Đề ôn luyện Toán theo Chủ đề 6. Vectơ và phương pháp tọa độ trong không gian (Đề số 1)
Đề thi

Đề ôn luyện Toán theo Chủ đề 6. Vectơ và phương pháp tọa độ trong không gian (Đề số 1)

A
Admin
ToánTốt nghiệp THPT69 lượt thi
22 câu hỏi
1. Trắc nghiệm
1 điểm

PHẦN I. Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 12. Mỗi câu hỏi thí sinh chỉ chọn một phương án.

Trong không gian với hệ tọa độ \(Oxyz\), cho ba điểm \(A\left( {1\,; - 1\,;2} \right)\), \(B\left( {2\,;0\,;1} \right)\), \(C\left( {0\,; - 1\,;3} \right)\). Giá trị của \(\overrightarrow {AB} \cdot \overrightarrow {AC} \)bằng

\(0\).

\( - 4\).

\( - 2\).

\(20\).

Xem đáp án

Ta có \(\overrightarrow {AB}  = \left( {1\,;1\,; - 1} \right)\), \(\overrightarrow {AC}  = \left( { - 1\,;0\,;1} \right)\).Khi đó \(\overrightarrow {AB}  \cdot \overrightarrow {AC}  = 1 \cdot \left( { - 1} \right) + 1 \cdot 0 - 1 \cdot 1 =  - 2\). Chọn C.

2. Trắc nghiệm
1 điểm

Trong không gian với hệ tọa độ \[Oxyz\], đường thẳng \[d:\left\{ \begin{array}{l}x = 2t\\y = 1 - 4t\\z = 2 + t\end{array} \right.\;\,\left( {t \in \mathbb{R}} \right)\] nhận vectơ nào dưới đây làm vectơ chỉ phương?      

\(\left( {2; - 4; - 1} \right)\).

\(\left( { - 2;4; - 1} \right)\).

\(\left( {2;4;1} \right)\).

\(\left( { - 2;4;1} \right)\).

Xem đáp án

Từ phương trình của đường thẳng \[d\] ta có một vectơ chỉ phương của \[d\] là \[\overrightarrow u  = \left( {2; - 4;1} \right)\].

Thấy \[{\vec u_1} = \left( { - 2;4; - 1} \right)\] cùng phương với \[\overrightarrow u \] nên đây cũng là một vectơ chỉ phương của đường thẳng \[d\]. Chọn B.

3. Trắc nghiệm
1 điểm

Trong không gian với hệ toạ độ \[Oxyz\], khoảng cách từ điểm \[A\left( {3; - 2;4} \right)\] đến mặt phẳng \[\left( {Oxz} \right)\] bằng     

4.

5.

3.

2.

Xem đáp án

Mặt phẳng\[\left( {Oxz} \right)\]: \[y = 0\].

Khoảng cáchtừđiểmAđếnmặtphẳng \[\left( {Oxz} \right)\] là \[d\left( {A,\left( {Oxz} \right)} \right) = \left| {{y_A}} \right| = 2\]. Chọn D.

4. Trắc nghiệm
1 điểm

Trong không gian với hệ tọa độ\[Oxyz\], cho mặt cầu \[\left( S \right):{x^2} + {y^2} + {z^2} + 2x - 2z - 7 = 0\]. Bán kính của mặt cầu đã cho bằng     

A\[3\].                          

\[\sqrt {15} \].

\[\sqrt 7 \].

\[9\].

Xem đáp án

Ta có: \[{x^2} + {y^2} + {z^2} + 2x - 2z - 7 = 0 \Leftrightarrow {\left( {x + 1} \right)^2} + {y^2} + {\left( {z - 1} \right)^2} = 9\].

Suy ra mặt cầu có tâm \[I\left( { - 1;\,0;\,1} \right)\], bán kính \[R = \sqrt 9  = 3\]. Chọn A.

5. Trắc nghiệm
1 điểm

Trong không gian với hệ tọa độ \(Oxyz\), gọi \(M'\) là hình chiếu vuông góc của điểm \(M\left( {1;3; - 2} \right)\) trên trục \(Oz\). Khi đó vectơ \(\overrightarrow {MM'} \) có tọa độ là     

\(\left( {1;3;0} \right)\).

\(\left( {0;0;2} \right)\).

\(\left( { - 1; - 3;0} \right)\).

\(\left( {0;0; - 2} \right)\).

Xem đáp án

Ta có \(M'\left( {0;0; - 2} \right)\). Suy ra \(\overrightarrow {MM'}  = \left( { - 1; - 3;0} \right)\). Chọn C.

6. Trắc nghiệm
1 điểm

Trong không gian với hệ tọa độ \(Oxyz\), cho đường thẳng\[d\] có phương trình tham số là \(\left\{ \begin{array}{l}x = 1 + 2t\\y = 2 - t\\z = - 3 + t\end{array} \right.\,\left( {t \in \mathbb{R}} \right)\). Khi đó phương trình chính tắc của đường thẳng \(d\)     

\(\frac{{x - 1}}{2} = \frac{{y - 2}}{{ - 1}} = \frac{{z + 3}}{1}\).

\(\frac{{x - 1}}{2} = \frac{{y - 2}}{{ - 1}} = \frac{{z - 3}}{1}\).

\(\frac{{x - 1}}{2} = \frac{{y - 2}}{1} = \frac{{z + 3}}{1}\).

\(\frac{{x + 1}}{2} = \frac{{y + 2}}{{ - 1}} = \frac{{z - 3}}{1}\).

Xem đáp án

Đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M\left( {1\,;\,2\,; - 3} \right)\) nhận vectơ \(\overrightarrow u  = \left( {2; - 1;1} \right)\) làm vectơ chỉ phương nên có phương trình dạng chính tắc là \(\frac{{x - 1}}{2} = \frac{{y - 2}}{{ - 1}} = \frac{{z + 3}}{1}\). Chọn A.

7. Trắc nghiệm
1 điểm

Trong chương trình trại hè 2024 – 2025 một nhóm học sinh trường THPT X được giao làm 1 trại hè như hình vẽ. Để trang trí trại cần lắp 1 bóng đèn màu ở vị trí đỉnh trại \(O\). Đặt ổ điện nằm trên mặt đất, hỏi độ dài đoạn dây điện ngắn nhất từ ổ điện đến bóng đèn là bao nhiêu để tiết kiệm chi phí. Biết \(OA\), \(OB\), \(OC\) đôi một vuông góc với nhau.v (ảnh 1)

\(\frac{{9\sqrt {62} }}{{62}}\).

\(\frac{{12\sqrt {63} }}{{63}}\).

\(\frac{{12\sqrt {61} }}{{61}}\).

\(\frac{{6\sqrt {61} }}{{61}}\).

Xem đáp án

Vì \(OA\), \(OB\), \(OC\) đôi một vuông góc với nhau nên ta chọn hệ trục tọa độ \(Oxyz\) như hình vẽ dưới đây.

v (ảnh 2)

Ta có phương trình mặt phẳng \(\left( {ABC} \right)\) là: \(\frac{x}{2} + \frac{y}{3} + \frac{z}{4} = 1 \Leftrightarrow 6x + 4y + 3z - 12 = 0\).

Khoảng cách ngắn nhất của dây điện là độ dài đoạn thẳng \[OH\] với \(H\) là hình chiếu vuông góc của \(O\) lên mặt phẳng \(\left( {ABC} \right)\).

Khi đó, \(OH = d\left( {O,\,\left( {ABC} \right)} \right) = \frac{{\left| { - 12} \right|}}{{\sqrt {{6^2} + {4^2} + {3^2}} }} = \frac{{12}}{{\sqrt {61} }} = \frac{{12\sqrt {61} }}{{61}}\). ChọnC.

8. Trắc nghiệm
1 điểm

Trong không gian với hệ trục tọa độ \[Oxyz\], cho hai điểm \[A\left( {1\,; - 2\,;3} \right)\]\[B\left( {3\,;1\,;1} \right)\]. Đường thẳng \[AB\] có phương trình là    

\[\frac{{x - 1}}{4} = \frac{{y + 2}}{{ - 1}} = \frac{{z - 3}}{4}\].

\[\frac{{x - 1}}{2} = \frac{{y + 2}}{3} = \frac{{z - 3}}{{ - 2}}\].

\[\frac{{x - 4}}{1} = \frac{{y + 1}}{{ - 2}} = \frac{{z - 4}}{3}\].

\[\frac{{x - 2}}{2} = \frac{{y - 3}}{{ - 2}} = \frac{{z + 2}}{3}\].

Xem đáp án

Ta có \[\overrightarrow {AB}  = \left( {2\,;3\,; - 2} \right)\]. Suy ra đường thẳng \[AB\] có vectơ chỉ phương là \[\overrightarrow u  = \left( {2\,;3\,; - 2} \right)\].

Mà đường thẳng \[AB\] đi qua điểm \[A\left( {1; - 2;3} \right)\] nên \[AB\] có phương trình chính tắc là:

\[\frac{{x - 1}}{2} = \frac{{y + 2}}{3} = \frac{{z - 3}}{{ - 2}}\]. Chọn B.

9. Trắc nghiệm
1 điểm

Trong không gian với hệ trục tọa độ \[Oxyz\], cho điểm \(A\left( {2\,;\, - 3\,;\,1} \right)\). Gọi \(B\) là điểm đối xứng với \(A\) qua mặt phẳng \(\left( {Oxy} \right)\). Tọa độ của điểm \(B\)     

\(B\left( { - 2\,;\,3\,;\,1} \right)\).

\(B\left( {2\,;\, - 3\,;\, - 1} \right)\).

\(B\left( {2\,;\, - 3\,;\,0} \right)\).

\(B\left( { - 2\,;\,3\,;\,0} \right)\).

Xem đáp án

Hình chiếu của điểm \(A\) lên \(\left( {Oxy} \right)\) là \(H\left( {2\,;\, - 3\,;\,0} \right)\).

\(H\) là trung điểm \(AB\) nên \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{2{x_H} = {x_A} + {x_B}}\\{2{y_H} = {y_A} + {y_B}}\\{2{z_H} = {z_A} + {z_B}}\end{array}} \right. \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{{x_B} = 2}\\{{y_B} =  - 3}\\{{z_B} =  - 1}\end{array}} \right.\). Vậy \(B\left( {2\,;\, - 3\,;\, - 1} \right)\). Chọn B.

10. Trắc nghiệm
1 điểm

Trong không gian với hệ tọa độ \[Oxyz\], cho mặt phẳng \(\left( \alpha \right):x + 2y - z - 3 = 0\). Khi đó, góc giữa mặt phẳng \(\left( \alpha \right)\) và mặt phẳng \(\left( R \right):3x - 3y - 5z + 2 = 0\) gần nhất với giá trị nào sau đây?      

\[52,2^\circ \].

\[97,2^\circ \].

\[82,8^\circ \].

\[62,8^\circ \].

Xem đáp án

Ta có \({\vec n_{\left( \alpha  \right)}} = \left( {1;2; - 1} \right),\,\,{\vec n_{\left( R \right)}} = \left( {3; - 3; - 5} \right)\) nên

\(cos\left( {\left( \alpha  \right),\left( R \right)} \right) = \frac{{\left| {1 \cdot 3 + 2 \cdot \left( { - 3} \right) + \left( { - 1} \right) \cdot \left( { - 5} \right)} \right|}}{{\sqrt {1 + 4 + 1}  \cdot \sqrt {9 + 9 + 25} }} = \frac{{\sqrt {258} }}{{129}}\).

Vậy \(\left( {\left( \alpha  \right),\left( R \right)} \right) \approx 82,{8^ \circ }\). Chọn C.

11. Trắc nghiệm
1 điểm

Cho hình lập phương\[ABCD.A'B'C'D'\]. Gọi \[O\] là tâm của hình lập phương. Khẳng định nào sau đây là đúng?     

\[\overrightarrow {AO} = \frac{1}{4}\left( {\overrightarrow {AB} + \overrightarrow {AD} + \overrightarrow {AA'} } \right)\].

\[\overrightarrow {AO} = \frac{2}{3}\left( {\overrightarrow {AB} + \overrightarrow {AD} + \overrightarrow {AA'} } \right)\] .

\[\overrightarrow {AO} = \frac{1}{3}\left( {\overrightarrow {AB} + \overrightarrow {AD} + \overrightarrow {AA'} } \right)\].

\[\overrightarrow {AO} = \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {AB} + \overrightarrow {AD} + \overrightarrow {AA'} } \right)\] .

Xem đáp án

Do \[ABCD.A'B'C'D'\] là hình lập phương tâm \[O\] nên \[O\] là trung điểm \[CA'\].

Khi đó, \[\overrightarrow {AO}  = \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {AC}  + \overrightarrow {AA'} } \right) = \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AD}  + \overrightarrow {AA'} } \right)\]. Chọn D.

12. Trắc nghiệm
1 điểm

Trong không gian với hệ tọa độ \(Oxyz\), cho hai điểm \(A\left( {4;\,1;\,0} \right)\)\(B\left( {2;\, - 1;\,2} \right)\). Phương trình mặt phẳng trung trực của đoạn thẳng \(AB\)     

\(x + y - z - 4 = 0\).

\(3x + z - 4 = 0\).

\(3x + z - 2 = 0\).

\(x + y - z - 2 = 0\).

Xem đáp án

Gọi \(M\) là trung điểm của \(AB\), ta có \(M\left( {3;\,0;\,1} \right)\).

Mặt phẳng trung trực \(\left( \alpha  \right)\) của đoạn thẳng \(AB\):

Phương trình \(\left( \alpha  \right)\):\(\,\left( {x - 3} \right) + \left( {y - 0} \right) - \left( {z - 1} \right) = 0 \Leftrightarrow x + y - z - 2 = 0\). Chọn D.

13. Tự luận
1 điểm

PHẦN II. Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 4. Trong mỗi ý a), b), c), d) ở mỗi câu, thí sinh chọn đúng hoặc sai.

Cho tứ diện \(S.ABC\) có ba cạnh \(SA,{\rm{ }}SB,{\rm{ }}SC\) đôi một vuông góc với nhau và \(SA = 2,\)\(SB = 2,SC = 3\). Gọi điểm \(G\) là trọng tâm của tam giác \(ABC\).

a) \(\overrightarrow {GA} + \overrightarrow {GB} + \overrightarrow {GC} = \overrightarrow 0 \).

b) \(\overrightarrow {SA} + \overrightarrow {SB} + \overrightarrow {SC} = 3\overrightarrow {GS} \).

c)Tích vô hướng của hai vectơ \(\overrightarrow {SA} \)\(\overrightarrow {CG} \) bằng \(\frac{4}{3}\).

d) Tang góc giữa hai vectơ \(\overrightarrow {BS} \)\(\overrightarrow {GC} \) bằng \(\sqrt {10} \).

Xem đáp án

c (ảnh 1)

Điểm \(G\) là trọng tâm của tam giác \(ABC\) nên ta có: \(\overrightarrow {GA}  + \overrightarrow {GB}  + \overrightarrow {GC}  = \overrightarrow 0 \).

Khi đó, \(\overrightarrow {SA}  + \overrightarrow {SB}  + \overrightarrow {SC}  = \left( {\overrightarrow {SG}  + \overrightarrow {GA} } \right) + \left( {\overrightarrow {SG}  + \overrightarrow {GB} } \right) + \left( {\overrightarrow {SG}  + \overrightarrow {GC} } \right) = 3\overrightarrow {SG} \).

Gọi \(M\) là trung điểm của \(AB\), ta có:

\(\overrightarrow {SA}  \cdot \overrightarrow {CG}  = \overrightarrow {SA}  \cdot \frac{2}{3}\overrightarrow {CM}  = \frac{2}{3}\overrightarrow {SA}  \cdot \left( {\overrightarrow {CS}  + \overrightarrow {SM} } \right) = \frac{2}{3}\overrightarrow {SA}  \cdot \overrightarrow {CS}  + \frac{2}{3}\overrightarrow {SA}  \cdot \overrightarrow {SM} \).

Vì \(SA \bot SC\) nên \(\overrightarrow {SA}  \cdot \overrightarrow {CS}  = 0\).

Ta có \(\frac{2}{3}\overrightarrow {SA}  \cdot \overrightarrow {SM}  = \frac{2}{3}SA \cdot SM \cdot \cos \widehat {ASM} = \frac{2}{3} \cdot 2 \cdot \sqrt 2  \cdot \cos 45^\circ  = \frac{4}{3}\).

Do đó, \(\overrightarrow {SA}  \cdot \overrightarrow {CG}  = \frac{4}{3}\).

Gọi \(N\) là trung điểm của \(SA\), ta có: \(\overrightarrow {BS}  = 2\overrightarrow {MN} ,\,\overrightarrow {GC}  = \frac{2}{3}\overrightarrow {MC}  \Rightarrow \left( {\overrightarrow {BS} ,\,\overrightarrow {GC} } \right) = \left( {\overrightarrow {MN} ,\,\overrightarrow {MC} } \right) = \widehat {CMN}.\)

Ta có \(MN{\rm{//}}SB,\,SA \bot SB\) nên \(MN \bot SA\). Lại có \(MN \bot SC\,\,\left( {{\rm{do}}\,\,SC \bot \left( {SAB} \right)} \right)\).

Do đó, \(MN \bot \left( {SAC} \right)\). Suy ra \(MN \bot CN\).

Tam giác \(CNM\) vuông tại \(N\) nên \(\tan \widehat {CMN} = \frac{{CN}}{{MN}} = \frac{{\sqrt {10} }}{1} = \sqrt {10} \).

Đáp án:       a) Đúng,      b) Sai,         c) Đúng,      d) Đúng.

14. Tự luận
1 điểm

Cho hình minh hoạ sơ đồ một ngôi nhà trong hệ trục toạ độ\(Oxyz\), trong đó nền nhà, bốnbức tường và hai mái nhà đu là hình chữ nhật.

c (ảnh 1) 

a) Toạ độ điểm \(A\)\(\left( {4;0;0} \right)\).

b) Toạ độ điểm \(H\)\(\left( {0;5;3} \right)\).

c) Góc dốc của mái nhà, tức là số đo của góc nhị diện có cạnh là đường thẳng \(FG\), hai mặt lần lượt là \(\left( {FGQP} \right)\)\(\left( {FGHE} \right)\) xấp xỉ bằng \(26,6^\circ \).

d) Người ta cần nối một sợi dây điện từ điểm \(A\) đến mặt mái \(\left( {PQHE} \right)\). Độ dài tối thiểu của sợi dây điện nhỏ hơn \(4,4\).

Xem đáp án

Vì nền nhà là hình chữ nhật nên tứ giác \(OABC\) là hình chữ nhật, suy ra \({x_A} = {x_B} = 4\).

Do \(A\) nằm trên trục \(Ox\) nên toạ độ điểm \(A\) là \(\left( {4;0;0} \right)\).

Tường nhà là hình chữ nhật nên tứ giác \(OCHE\) là hình chữ nhật, suy ra \({y_H} = {y_C} = 5;{z_H} = {z_E} = 3\).

Do \(H\) nằm trên mặt phẳng \(\left( {Oyz} \right)\) nên toạ độ điểm \(H\) là \(\left( {0;5;3} \right)\).

Để tính góc dốc của mái nhà, ta đi tính số đo của góc nhị diện có cạnh là đường thẳng \(FG\), hai mặt lần lượt là \(\left( {FGQP} \right)\)và \(\left( {FGHE} \right)\). Do mặt phẳng \(\left( {Oxz} \right)\) vuông góc với hai mặt phẳng \(\left( {FGQP} \right)\)và \(\left( {FGHE} \right)\) nên \(\widehat {PFE}\)  là góc phẳng nhị diện ứng với góc nhị diện đó.

Ta có \(\overrightarrow {FP}  = \left( { - 2\,;0\,;\,1} \right),\,\,\overrightarrow {FE}  = \left( { - 4;0\,;\,0} \right)\).

Suy ra \(\cos \widehat {PFE} = \cos \left( {\overrightarrow {FP} ,\overrightarrow {FE} } \right) = \frac{{\overrightarrow {FP}  \cdot \overrightarrow {FE} }}{{\left| {\overrightarrow {FP} } \right| \cdot \left| {\overrightarrow {FE} } \right|}}\)\( = \frac{{\left( { - 2} \right) \cdot \left( { - 4} \right) + 0 \cdot 0 + 1 \cdot 0}}{{\sqrt {{{\left( { - 2} \right)}^2} + {0^2} + {1^2}}  \cdot \sqrt {{{\left( { - 4} \right)}^2} + {0^2} + {0^2}} }} = \frac{{2\sqrt 5 }}{5}\).

Do đó, \(\widehat {PFE} = 26,6^\circ \). Vậy góc dốc của mái nhà khoảng \(26,6^\circ \).

Ta có \(\overrightarrow {PQ}  = \left( {0\,;\,5\,;\,0} \right),\,\,\overrightarrow {PE}  = \left( { - 2\,;\,0\,; - 1} \right)\).

Một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \(\left( {PQHE} \right)\) là \(\overrightarrow n  = \left[ {\overrightarrow {PQ} ,\overrightarrow {PE} } \right] = \left( { - 5\,;\,0\,;\,10} \right)\).

Phương trình mặt phẳng \(\left( {PQHE} \right)\) là \( - x + 2z - 6 = 0\).

Vậy độ dài tối thiểu của sợi dây điện bằng khoảng cách từ \(A\) đến mặt phẳng \(\left( {PQHE} \right)\):

\(d\left( {A,\,\left( {PQHE} \right)} \right) = \frac{{\left| { - 4 - 6} \right|}}{{\sqrt 5 }} = 2\sqrt 5  \approx 4,47 > 4,4\).

Đáp án:       a) Đúng,      b) Đúng,     c) Đúng,      d) Sai.

15. Tự luận
1 điểm

Trong không gian \(Oxyz\), cho điểm \(A\left( {1;\,2;\,5} \right)\) và mặt phẳng\(\left( \alpha \right):x + 2y + 2z - 6 = 0\).

a) Vectơ \(\overrightarrow n = \left( {1;2;2} \right)\)là một vectơ pháp tuyến của \(\left( \alpha \right)\).

b) Mặt phẳng \(\left( \beta \right)\) đi qua điểm \(A\)và song song với mặt phẳng \(\left( \alpha \right)\)có phương trình là\(x + 2y + 2z + 15 = 0\).

c) Phương trình mặt phẳng \(\left( \gamma \right)\) đi qua hai điểm \(O\)\(A\) đồng thời vuông góc với mặt phẳng \(\left( \alpha \right)\)\(2x - y = 0\).

d) Điểm \(M\left( {a\,;\,b\,;\,c} \right) \in \left( \alpha \right)\)sao cho \(A,O,M\) thẳng hàng. Khi đó \(5a + 10b + c = 12\).

Xem đáp án

Theo định nghĩa vectơ \(\overrightarrow n  = \left( {1;2;2} \right)\) là một vectơ pháp tuyến của \(\left( \alpha  \right)\).

Mặt phẳng \(\left( \beta  \right)\) đi qua điểm \(A\) và song song với mặt phẳng \(\left( \alpha  \right)\) nên \[{\vec n_{\left( \beta  \right)}} = \left( {1;2;2} \right)\].

Do đó, \(\left( \beta  \right)\) có phương trình: \(x - 1 + 2\left( {y - 2} \right) + 2\left( {z - 5} \right) = 0 \Leftrightarrow x + 2y + 2z - 15 = 0\).

Mặt phẳng \(\left( \gamma  \right)\) đi qua hai điểm \(O\) và \(A\) đồng thời vuông góc với mặt phẳng \(\left( \alpha  \right)\) nên

\[\left\{ \begin{array}{l}{{\vec n}_{\left( \gamma  \right)}} \bot \overrightarrow {OA}  = \left( {1;2;5} \right)\\{{\vec n}_{\left( \gamma  \right)}} \bot \overrightarrow n  = \left( {1;2;2} \right)\end{array} \right. \Rightarrow {\vec n_{\left( \gamma  \right)}} = \left[ {\overrightarrow {OA} \,,\,\overrightarrow n } \right] = \left( { - 6;3;0} \right) =  - 3\left( {2; - 1;0} \right)\].

Do đó \(\left( \gamma  \right)\) có phương trình: \(2x - y = 0\).

Do \(M \in \left( \alpha  \right):x = 6 - 2y - 2z \Rightarrow M\left( {6 - 2b - 2c;b;c} \right);\,\,a = 6 - 2b - 2c\).

Vì \(A,O,M\) thẳng hàng nên \(\overrightarrow {OM} \) cùng phương \(\overrightarrow {OA} \).

Mà \(\overrightarrow {OM}  = \left( {6 - 2b - 2c;b;c} \right);\,\,\overrightarrow {OA}  = \left( {1;2;5} \right)\). Suy ra \(\frac{{6 - 2b - 2c}}{1} = \frac{b}{2} = \frac{c}{5} \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}b = \frac{4}{5}\\c = 2.\end{array} \right.\)

\( \Rightarrow M\left( {\frac{2}{5};\frac{4}{5};2} \right) \Rightarrow 5a + 10b + c = 2 + 8 + 2 = 12\).

Đáp án:       a) Đúng,      b) Sai,         c) Đúng,      d) Đúng.

16. Tự luận
1 điểm

Trong không gian với hệ tọa độ \[Oxyz\], cho hai đường thẳng \({d_1}:\frac{{x - 3}}{{ - 1}} = \frac{{y + 1}}{2} = \frac{{z - 1}}{3}\)\({d_2}:\left\{ \begin{array}{l}x = - 2t\\y = 1 + t\\z = 2 - 3t\end{array} \right.\;\left( {t \in \mathbb{R}} \right)\).

a) Điểm \(M\left( { - 2;2; - 1} \right)\) nằm trên đường thẳng \({d_2}\).

b) Hai đường thẳng \({d_1}\)\({d_2}\)vuông góc với nhau.

c)Côsin của góc giữa hai đường thẳng \({d_1}\)\({d_2}\) bằng \( - \frac{5}{{14}}\).

d)Hai đường thẳng \({d_1}\)\({d_2}\)cắt nhau.

Xem đáp án

Ta xét hệ: \(\left\{ \begin{array}{l} - 2 =  - 2t\\2 = 1 + t\\ - 1 = 2 - 3t\end{array} \right.\; \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}t = 1\\t = 1\\t = 1\end{array} \right. \Leftrightarrow t = 1\). Do đó \[M \in {d_2}\].

Ta có \({\vec u_1} = \left( { - 1;2;3} \right)\) và \({\vec u_2} = \left( { - 2;1; - 3} \right)\) lần lượt là hai vectơ chỉ phương của \({d_1}\) và \({d_2}\).

Thấy \[{\vec u_1} \cdot {\vec u_2} = 2 + 2 - 9 =  - 5 \ne 0\] nên hai đường thẳng \({d_1}\) và \({d_2}\)  không vuông góc với nhau.

Ta có \[\cos \left( {{d_1},{d_2}} \right) = \left| {\cos \left( {{{\vec u}_1},{{\vec u}_2}} \right)} \right| = \frac{{\left| {{{\vec u}_1} \cdot {{\vec u}_2}} \right|}}{{\left| {{{\vec u}_1}} \right| \cdot \left| {{{\vec u}_2}} \right|}} = \frac{{\left| { - 5} \right|}}{{\sqrt {{{\left( { - 1} \right)}^2} + {2^2} + {3^2}}  \cdot \sqrt {{{\left( { - 2} \right)}^2} + {1^2} + {{\left( { - 3} \right)}^2}} }} = \frac{5}{{14}}\].

Ta có \[\left[ {\overrightarrow {{u_1}} ,\overrightarrow {{u_2}} } \right] = \left( { - 9; - 9;3} \right) \ne \overrightarrow 0 \].

Lấy \(A\left( {3; - 1;1} \right) \in {d_1},\,\,B\left( {0;1;2} \right) \in {d_2} \Rightarrow \overrightarrow {AB}  = \left( { - 3;2;1} \right)\).

Do \[\left[ {\overrightarrow {{u_1}} ,\overrightarrow {{u_2}} } \right] \cdot \overrightarrow {AB}  = 27 - 18 + 3 \ne 0\] nên hai đường thẳng \({d_1}\) và \({d_2}\) chéo nhau.

Đáp án:       a) Đúng,      b) Sai,         c) Sai,          d) Sai.

17. Tự luận
1 điểm

PHẦN III. Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 6.

Trong không gian cho bốn điểm \(A,B,C,D\) thỏa mãn \(\overrightarrow {OA} = \frac{1}{2}\overrightarrow {OB} + \frac{1}{3}\overrightarrow {OC} + x\overrightarrow {OD} \) với \(O\) là một điểm bất kì. Ta xác định được \(x\) để bốn điểm \(A,B,C,D\) đồng phẳng là \(x = \frac{m}{n}\) với \(\frac{m}{n}\) là phân số tối giản, khi đó \(n - m\) bằng bao nhiêu?

Xem đáp án

Ta có\(\overrightarrow {OA}  = \frac{1}{2}\overrightarrow {OB}  + \frac{1}{3}\overrightarrow {OC}  + x\overrightarrow {OD} \)\[ \Leftrightarrow \overrightarrow {OA}  = \frac{1}{2}\left( {\overrightarrow {OA}  + \overrightarrow {AB} } \right) + \frac{1}{3}\left( {\overrightarrow {OA}  + \overrightarrow {AC} } \right) + x\left( {\overrightarrow {OA}  + \overrightarrow {AD} } \right)\]

\[ \Leftrightarrow \left( {1 - \frac{1}{2} - \frac{1}{3} - x} \right)\overrightarrow {OA}  = \frac{1}{2}\overrightarrow {AB}  + \frac{1}{3}\overrightarrow {AC}  + x\overrightarrow {AD} \]\[ \Leftrightarrow \left( {\frac{1}{6} - x} \right)\overrightarrow {OA}  = \frac{1}{2}\overrightarrow {AB}  + \frac{1}{3}\overrightarrow {AC}  + x\overrightarrow {AD} \].

Để bốn điểm \(A,B,C,D\) đồng phẳng thì \(\frac{1}{6} - x = 0 \Rightarrow x = \frac{1}{6}\). Suy ra \(m = 1,n = 6\). Vậy \(n - m = 5\).

Đáp án:\(5\).

18. Tự luận
1 điểm

Trong không gian với hệ tọa độ \(Oxyz,\)cho ba điểm \[A\left( {1;1;1} \right)\], \[B\left( { - 2;1;0} \right)\]\[C\left( {2; - 3;1} \right)\]. Điểm \(S\left( {a;b;c} \right) \in \left( {Oyz} \right)\) sao cho \(P = S{A^2} + S{B^2} + 3S{C^2}\) đạt giá trị nhỏ nhất. Tính giá trị của biểu thức \(T = a - 5b + 5c\).

Xem đáp án

Gọi \(I\) là điểm sao cho \[\overrightarrow {IA}  + \overrightarrow {IB}  + 3\overrightarrow {IC}  = \overrightarrow 0  \Rightarrow I\left( {1; - \frac{7}{5};\frac{4}{5}} \right)\].

Ta có \[P = S{A^2} + S{B^2} + 3S{C^2} = {\overrightarrow {SA} ^2} + {\overrightarrow {SB} ^2} + 3{\overrightarrow {SC} ^2}\]

 \[ = {\left( {\overrightarrow {SI}  + \overrightarrow {IA} } \right)^2} + {\left( {\overrightarrow {SI}  + \overrightarrow {IB} } \right)^2} + 3{\left( {\overrightarrow {SI}  + \overrightarrow {IC} } \right)^2} = 5S{I^2} + I{A^2} + I{B^2} + 3I{C^2}\].

Do các điểm \(A,B,C,I\) xác định nên \[P = S{A^2} + S{B^2} + 3S{C^2}\] đạt giá trị nhỏ nhất khi và chỉ khi \(SI\) nhỏ nhất hay \(S\) là hình chiếu vuông góc của điểm \(I\) trên mặt phẳng \(\left( {Oyz} \right)\). Do đó \(S\left( {0; - \frac{7}{5};\frac{4}{5}} \right).\)

Vậy \(T = a - 5b + 5c = 0 - 5 \cdot \left( { - \frac{7}{5}} \right) + 5 \cdot \frac{4}{5} = 11\).

Đáp án:\(11\).

19. Tự luận
1 điểm

Trong không gian với hệ trục tọa độ \(Oxyz\), cho hai điểm \(A\left( { - 1;\;2;\;0} \right),\;B\left( {1;\;1;\;3} \right)\) và mặt phẳng \(\left( P \right):x - 2y + 3z - 5 = 0\). Mặt phẳng \(\left( Q \right)\) đi qua hai điểm \(A,\;B\) và vuông góc \(\left( P \right)\) có phương trình là \(2x - ay - bz + c = 0.\) Tính giá trị của biểu thức \(a + 2b + 3c\).

Xem đáp án

Gọi \(\vec n\) là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \(\left( Q \right)\).

Vì \(\left( Q \right)\) đi qua hai điểm \(A,\;B\) và vuông góc \(\left( P \right)\) nên \(\vec n \bot \overrightarrow {AB} \) và \(\vec n \bot {\vec n_{\left( P \right)}}\) với \(\overrightarrow {AB}  = \left( {2;\, - 1;\,3} \right)\) và \({\vec n_{\left( P \right)}} = \left( {1;\, - 2;\,3} \right)\) là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \(\left( P \right)\).

Xét \(\vec n = \left[ {\overrightarrow {AB} ,\,{{\vec n}_{\left( P \right)}}} \right] = \left( {3;\, - 3;\, - 3} \right) = 3\left( {1;\, - 1;\, - 1} \right)\).

Do đó \({\vec n_{\left( Q \right)}} = \left( {1;\, - 1;\, - 1} \right)\) là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng \(\left( Q \right)\).

Vậy mặt phẳng \(\left( Q \right)\) đi qua điểm \(A\left( { - 1;\;2;\;0} \right)\)và có vectơ pháp tuyến \({\vec n_{\left( Q \right)}} = \left( {1;\, - 1;\, - 1} \right)\) nên có phương trình là: \(\left( {x + 1} \right) - \left( {y - 2} \right) - z = 0\)\( \Leftrightarrow x - y - z + 3 = 0\)\( \Leftrightarrow 2x - 2y - 2z + 6 = 0\).

Suy ra \(a = 2,\,b = 2,\,c = 6\) nên \(a + 2b + 3c = 24\).

Đáp án:\(24\).

20. Tự luận
1 điểm

Trong không gian với hệ tọa độ \(Oxyz\), cho hai điểm \(A\left( {1;0; - 2} \right),\,\,B\left( {3;2;2} \right)\). Tập hợp điểm \(M\left( {x;y;z} \right)\) thay đổi thỏa mãn \(\overrightarrow {MA} \cdot \overrightarrow {MB} = 10\) nằm trên mặt cầu bán kính \(R\). Tìm bán kính \(R\).

Xem đáp án

Ta có \(\overrightarrow {AM}  = \left( {x - 1;y;z + 2} \right),\,\,\overrightarrow {BM}  = \left( {x - 3;y - 2;z - 2} \right)\).

Theo giả thiết \(\overrightarrow {MA}  \cdot \overrightarrow {MB}  = 10 \Leftrightarrow \overrightarrow {AM}  \cdot \overrightarrow {BM}  = 10\)\( \Leftrightarrow \left( {x - 1} \right)\left( {x - 3} \right) + y\left( {y - 2} \right) + \left( {z + 2} \right)\left( {z - 2} \right) = 10\)

\( \Leftrightarrow {x^2} + {y^2} + {z^2} - 4x - 2y - 11 = 0\)\( \Leftrightarrow {\left( {x - 2} \right)^2} + {\left( {y - 1} \right)^2} + {z^2} = 16\).

Vậy tập hợp điểm \(M\left( {x;y;z} \right)\) nằm trên mặt cầu bán kính \(R = \sqrt {16}  = 4\).

Đáp án:\(4\).

21. Tự luận
1 điểm

Trong không gian \(Oxyz\), cho điểm \(A\left( {1\,; - 1\,;\,2} \right)\), đường thẳng \(d:\,\frac{{x + 1}}{2} = \frac{y}{1} = \frac{{z - 2}}{1}\) và mặt phẳng \(\left( P \right):x + y - 2{\rm{z}} + 5 = 0\). Xét đường thẳng \(\Delta \) cắt \(d\)\(\left( P \right)\) tại lần lượt hai điểm \(M,{\rm{ }}N\) sao cho \(A\) là trung điểm của đoạn thẳng\(MN\). Biết vectơ \(\overrightarrow u \, = \left( {1\,;\,a\,;\,b} \right)\)là một vectơ chỉ phương của đường thẳng \(\Delta \). Tính giá trị của biểu thức \(4a + b\).

Xem đáp án

Gọi điểm \(M\left( {2t - 1\,;\,t\,;\,t + 2} \right)\, \in d\).

Vì \(A\) là trung điểm của \(MN\) nên ta có tọa độ của điểm \(N\left( {3 - 2t\,;\, - 2 - t\,;\,2 - t} \right)\).

Mà điểm \(N\) thuộc mặt phẳng \(\left( P \right)\) nên ta có: \(3 - 2t - 2 - t - 4 + 2t + 5 = 0\)\( \Leftrightarrow t = 2\).

Vậy \(M\left( {3\,;\,2\,;\,4} \right)\) và vectơ \(\overrightarrow {AM}  = \left( {2\,;\,3\,;\,2} \right)\) là một vectơ chỉ phương của đường thẳng \(\Delta \).

Chọn \(\overrightarrow u \, = \left( {1\,;\,\frac{3}{2}\,;\,1} \right)\) là một vectơ chỉ phương của \(\Delta \). Ta có \(4a + b = 4 \cdot \frac{3}{2} + 1 = 7\).

Đáp án:\(7\).

22. Tự luận
1 điểm

Trong không gian với hệ tọa độ \(Oxyz\), cho hình lập phương \(OBCD.O'B'C'D'\) có cạnh bằng \(9\) sao cho điểm \(D\) thuộc tia \[Ox\], điểm \(B\) thuộc tia \(Oy\) và điểm \(O'\) thuộc tia \(Oz\). Điểm \(M\) thuộc cạnh \(O'B'\) sao cho \(O'B' = 3O'M\). Một con kiến bò từ vị trí \(M\) qua sáu mặt của hình lập phương đã cho rồi quay lại vị trí điểm \(M\) sao cho quãng đường đi được của con kiến là ngắn nhất. Hỏi với cách bò như vậy, con kiến đã bò qua bao nhiêu điểm mà điểm đó có hoành độ, tung độ và cao độ là các số nguyên dương?

Xem đáp án

Ta có hình vẽ sau:

Hỏi với cách bò như vậy, con kiến đã bò qua bao nhiêu điểm mà điểm đó có hoành độ, tung độ và cao độ là các số nguyên dương? (ảnh 1)

Giả sử con kiến bò theo đường \(MNPQRSM\).

Ta trải phẳng các mặt của hình lập phương và minh họa đường đi ngắn nhất của con kiến như hình sau:

Hỏi với cách bò như vậy, con kiến đã bò qua bao nhiêu điểm mà điểm đó có hoành độ, tung độ và cao độ là các số nguyên dương? (ảnh 2)

Gắn hệ trục \(O'xy\) như hình vẽ. Do độ dài cạnh hình lập phương là \(9\) và \(O'M = \frac{1}{3}O'B' = 3\) nên trong hệ trục tọa độ này, ta có đường thẳng \(d\) minh họa đường đi ngắn nhất của con kiến đi qua các điểm có tọa độ \(\left( {3;0} \right)\), \(\left( {30;27} \right)\).

Phương trình đường thẳng \(d\): \(y = x - 3\).

Các đoạn thẳng \(MN,PQ,RS\) lần lượt thuộc các mặt phẳng tọa độ \(\left( {yOz} \right),\left( {xOy} \right),\left( {xOz} \right)\) nên trong không gian, tọa độ của các điểm thuộc các đoạn thẳng này không thỏa yêu cầu bài toán (hoành độ, tung độ và cao độ là các số nguyên dương).

Vậy ta chỉ cần đếm tổng số điểm có tọa độ nguyên dương thuộc các đoạn thẳng \(NP,QR,SM\)(không tính các đầu mút) trong hệ tọa độ \(O'xy\).

Xét đoạn \(NP\):

Điểm \(I\left( {{x_0};{y_0}} \right) \in NP\) và có tọa độ là các số nguyên dương khi \(\left\{ \begin{array}{l}9 < {x_0} < 12\\{x_0} \in \mathbb{N}\end{array} \right. \Rightarrow {x_0} &  \in \left\{ {10;11} \right\}\). Trường hợp này có 2 điểm.

Hai trường hợp còn lại tương tự.

Kết luận: có tất cả \(6\) điểm thỏa mãn yêu cầu bài toán.

Đáp án:\(6\).