Giải SBT Toán 12 Chân trời sáng tạo Bài 2. Phương trình đường thẳng trong không gian có đáp án
7 câu hỏi
Cho đường thẳng d có phương trình tham số \[\left\{ \begin{array}{l}x = 7 + 5t\\y = 3 + 11t\\z = 9 - 6t\end{array} \right.\].
Tìm một điểm trên d và một vectơ chỉ phương của d.
Do d có phương trình tham số \[\left\{ \begin{array}{l}x = 7 + 5t\\y = 3 + 11t\\z = 9 - 6t\end{array} \right.\] nên d đi qua điểm M(7; 3; 9) và có một vectơ chỉ phương là \[\overrightarrow u \] = (5; 11; −6).
Lập phương trình tham số của đường thẳng d trong mỗi trường hợp sau:
a) d đi qua điểm A(1; −5; 0) và có vectơ chỉ phương \[\overrightarrow a = \left( {2;0;7} \right)\];
b) d đi qua hai điểm M(3; −1; −1); N(5; 1; 2).
a) Phương trình tham số của đường thẳng d là: \[\left\{ \begin{array}{l}x = 1 + 2t\\y = - 5\\z = 7t\end{array} \right.\].
b) Ta có: \[\overrightarrow {MN} = \left( {2;2;3} \right)\] là vectơ chỉ phương của đường thẳng d.
Phương trình tham số của đường thẳng d là: \[\left\{ \begin{array}{l}x = 5 + 2t\\y = 1 + 2t\\z = 2 + 3t\end{array} \right.\].
Lập phương trình chính tắc của đường thẳng d trong mỗi trường hợp sau:
a) d đi qua điểm M(9; 0; 0) và có vectơ chỉ phương \[\overrightarrow a = \left( {5; - 11;4} \right)\];
b) d đi qua hai điểm A(6; 0; −1), B(8; 3; 2);
c) d có phương trình tham số \[\left\{ \begin{array}{l}x = 2t\\y = - 1 + 7t\\z = 3 - 6t\end{array} \right.\].
a) Phương trình chính tắc của đường thẳng d là: \[\frac{{x - 9}}{5} = \frac{x}{{ - 11}} = \frac{z}{4}\].
b) Ta có: \[\overrightarrow {AB} = \left( {2;3;3} \right)\] là vectơ chỉ phương của đường thẳng d.
Phương trình tham số của đường thẳng d là: \[\frac{{x - 6}}{2} = \frac{y}{3} = \frac{{z + 1}}{3}\].
c) Ta có: \[\left\{ \begin{array}{l}x = 2t\\y = - 1 + 7t\\z = 3 - 6t\end{array} \right.\]
⇒ \[\left\{ \begin{array}{l}t = \frac{x}{2}\\t = \frac{{y + 1}}{7}\\t = \frac{{z - 3}}{{ - 6}}\end{array} \right.\]
nên phương trình chính tắc của đường thẳng d là: \[\frac{x}{2} = \frac{{y + 1}}{7} = \frac{{z - 3}}{{ - 6}}\].
Xét phương trình tương đối giữa hai đường thẳng d và d' trong mỗi trường hợp sau:
a) d: \[\left\{ \begin{array}{l}x = t\\y = 1 + 3t\\z = 1 - t\end{array} \right.\] và d': \[\left\{ \begin{array}{l}x = 2 + 2t'\\y = 7 + 6t'\\z = - 1 - 2t'\end{array} \right.\];
b) d: \[\frac{{x - 2}}{2} = \frac{y}{3} = \frac{z}{1}\] và d': \[\frac{x}{4} = \frac{y}{6} = \frac{z}{2}\];
c) d: \[\left\{ \begin{array}{l}x = 1 + t\\y = 1 + t\\z = 2 - t\end{array} \right.\] và d': \[\frac{{x - 2}}{2} = \frac{{y - 2}}{3} = \frac{{z - 1}}{1}\];
d) \[\frac{{x - 1}}{2} = \frac{{y - 1}}{1} = \frac{{z - 2}}{1}\] và d': \[\left\{ \begin{array}{l}x = 2\\y = 1 + t\\z = 7\end{array} \right.\].
a) Đường thẳng d đi qua điểm M(0; 1; 1) và nhận \[\overrightarrow a \] = (1; 3; −1) làm vectơ chỉ phương.
Đường thẳng d' đi qua điểm M'(2; 7; −1) và nhận \[\overrightarrow {a'} \]= (2; 6; −2) làm vectơ chỉ phương.
Ta có: \[\left\{ \begin{array}{l}\overrightarrow {MM'} = \left( {2;6; - 2} \right)\\\overrightarrow {a'} = 2\overrightarrow a = \overrightarrow {MM'} \end{array} \right.\], suy ra \[\overrightarrow a ,\overrightarrow {a'} ,\overrightarrow {MM'} \] cùng phương.
Do đó d ≡ d'.
b) Đường thẳng d đi qua điểm M(2; 0; 0) và nhận \[\overrightarrow a \] = (2; 3; 1) làm vectơ chỉ phương.
Đường thẳng d' đi qua điểm M'(0; 0; 0) và nhận \[\overrightarrow {a'} \]= (4; 6; 2) làm vectơ chỉ phương.
Ta có: \[\left\{ \begin{array}{l}\overrightarrow {MM'} = \left( { - 2;0;0} \right)\\\overrightarrow {a'} = 2\overrightarrow a \\\left[ {\overrightarrow a ,\overrightarrow {MM'} } \right] = \left( {\left| {\begin{array}{*{20}{c}}3&1\\0&0\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}1&2\\0&2\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}2&3\\2&0\end{array}} \right|} \right) = \left( {0;2; - 6} \right) \ne \overrightarrow {0.} \end{array} \right.\]
Do đó d ∥d'.
c) Đường thẳng d đi qua điểm M(1; 1; 2) và nhận \[\overrightarrow a \] = (1; 1; −1) làm vectơ chỉ phương.
Đường thẳng d' đi qua điểm M'(2; 2; 1) và nhận \[\overrightarrow {a'} \]= (2; 3; 1) làm vectơ chỉ phương.
Ta có: \[\left\{ \begin{array}{l}\overrightarrow {MM'} = \left( {1;0;5} \right)\\\left[ {\overrightarrow a ,\overrightarrow {a'} } \right] = \left( { - 1;0;2} \right) \ne \overrightarrow 0 \\\left[ {\overrightarrow a ,\overrightarrow {a'} } \right]\overrightarrow {MM'} = 0.\end{array} \right.\]
Do đó hai đường thẳng d và d' chéo nhau.
Tính góc α trong mỗi trường hợp sau:
a) α là góc giữa hai vectơ \[\overrightarrow a = \left( {1;1; - 1} \right)\] và \[\overrightarrow b = \left( {5;2;7} \right)\];
b) α là góc giữa hai đường thẳng d: \[\left\{ \begin{array}{l}x = 1 + t\\y = 2 - \sqrt 3 t\\z = 5\end{array} \right.\] và d': \[\left\{ \begin{array}{l}x = 1 - \sqrt 3 t'\\y = 7 + t'\\z = 9\end{array} \right.\];
c) α là góc giữa hai mặt phẳng (P): 4x + 2y – z + 9 = 0 và (Q): x + y + 6z – 11 =0;
d) α là góc giữa đường thẳng d: \[\frac{x}{2} = \frac{y}{{ - 1}} = \frac{z}{1}\] và mặt phẳng (P): x + y − z + 99 = 0.
a) Ta có: cosα = \[\frac{{\overrightarrow a .\overrightarrow b }}{{\left| {\overrightarrow a } \right|.\left| {\overrightarrow b } \right|}} = \frac{{1.5 + 1.2 - 1.7}}{{\sqrt {{1^2} + {1^2} + {{\left( { - 1} \right)}^2}} .\sqrt {{5^2} + {2^2} + {7^2}} }} = 0\]⇒ α = 90°.
b) Vectơ chỉ phương của hai đường thẳng d và d' lần lượt là \[\overrightarrow a = \left( {1; - \sqrt 3 ;0} \right)\] và \[\overrightarrow {a'} = \left( { - \sqrt 3 ;1;0} \right)\].
Khi đó, cosα = \[\frac{{\left| {\overrightarrow a .\overrightarrow {a'} } \right|}}{{\left| {\overrightarrow a } \right|.\left| {\overrightarrow {a'} } \right|}} = \frac{{\left| {1.\left( { - \sqrt 3 } \right) + \left( { - \sqrt 3 } \right).2 + 0.0} \right|}}{{\sqrt {{1^2} + {{\left( { - \sqrt 3 } \right)}^2} + {0^2}} .\sqrt {{{\left( { - \sqrt 3 } \right)}^2} + {1^2} + {0^2}} }} = \frac{{\sqrt 3 }}{2}\]⇒ α = 30°.
c) Ta có vectơ pháp tuyến của (P) và (Q) lần lượt là \[\overrightarrow n = \left( {4;2; - 1} \right),\overrightarrow {n'} = \left( {1;1;6} \right)\].
Khi đó cosα = \[\frac{{\overrightarrow n .\overrightarrow {n'} }}{{\left| {\overrightarrow n } \right|.\left| {\overrightarrow {n'} } \right|}} = \frac{{\left| {4.1 + 2.1 - 1.6} \right|}}{{\sqrt {{4^2} + {2^2} + {{\left( { - 1} \right)}^2}} .\sqrt {{1^2} + {1^2} + {6^2}} }} = 0\]⇒ α = 90°.
d) Ta có vectơ chỉ phương của d là vectơ pháp tuyến của (P) lần lượt là \[\overrightarrow a = \left( {2; - 1;1} \right),\overrightarrow n = \left( {1;1; - 1} \right)\].
Khi đó sinα = \[\frac{{\left| {\overrightarrow n .\overrightarrow a } \right|}}{{\left| {\overrightarrow n } \right|.\left| {\overrightarrow a } \right|}} = \frac{{\left| {2.1 - 1.1 + 1.\left( { - 1} \right)} \right|}}{{\sqrt {{2^2} + {{\left( { - 1} \right)}^2} + {1^2}} .\sqrt {{1^2} + {1^2} + {{\left( { - 1} \right)}^2}} }} = 0\]⇒ α = 0°.
Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh bằng 4. Mặt bên SAB là tam giác cân tại S có chiều cao bằng 6 và nằm trong mặt phẳng vuông góc với đáy.
a) Tính góc α giữa hai đường thẳng SD và BC;
b) Tính góc β giữa hai mặt phẳng (SAD) và (SCD).
Gọi O là trung điểm của AB, suy ra SO ⊥ (ABCD).
Chọn hệ trục Oxyz như hình bên.
Ta có: S(0; 0; 6), A(2; 0; 0), B(−2; 0; 0), C(−2; 4; 0), D(2; 4; 0).
a) Ta có: \[\overrightarrow {SD} = \left( {2;4; - 6} \right),\overrightarrow {BC} = \left( {0;4;0} \right)\].
Suy ra cosα = \[\frac{{\left| {\overrightarrow {SD} .\overrightarrow {BC} } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {SD} } \right|.\left| {\overrightarrow {BC} } \right|}} = \frac{{\left| {2.0 + 4.4 - 6.0} \right|}}{{\sqrt {{2^2} + {4^2} + {{\left( { - 6} \right)}^2}} .\sqrt {{0^2} + {4^2} + {0^2}} }} = \frac{{\sqrt {14} }}{7}\]⇒ α ≈ 57,7°.
b) Mặt phẳng (SAD) có cặp vectơ chỉ phương là \[\overrightarrow {SD} = \left( {2;4; - 6} \right)\], \[\overrightarrow {SA} = \left( {2;0; - 6} \right)\].
Ta có: \[\left[ {\overrightarrow {SD} ,\overrightarrow {SA} } \right] = \left( {\left| {\begin{array}{*{20}{c}}4&{ - 6}\\0&{ - 6}\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 6}&2\\{ - 6}&2\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}2&4\\2&0\end{array}} \right|} \right)\] = (−24; 0; −8) = −8(3; 0; 1).
Vậy \[\overrightarrow n = \left( {3;0;1} \right)\] là vectơ pháp tuyến của (SAD).
Mặt phẳng (SCD) có cặp vectơ chỉ phương là: \[\overrightarrow {DC} = \left( { - 4;0;0} \right)\], \[\overrightarrow {SD} = \left( {2;4; - 6} \right)\].
Ta có: \[\left[ {\overrightarrow {SD} ,\overrightarrow {DC} } \right] = \left( {\left| {\begin{array}{*{20}{c}}4&{ - 6}\\0&0\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 6}&2\\0&{ - 4}\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}2&4\\{ - 4}&0\end{array}} \right|} \right)\] = (0; 24; 16) = 8(0; 3; 2).
Vậy \[\overrightarrow {n'} = \left( {0;3;2} \right)\].
Suy ra cosβ = \[\frac{{\overrightarrow n .\overrightarrow {n'} }}{{\left| {\overrightarrow n } \right|.\left| {\overrightarrow {n'} } \right|}} = \frac{{\left| {3.0 + 0.3 + 1.2} \right|}}{{\sqrt {{3^2} + {0^2} + {1^2}} .\sqrt {{0^2} + {3^2} + {2^2}} }} = \frac{2}{{\sqrt {130} }}\]⇒ β ≈ 79,9°.
Người ta muốn dựng một cột ăng – ten trên một sườn đồi. Ăng – ten được dựng thẳng đứng trong không gian Oxyz với độ dài đơn vị trên mỗi trục bằng 1 m. Gọi O là gốc cột, A là điểm buộc dây cáp vào cột ăng – ten và M, N là hai điểm neo dây cáp xuống mặt sườn đồi (Hình 6). Cho biết tọa độ các điểm nói trên lần lượt là O(0; 0; 0), A(0; 0; 6), M(3; −4; 3), N(−5; −2; 2).
a) Tính độ dài các đoạn dây cáp MA và NA.
b) Tính góc tạo bởi các sợi dây cáp MA, NA với mặt phẳng sườn đồi.
a) Ta có: \[\overrightarrow {MA} = \left( { - 3;4;3} \right),\overrightarrow {NA} = \left( {5;2;4} \right)\], suy ra
MA = \[\sqrt {{{\left( { - 3} \right)}^2} + {4^2} + {3^2}} \]= \[\sqrt {34} \]≈ 5,8 (m),
NA = \[\sqrt {{5^2} + {2^2} + {4^2}} = \sqrt {45} \] ≈ 6,7 (m).
b) Mặt phẳng (OMN) có cặp vectơ chỉ phương là \[\overrightarrow {OM} = \left( {3; - 4;3} \right),\overrightarrow {ON} = \left( { - 5 - 2;2} \right)\] nên có vectơ pháp tuyến \[\overrightarrow n = \left[ {\overrightarrow {OM} ,\overrightarrow {ON} } \right] = \left( {\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 4}&3\\{ - 2}&2\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}3&3\\2&{ - 5}\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}3&{ - 4}\\{ - 5}&{ - 2}\end{array}} \right|} \right)\]
= (−2; −21; −26).
Gọi α, β lần lượt là góc tạo bởi MA, NA với mặt phẳng (AMN).
Ta có: sinα = \[\frac{{\left| {\overrightarrow {MA} .\overrightarrow n } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {MA} } \right|.\left| {\overrightarrow n } \right|}} = \frac{{\left| { - 3.\left( { - 2} \right) + 4.\left( { - 21} \right) + 3.\left( { - 26} \right)} \right|}}{{\sqrt {{{\left( { - 3} \right)}^2} + {4^2} + {3^2}} .\sqrt {{{\left( { - 2} \right)}^2} + {{\left( { - 21} \right)}^2} + {{\left( { - 26} \right)}^2}} }}\]
= \[\frac{{156}}{{\sqrt {38114} }}\].
⇒ α ≈ 53°;
Sinβ = \[\frac{{\left| {\overrightarrow {NA} .\overrightarrow n } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {NA} } \right|.\left| {\overrightarrow n } \right|}} = \frac{{\left| {5.\left( { - 2} \right) + 2.\left( { - 21} \right) + 4.\left( { - 26} \right)} \right|}}{{\sqrt {{5^2} + {2^2} + {4^2}} .\sqrt {{{\left( { - 2} \right)}^2} + {{\left( { - 21} \right)}^2} + {{\left( { - 26} \right)}^2}} }}\]
\[ = \frac{{156}}{{\sqrt {50445} }}\].
⇒ β ≈ 44°.
