Phương trình đường thẳng - Bài tập phần 21

Bài tập: Trong không gian \( Oxyz \), cho đường thẳng \( d: \frac{x + 1}{2} = \frac{y + 1}{1} = \frac{z - 3}{1} \). Mặt phẳng \( P: x + 2y - z + 5 = 0 \). Mặt phẳng \( \alpha \) chứa đường thẳng \( d \) và tạo với mặt phẳng \( P \) một góc nhỏ nhất có phương trình:
\(A.  y - z + 3 = 0 \quad  B.  x + y - z + 2 = 0 \quad  C.  x - y - z + 3 = 0 \quad  D.  y - z + 4 = 0 \)

Đáp án:

- \( d \cap mp \, D = A \)  
- Lấy \( I \in d \), hạ \( IH \perp mp \, \alpha \)  
- \( mp \, \alpha \cap mp(P) = \Delta \)  
- Hạ \( HK \perp \Delta \)  
- \( \text{Góc } (\text{mp } P, \text{mp } \alpha) = \angle IKH \)

\( 0^\circ < \varphi \leq 90^\circ \)  \( \sin \varphi = \frac{IH}{IK} \geq \frac{IH}{IA} \)  

\( \varphi \) nhỏ nhất \( \Leftrightarrow \sin \varphi \) nhỏ nhất \( \Leftrightarrow K \equiv A \)  
\( \Leftrightarrow HI \perp \Delta  \Leftrightarrow \Delta \perp d \).  

\( \begin{cases} \vec{u}_\Delta \perp \vec{u}_d = (2, 1, 1) \\ \vec{u}_\Delta \perp \vec{n_P} = (1, 2, -1) \end{cases} \Rightarrow \vec{u}_\Delta = [\vec{u}_d, \vec{u}_{P}] = (-3, 3, 3) \parallel (-1, 1, 1). \)

\( \begin{cases} \vec{n}_\alpha \perp \vec{u_d} = (2, 1, 1) \\ \vec{n}_\alpha \perp \vec{u}_\Delta = (-1, 1, 1) \end{cases} \Rightarrow \vec{n}_\alpha = [\vec{u}_d, \vec{u}_\Delta] = (0, -3, 3) \parallel (0, 1, -1). \)

Mặt phẳng \( \alpha \) qua \( A( -1, -1, 3 ) \perp \vec{n}_\alpha = (0, 1, -1) \)  
\( \Rightarrow \text{pt mp } \alpha: y - z + 4 = 0 \Rightarrow \boxed{D} \)

page102


Bài tập: Cho \( A(1, 2, -1) \), \( B(0, 4, 0) \), và mặt phẳng \( P: 2x - y - 2z + 1 = 0 \). Gọi \( (Q) \) là mặt phẳng qua \( A, B \) sao cho góc \( \alpha \) tạo bởi \( mpP \) và \( mpQ \) nhỏ nhất. Giá trị của \( \cos \alpha \) là:
\(A.  \cos \alpha = \frac{1}{9}  \quad B.  \cos \alpha = \frac{1}{6} \)  
\(C.  \cos \alpha = \frac{2}{3}  \quad D.  \cos \alpha = \frac{\sqrt{3}}{3} \)  

Đáp án:

Mặt phẳng \( Q \) qua \( A, B \) và chứa đường thẳng \( \Delta \) với:  
\( \vec{u}_{\Delta} = \left[ \begin{split} \overrightarrow{AB} = (-1,  2, 1) \\ \vec{n}_P = (2, -1, -2) \end{split} \right] = (-3, 0, -3) \)

\( \vec{n}_Q = \left[ \begin{split} &\vec{u}_{\Delta} = (-3,0,-3) \\ &\vec{AB} = (-1,2,1) \end{split} \right] = (6, 6, -6) \parallel (1, 1, -1) \)

\( \cos \alpha = \left| \cos(\vec{n_P}, \vec{n_Q}) \right|= \left|\frac{\vec{n}_P \cdot \vec{n}_Q}{|\vec{n}_P| \cdot |\vec{n}_Q|}\right| \)

\( = \frac{|2-1+2|}{3\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{3}}{3} \Rightarrow \boxed{D}\)

page103


Bài tập: Trong không gian \( Oxyz \) cho điểm \( A(1, 2, 3) \) và đường thẳng \( \Delta \): \( \frac{x - 1}{2} = \frac{y + 2}{1} = \frac{z - 3}{-2} \). Viết phương trình đường thẳng \( d \) qua \( A \) vuông góc với \( \Delta \) sao cho khoảng cách giữa \( d \) và \( \Delta \) lớn nhất.
\(A.  d: \begin{cases} x = 1 - 11t, \\ y = 2 + 6t, \\ z = 3 - 8t \end{cases} \quad  B.  d: \begin{cases} x = 1 + t, \\ y = 2 - 2t, \\ z = 3 \end{cases} \quad  C.  d: \begin{cases} x = 1 + 3t, \\ y = 2 - 2t, \\ z = 3 + 2t \end{cases} \quad  D.  d: \begin{cases} x = 1 + t, \\ y = 2 + 4t, \\ z = 3 + 3t. \end{cases} \)

Đáp án:

\( \begin{cases} d \text{ qua } A  \\ d \perp \Delta  \end{cases} \implies d \subset \text{mp } (P) \text{ qua } A, \text{mp } (P) \perp \Delta. \)

\( d (\Delta, d) = d (H, d) = HE \leq HA. \) 

\( d (\Delta, d) \text{ nhỏ nhất } \iff E \equiv A \implies d \perp \text{mp } (A, \Delta) \text{ tại } A. \) 

\( d \text{ qua } B(1, -2, 0) \text{ và } \vec{u}_\Delta = (2, 1, -2), \vec{AB} = (0, -4, -3) \)  

\(\Rightarrow \vec{u}_d =[\overrightarrow{u_\Delta}, \overrightarrow{AB}] = (-11, 6, -8) \) 

\( \Rightarrow d: 
\begin{cases}
x = 1 - 11t \\
y = 2 + 6t \\
z = 3 - 8t
\end{cases} \Rightarrow \boxed{A}\)

page104


Bài tập: Cho hai điểm \( M(1,2,3) \), \( A(2,4,1) \) và hai mặt phẳng:  \( (P): x + y - 2z + 1 = 0 \) , \( (Q): x - 2y - z + 4 = 0 \)  Viết phương trình đường thẳng \( \Delta \) qua \( M \), cắt \( (P_1) \), \( (P_2) \) lần lượt tại \( B \) và \( C \), sao cho tam giác \( \triangle ABC \) cân tại \( A \) và nhận \( AM \) làm trung tuyến.
\( A.  \Delta: \frac{x - 1}{-1} = \frac{y - 2}{-1} = \frac{z - 3}{1} \quad
B.  \Delta: \frac{x - 1}{2} = \frac{y - 2}{-1} = \frac{z - 3}{1} \)  
\( C.  \Delta: \frac{x - 1}{1} = \frac{y - 2}{1} = \frac{z - 3}{1} \quad
D.  \Delta: \frac{x - 1}{1} = \frac{y - 2}{-1} = \frac{z - 3}{-1} \)

Đáp án:
Giả sử \( B(a, b, c) \): \( M(1,2,3) \) là trung điểm \( BC  \Rightarrow C(2-a, 4-b, 6-c) \).  
\( B \in (P) \Leftrightarrow a + b - 2c + 1 = 0 \).  
\( C \in (Q) \Leftrightarrow -a + 2b + c - 8 = 0 \).  
 \( \Delta ABC \) cân tại \( A \Leftrightarrow \vec{MA} = (1, 2, 1) \perp \vec{BC} = (2-2a, 4-2b, 6-2c) \).  
 \(\Leftrightarrow 2- 2a + 8 - 4b + 6 - 2c = 0 \Leftrightarrow a + 2b + c - 8 = 0 \).  

Tóm lại: \( \begin{cases} a + b - 2c = -1 \\ -a + 2b + c = 8 \\ a + 2b + c = -8 \end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases} a = 0 \\ b = 3 \\ c = 2 \end{cases} \).  
\( \Rightarrow \begin{cases} B(0,3,2)  \\  C(2,1,4)  \end{cases} \Rightarrow \vec{BC}=(2,-2,2) \| (1,-1,1)  \Rightarrow \boxed{D} \).

page105


Bài tập: Trong không gian \( Oxyz \), cho điểm \( A(0,4,-3) \). Xét đường thẳng \( d \) thay đổi, song song với trục \( Oz \) và cách trục \( Oz \) một khoảng bằng \( 3 \).  Khi khoảng cách từ \( A \) đến \( d \) nhỏ nhất, \( d \) đi qua điểm nào dưới đây?  
\( A. P(-3,0,-3) \quad  B. M(0,-3,-5)   \quad C. N(0,3,-5)   \quad D. Q(0,5,-3) \)

Đáp án:

Dựa vào hình vẽ, ta có khoảng cách từ \( A \) đến đường thẳng \( d \) nhỏ nhất khi \( d \) qua điểm \( B(0,3,0) \) và có vectơ chỉ phương \( \vec{u} = (0,0,1) \). Do đó, đường thẳng \( d \) có phương trình:  

\( \begin{cases} x = 0 \\ y = 3 \\ z = t \end{cases} \)

Điểm \( N(0,3,-5) \in d \). Chọn \( \boxed{C} \).

page106