Vectơ trong không gian. Tọa độ trong không gian bài tập phần 5

Bài tập: Cho điểm \( M(1, 1, 2) \). Tìm điểm \( M' \in \text{mp}(Oyz) \) sao cho \( MM' \) ngắn nhất.
A. \( M'(0, 1, 2) \)              
B. \( M'(0, 2, 1) \)          
C. \( M'(1, 0, 2) \)              
D. \( M'(1, 1, 0) \)

Lời giải

\(C_1 \)Thử!  

\( MM' \) ngắn nhất \( \Leftrightarrow M' \) là hình chiếu \( \perp \) của \( M \) xuống mp (Oyz)  

\( \Leftrightarrow M'(0, 1, 2) \)

\(\Rightarrow\) Vậy chọn \(\boxed{\text{C}} \)

Chống thử: Gọi \( M'(0, a, b) \) nào cho \( MM' \) ngắn nhất khi đó: \( a + b \) bằng:  
                        A. 2                              B. 3                          C. -2                              D. 1

\(\Rightarrow\) Vậy chọn \(\boxed{\text{B}} \)

page 30



Bài tập: Cho \( A(2, 3, 1) \), \( B(1, 1, 0) \). Tìm điểm \( M \in \text{mp}(Oxy) \) sao cho \( P = |\overrightarrow{MA} - 2\overrightarrow{MB}| \) đạt giá trị nhỏ nhất.
A. \( M(1, 1, 0) \)                                      
B. \( M(0, -1, 0) \)  
C. \( M(-1, 1, 0) \)                                         
D. \( M(1, -1, 0) \)

Lời giải

Có thể thử!  

Đổi nhiều: Gọi \( M(a, b, 0) \in \text{mp}(Oxy) \) nào cho \( D = |\overrightarrow{MA} - 2\overrightarrow{MB}| \) nhỏ nhất. Khi đó \( a + b \) bằng:
                        A. -2                          B. -1                          C. 1                              D. 0  

*Gọi \( I \) là điểm tùy ý:  
\( \overrightarrow{MA} - 2\overrightarrow{MB} = (\overrightarrow{MI} + \overrightarrow{IA}) - 2(\overrightarrow{MI} + \overrightarrow{IB}) = -\overrightarrow{MI} + \overrightarrow{IA} - 2\overrightarrow{IB}\)

*  Tìm điểm \( I(a, b, c) \) sao cho:  \( \overrightarrow{IA} - 2\overrightarrow{IB} = \vec{0} \)

\(
\begin{cases}
(2 - a) - 2(1 - a) = 0 \\
(3 - b) - 2(1 - b) = 0 \\
(1 - c) - 2(0 - c) = 0
\end{cases}
\Leftrightarrow 
\begin{cases}
a = 0 \\
b = -1 \\
c = -1
\end{cases}
\Leftrightarrow  I(0, -1, -1)
\)

•   Khi đó \( P = IM \) nhỏ nhất  

\( \Leftrightarrow M \) là hình chiếu vuông góc của \( I(0, -1, -1) \) xuống mặt phẳng \( Oxy \).  
\( \Leftrightarrow M(0, -1, 0) \)

\(\Rightarrow\) Vậy chọn \(\boxed{\text{B}} \)

 

*  \( M \in \text{mp}(Oxy) \Leftrightarrow M(a, b, 0) \)

\( \overrightarrow{MA} - 2\overrightarrow{MB} = (2 - a, 3 - b, 1) - 2(1 - a, 1 - b, 0) = (a, b + 1, 1) \)

\( \Rightarrow  P = |\overrightarrow{MA} - 2\overrightarrow{MB}| = \sqrt{a^2 + (b + 1)^2 + 1} ≥ 1
\)

 P đạt Min \(\Leftrightarrow \begin{cases}a = 0 \\b = -1\end{cases}\)

\(\Rightarrow\) Vậy chọn \(\boxed{\text{B}} \)

page 31


Bài tập: Cho \( A(3, 1, 0) \), \( B(0, 1, 1) \). Tìm điểm \( M \in \text{mp}(Oxz) \) sao cho \( P = |3\overrightarrow{AM} - 2\overrightarrow{BM}| \) nhỏ nhất.
A. \( M(3, 0, 1) \)                                                      
B. \( M(9, 0, -2) \)                                 
C. \( M(-6, 0, 2) \)                                                     
D. \( M(-3, 0, 2) \)

Lời giải

•   \(
3\overrightarrow{AM} - 2\overrightarrow{BM} = 3(\overrightarrow{AI} + \overrightarrow{IM}) - 2(\overrightarrow{BI} + \overrightarrow{IM}) = 3\overrightarrow{AI} - 2\overrightarrow{BI} + \overrightarrow{IM}
\)

•   Tìm \( I(a, b, c) \) sao cho:  \( 3\overrightarrow{AI} - 2\overrightarrow{BI} = \vec{0} \)

\(
\begin{cases}
3(a - 3) - 2(a - 0) = 0 \\
3(b - 1) - 2(b - 1) = 0 \\
3(c - 0) - 2(c - 1) = 0
\end{cases}
\Leftrightarrow 
\begin{cases}
a = 9 \\
b = 1 \\
c = -2
\end{cases}
\Leftrightarrow  I(9, 1, -2) 
\)

\(\Rightarrow M(9, 0, -2) \)

\(\Rightarrow\) Vậy chọn \(\boxed{\text{B}} \)

page 32


Bài tập: Cho \( A(2, -4, 2) \), \( B(5, -1, -1) \), \( C(0, 0, 6) \). Tìm điểm \( M \in \text{mp}(Oxz) \) sao cho: \(|\overrightarrow{MA} + 2\overrightarrow{MB} + 3\overrightarrow{MC}| \) nhỏ nhất.
A. \( M(2, 0, 3) \)                                                          
B. \( M(-2, 0, 3) \)                                            
C. \( M(-2, 0, -3) \)                                                         
D. \( M(2, 0, -3) \)

Lời giải

*  Gọi \( I \) là một điểm tùy ý.  
\(\overrightarrow{MA} + 2\overrightarrow{MB} + 3\overrightarrow{MC} = 6\overrightarrow{MI} + \overrightarrow{IA} + 2\overrightarrow{IB} + 3\overrightarrow{IC}\) 
* Tìm điểm \( I(a, b, c) \) sao cho \( \overrightarrow{IA} + 2\overrightarrow{IB} + 3\overrightarrow{IC} = \vec{0} \)

\(\begin{cases}(2 - a) + 2(5 - a) + 3(- a) = 0 \\(-4 - b) + 2(-1 - b) + 3(- b) = 0 \\(2 - c) + 2(-1 - c) + 3(6 - c) = 0\end{cases}\)

 \(\Leftrightarrow\begin{cases}
-6a + 12 = 0 \\
-6b - 6 = 0 \\
-6c + 18 = 0
\end{cases}
\Leftrightarrow
\begin{cases}
a = 2 \\b = -1 \\
c = 3
\end{cases}
\Leftrightarrow I(2, -1, 3)\)

Khi đó \( |\overrightarrow{MA} + 2\overrightarrow{MB} + 3\overrightarrow{MC}| = 6\overrightarrow{MI} \), với \(( M \in \text{mp}Oxz) \) nhỏ nhất  

 \(\Leftrightarrow M \) là hình chiếu vuông góc của \( I(2, -1, 3) \) xuống mặt phẳng \( Oxz \)  

 \( \Leftrightarrow M(2, 0, 3) \)

\(\Rightarrow\) Vậy chọn \(\boxed{\text{A}} \)

Gọi \( M(a, 0, b) \) sao cho: \( |\overrightarrow{MA} + 2\overrightarrow{MB} + 3\overrightarrow{MC}| \) nhỏ nhất. Khi đó \( a + b \) bằng:  
                        A. \( 3 \)                              B. \( 5 \)                              C. \( 7 \)                              D. \( 9 \)

•  \(M(2, 0, 3) \)
•  \(\overrightarrow{MA} + 2\overrightarrow{MB} + 3\overrightarrow{MC} = (2 - a, -4, 2 - b) + 2(5 - a, -1, -1 - b) + 3(-a, 0, 6 - b)\)

                                             \(= (12 - 6a, -6, 18 - 6b)\)

\(P = \sqrt{36(2 - a)^2 + 36(3 - b)^2 + 36} \quad \geq 36\)

 P đạt Min \(\Leftrightarrow
\begin{cases}a = 2 \\b = 3\end{cases}\)

\( \Rightarrow a + b = 5 \)

\(\Rightarrow\) Vậy chọn \(\boxed{\text{B}} \)

page 33


Bài tập: Cho \( A(1, 1, 0) \), \( B(0, 0, 3) \). Đặt \( P = 2\overrightarrow{MA}^2 - \overrightarrow{MB}^2 \), trong đó \( M \) là điểm thuộc mặt phẳng \( Oxz \).  \( P \) đạt giá trị nhỏ nhất khi \( M \) có tọa độ là:
A. \( (0, 3, 2) \)                                          
B. \( (0, 1, 2) \)                            
C. \( (0, 2, -3) \)                                         
D. \( (0, 1, -1) \)

Lời giải

Có thể dùng phương pháp thử! 
\(
P = 2\left( \overrightarrow{MI} + \overrightarrow{IA} \right)^2 - \left( \overrightarrow{MI} + \overrightarrow{IB} \right)^2
\)

    \(= 2\left( \overrightarrow{MI}^2 + 2\overrightarrow{MI} .\overrightarrow{IA} + \overrightarrow{IA}^2 \right) - \left( \overrightarrow{MI}^2 + 2\overrightarrow{MI} . \overrightarrow{IB} + \overrightarrow{IB}^2 \right)\)

    \(= \overrightarrow{MI}^2 + 2\overrightarrow{MI} . \left( 2\overrightarrow{IA} - \overrightarrow{IB} \right) + 2\overrightarrow{IA}^2 - \overrightarrow{IB}^2\)

* Tìm \( I(a, b, c) \) sao cho:  \( 2\overrightarrow{IA} - \overrightarrow{IB} = \vec{0} \) 

\(
\begin{cases}
2(1 - a) - (0 - a) = 0 \\
2(6 - b) - (0 - b) = 0 \\
2(0 - c) - (3 - c) = 0
\end{cases}
\Leftrightarrow
\begin{cases}
a = 2 \\
b = 2 \\
c = -3
\end{cases}
\Leftrightarrow
 I(2, 2, -3) \)

\( \Rightarrow M(0, 2, -3) \) 

\(\Rightarrow\) Vậy chọn \(\boxed{\text{C}} \)

Gọi \( M(0, a, b) \) sao cho \( P = 2\overrightarrow{MA}^2 - \overrightarrow{MB}^2 \) nhỏ nhất. Khi đó \( a + b \) bằng:  
                   A. \( 1 \)                              B. \( -1 \)                                  C. \( 2 \)                                       D. \( -2 \)

 \( M(0, a, b): \) 

\( P = 2\left[ 1 + (1 - a)^2 + b^2 \right] - \left[ a^2 + (3 - b)^2 \right] \)  
    \(= a^2 - 4a + b^2 + 6b - 5 \)
    \(= (a - 2)^2 + (b + 3)^2 - 18 \)

\(\Rightarrow\) Vậy chọn \(\boxed{\text{B}} \)

page 34