Giải SBT Toán 12 Tập 2 KNTT Bài 16. Công thức tính góc trong không gian có đáp án
6 câu hỏi
Trong không gian Oxyz, tính góc giữa hai đường thẳng:
∆: \(\frac{{x - 2}}{1} = \frac{{y + 2}}{{ - 1}} = \frac{z}{2}\) và ∆': \(\left\{ \begin{array}{l}x = 3 + 2t\\y = - 1 + t\\z = 3 + t\end{array} \right.\).
Ta có: \(\overrightarrow {{u_\Delta }} \) = (1; −1; 2) và \(\overrightarrow {{u_{\Delta '}}} \) = (2; 1; 1) lần lượt là vectơ chỉ phương của đường thẳng ∆ và ∆'.
Do đó, cos\(\left( {\Delta ,\Delta '} \right)\) = \(\left| {\cos \left( {\overrightarrow {{u_\Delta }} ,\overrightarrow {{u_{\Delta '}}} } \right)} \right| = \frac{{\left| {\overrightarrow {{u_\Delta }} .\overrightarrow {{u_{\Delta '}}} } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {{u_\Delta }} } \right|.\left| {\overrightarrow {{u_{\Delta '}}} } \right|}} = \frac{{\left| {1.2 + 1.( - 1) + 2.1} \right|}}{{\sqrt {{1^2} + {{\left( { - 1} \right)}^2} + {2^2}} .\sqrt {{2^2} + {1^2} + {1^2}} }}\) = \(\frac{1}{2}\).
⇒\(\left( {\Delta ,\Delta '} \right)\) = 60°.
Vậy góc giữa hai đường thẳng bằng 60°.
Trong không gian Oxyz, tính góc giữa đường thẳng ∆: \(\frac{{x + 3}}{{ - 2}} = \frac{{y + 1}}{1} = \frac{{z - 1}}{2}\) và mặt phẳng (P): x + 2y – 2z + 3 = 0.
Ta có: \(\overrightarrow {{u_\Delta }} \) = (−2; 1; 2) là vectơ chỉ phương của đường thẳng d.
\(\overrightarrow {{n_P}} \) = (1; 2; −2) là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (P).
Do đó: sin\(\left( {\Delta ,\left( P \right)} \right)\) = \(\left| {\cos \left( {\overrightarrow {{u_\Delta }} ,\overrightarrow {{n_P}} } \right)} \right|\) = \(\frac{{\left| {\overrightarrow {{u_\Delta }} \overrightarrow {{n_P}} } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {{u_\Delta }} } \right|.\left| {\overrightarrow {{n_P}} } \right|}} = \frac{{\left| { - 2.1 + 1.2 + 2.( - 2)} \right|}}{{\sqrt {{1^2} + {{\left( { - 2} \right)}^2} + {2^2}} .\sqrt {{2^2} + {1^2} + {{\left( { - 2} \right)}^2}} }}\) = \(\frac{4}{9}\)
⇒\(\left( {\Delta ,\left( P \right)} \right)\) ≈ 26,4°.
Trong không gian Oxyz, tính góc giữa hai mặt phẳng (P): 2x – y + 2z – 1 = 0 và (Q): x + y – z = 0.
Ta có: \(\overrightarrow {{n_P}} \)= (2; −1; 2), \(\overrightarrow {{n_Q}} \) = (1; 1; −1) lần lượt là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (P) và (Q).
Do đó: cos\(\left( {\left( P \right),\left( Q \right)} \right)\) = \(\left| {\cos \left( {\overrightarrow {{n_P}} ,\overrightarrow {{n_Q}} } \right)} \right| = \frac{{\left| {\overrightarrow {{n_P}} .\overrightarrow {{n_Q}} } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {{n_P}} } \right|.\left| {\overrightarrow {{n_Q}} } \right|}} = \frac{{\left| {2.1 + \left( { - 1} \right).1 + 2.\left( { - 1} \right)} \right|}}{{\sqrt {{2^2} + {{\left( { - 1} \right)}^2} + {2^2}} .\sqrt {{1^2} + {1^2} + \left( { - {1^2}} \right)} }}\)= \(\frac{{\sqrt 3 }}{9}\).
⇒\(\left( {\left( P \right),\left( Q \right)} \right)\) ≈ 78,9°.
Trong không gian Oxyz, cho đường thẳng ∆: \(\left\{ \begin{array}{l}x = 1\\y = 2 + \sqrt 3 t\\z = - 3 + t\end{array} \right.\).
a) Tính góc giữa đường thẳng ∆ và mặt phẳng (Oxy).
b) Tính góc giữa đường thẳng ∆ và trục Oy.
a) Ta có: \(\overrightarrow {{u_\Delta }} \) = (0; \(\sqrt 3 \); 1) là vectơ chỉ phương của đường thẳng ∆.
\(\overrightarrow k \) = (0; 0; 1) là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (Oxy).
Do đó, \(\sin \left( {\Delta ,\left( {Oxy} \right)} \right)\) = \(\left| {\cos \left( {\overrightarrow {{u_\Delta }} ,\overrightarrow k } \right)} \right|\) = \(\frac{{\left| {\overrightarrow {{u_\Delta }} .\overrightarrow k } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {{u_\Delta }} } \right|.\left| {\overrightarrow k } \right|}} = \frac{{\left| {0.0 + \sqrt 3 .0 + 1.1} \right|}}{{\sqrt {{0^2} + {{\left( {\sqrt 3 } \right)}^2} + {1^2}} .\sqrt {{0^2} + {0^2} + {1^2}} }}\) = \(\frac{1}{2}\).
⇒\(\left( {\Delta ,\left( {Oxy} \right)} \right)\) = 30°.
Trong không gian Oxyz, đường băng của một sân bay thuộc trục Oy.Một máy bay sau khi chạy đà trên đường băng đó đã cất cánh tại điểm A(0; 2; 0) với vận tốc không đổi trong khoảng thời gian ngắn ban đầu, vectơ vận tốc \(\overrightarrow v \) = (1; 4; 1). Hỏi trong khoảng thời gian ngắn nói trên, máy bay chuyển động trên đường thẳng nào và góc cất cánh của máy bay bằng bao nhiêu?
Trong khoảng thời gian ngắn đó, máy bay chuyển động trên đường thẳng ∆ đi qua A nhận \(\overrightarrow v \) = (1; 4; 1) làm vectơ chỉ phương. Phương trình đường thẳng ∆ là: \(\frac{x}{1} = \frac{{y - 2}}{4} = \frac{z}{1}\).
Một vectơ chỉ phương của trục Oy là \(\overrightarrow j \) = (0; 1; 0).
Ta có: cos(∆, Oy) = \(\frac{{\left| {\overrightarrow v .\overrightarrow j } \right|}}{{\left| {\overrightarrow v } \right|.\left| {\overrightarrow j } \right|}}\) = \(\frac{{\left| {1.0 + 4.1 + 1.0} \right|}}{{\sqrt {{1^2} + {4^2} + {1^2}} .\sqrt {{0^2} + {1^2} + {0^2}} }} = \frac{{2\sqrt 2 }}{3}\).
⇒ (∆, Oy) ≈ 19,5°.
Trong không gian Oxyz, hai con đường tại một nút giao thông tương ứng thuộc hai đường thẳng:
∆1: \(\frac{{x - 2}}{1} = \frac{{y + 1}}{2} = \frac{z}{1}\) và ∆2: \(\frac{{x + 1}}{3} = \frac{{y - 2}}{1} = \frac{{z + 1}}{4}\).
a) Nút giao thông trên có phải là nút giao thông khác mức hay không?
b) Tại nút giao thông nói trên, hai con đường tạo với nhau một góc bằng bao nhiêu độ?
Đường thẳng ∆1 qua điểm A(2; −1; 0) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {{u_1}} \) = (1; 2; 1).
Đường thẳng ∆2 qua điểm B(−1; 2; −1) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {{u_2}} \) = (3; 1; 4).
a) Ta có: \(\overrightarrow {AB} \) = (−3; 3; −1), \(\left[ {\overrightarrow {{u_1}} ,\overrightarrow {{u_2}} } \right]\) = (7; −1; −5).
⇒\(\left[ {\overrightarrow {{u_1}} ,\overrightarrow {{u_2}} } \right].\overrightarrow {AB} \) = −19 ≠ 0.
Suy ra ∆1 và ∆2 chéo nhau.
Vậy nút giao thông đó là nút giao thông khác mức.
b) Ta có: cos(∆1, ∆2) = \(\frac{{\left| {\overrightarrow {{u_1}} ,\overrightarrow {{u_2}} } \right|}}{{\left| {\overrightarrow {{u_1}} } \right|.\left| {\overrightarrow {{u_2}} } \right|}} = \frac{{\left| {1.3 + 2.1 + 1.4} \right|}}{{\sqrt {{1^2} + {2^2} + {1^2}} .\sqrt {{3^2} + {1^2} + {4^2}} }}\) = \(\frac{9}{{\sqrt {156} }}\).
⇒ (∆1, ∆2) ≈ 43,9°.
