vectơ pháp tuyến là A(x – x0) + B(y – y0) + C(z – z0) = 0 hay Ax + By + Cz + D = 0 với D = −Ax0 – By0 – Cz0.
Ví dụ 4. Viết phương trình mặt phẳng (P) đi qua điểm A(2; 0; 1) và có vectơ pháp tuyến .
Hướng dẫn giải
Mặt phẳng (P) đi qua điểm A(2; 0; 1) và có vectơ pháp tuyến có phương trình là 1(x – 2) – (y – 0) + 2(z – 1) = 0 x – y + 2z – 4 = 0.
• Lập phương trình tổng quát của mặt phẳng đi qua một điểm và biết cặp vectơ chỉ phương
Để lập phương trình tổng quát của mặt phẳng (α) đi qua điểm M0(x0; y0; z0) và có cặp vectơ chỉ phương , ta thực hiện như sau:
+) Tìm một vectơ pháp tuyến .
+) Viết phương trình (α) đi qua M0(x0; y0; z0) và có vectơ pháp tuyến .
Ví dụ 5. Viết phương trình mặt phẳng (P) đi qua điểm A(2; 1; 3) và có cặp vectơ chỉ phương , .
Hướng dẫn giải
Vì (P) có có cặp vectơ chỉ phương , nên (P) có vectơ pháp tuyến .
Phương trình mặt phẳng (P) là:
2(x – 2) – 3(y – 1) – (z – 3) = 0 2x – 3y – z + 2 = 0.
• Lập phương trình tổng quát của mặt phẳng đi qua ba điểm không thẳng hàng
Để lập phương trình tổng quát của mặt phẳng (α) đi qua ba điểm A, B, C không thẳng hàng, ta thực hiện như sau:
+) Tìm cặp vectơ chỉ phương, chẳng hạn .
+) Tìm một vectơ pháp tuyến .
+) Viết phương trình (α) đi qua A và có vectơ pháp tuyến .
Ví dụ 6. Viết phương trình mặt phẳng (P) đi qua điểm 3 điểm M(1; 0; 2), N(3; 4; 1), P(−1; 1; 3).
Hướng dẫn giải
Vì (P) đi qua 3 điểm M, N, P nên mặt phẳng (P) có cặp vectơ chỉ phương là .
Mặt phẳng (P) nhận
làm vectơ pháp tuyến.
Phương trình mặt phẳng (P) là: (x – 1) + 2(z – 2) = 0 x + 2z – 5 = 0.
Nhận xét: Trong không gian Oxyz, cho ba điểm A(a; 0; 0), B(0; b; 0), C(0; 0; c) với a, b, c đều khác 0. Khi đó phương trình (ABC): . Phương trình này được gọi là phương trình mặt phẳng theo đoạn chắn.
4. Điều kiện để hai mặt phẳng song song, vuông góc
• Điều kiện để hai mặt phẳng song song
Trong không gian Oxyz, cho hai mặt phẳng (α1): A1x + B1y + C1z + D1 = 0 và (α2): A2x + B2y + C2z + D2 = 0 có vectơ pháp tuyến lần lượt là . Khi đó.
Chú ý:
+) .
+) (α1) cắt (α2) và không cùng phương.
Ví dụ 7. Mặt phẳng (P): x + 2y – z + 5 = 0 song song với mặt phẳng nào dưới đây?
a) (Q): 2x + 4y – 2z + 3 = 0.
b) (R): 4x + 8y – 4z + 20 = 0.
c) (H): x – 2y + z = 0.
Hướng dẫn giải
Các mặt phẳng (P), (Q), (R), (H) có vectơ pháp tuyến lần lượt là .
a) Ta có và 3 ≠ 2.5. Do đó (P) // (Q).
b) Ta có và 20 = 4.5. Do đó (P) ≡ (Q).
c) Ta có suy ra và không cùng phương. Vậy (P) cắt (H).
• Điều kiện để hai mặt phẳng vuông góc
Trong không gian Oxyz, cho hai mặt phẳng (α1): A1x + B1y + C1z + D1 = 0 và (α2): A2x + B2y + C2z + D2 = 0 có vectơ pháp tuyến lần lượt là .
Khi đó .
Ví dụ 8. Cho hai mặt phẳng (P): x + y – z + 5 = 0 và (Q): −2y – 2z + 3 = 0. Chứng minh (P) (Q).
Hướng dẫn giải
Mặt phẳng (P) và (Q) lần lượt có vectơ pháp tuyến là .
Có .
Vậy (P) (Q).
5. Khoảng cách từ một điểm đến một mặt phẳng
Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng (α) có phương trình Ax + By + Cz + D = 0 và điểm M0(x0; y0; z0). Khoảng cách từ điểm M0 đến mặt phẳng (α) được tính theo công thức .
Ví dụ 9. Tính khoảng cách từ điểm M(1; −1; 0) đến mặt phẳng (P): −2x + y – z + 5 = 0.
Hướng dẫn giải
Ta có .
Xem thêm các bài giải SBT Toán lớp 12 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:
Bài tập cuối chương 4
Bài 1: Phương trình mặt phẳng
Bài 2: Phương trình đường thẳng trong không gian
Bài 3: Phương trình mặt cầu
Bài tập cuối chương 5
Bài 1: Xác suất có điều kiện