CÔNG THỨC TÍNH NHANH 1:
CÁCH XÁC ĐỊNH NHANH TOẠ ĐỘ TÂM ĐƯỜNG TRÒN NỘI TIẾP TAM GIÁC TRONG KHÔNG GIAN OXYZ
Bài viết này Vted trình bày cho các em một công thức xác định nhanh toạ độ tâm của đường tròn nội tiếp tam giác trong bài toán Hình giải tích không gian Oxyz.
Chú ý với I là tâm nội tiếp tam giác ABC ta có đẳng thức véctơ sau đây:
\[BC.\overrightarrow {IA} + CA.\overrightarrow {IB} + AB.\overrightarrow {IC} = \overrightarrow 0 \]
Chuyển qua toạ độ trong không gian Oxyz, ta có thể xác định được nhanh toạ độ điểm I như sau:
Ví dụ 1: Trong không gian với hệ toạ độ $Oxyz,$ cho tam giác $ABC$ với toạ độ các đỉnh $A(1;1;1),B(4;1;1),C(1;1;5).$ Tìm toạ độ điểm $I$ là tâm đường tròn nội tiếp tam giác $ABC.$
A. $I(-2;-1;-2).$
B. $I(2;-1;2).$
C. $I(2;1;2).$
D. $I(1;2;2).$ .
Lời giải. Ta có $BC=5, CA=4, AB=3$.Do đó
Vậy $\boxed{I(2;1;2){\text{ (C)}}}.$
Ví dụ 2: Trong không gian với hệ toạ độ $Oxyz,$ cho hai điểm $A(2;2;1),B\left( -\frac{8}{3};\frac{4}{3};\frac{8}{3} \right).$ Đường thẳng đi qua tâm đường tròn nội tiếp tam giác $AOB$ và vuông góc với mặt phẳng $(AOB)$ có phương trình là
A. $\frac{x+1}{1}=\frac{y-3}{-2}=\frac{z+1}{2}.$
C. $\frac{x+\frac{1}{3}}{1}=\frac{y-\frac{5}{3}}{-2}=\frac{z-\frac{11}{6}}{2}.$
B. $\frac{x+1}{1}=\frac{y-8}{-2}=\frac{z-4}{2}.$
D. $\frac{x+\frac{2}{9}}{1}=\frac{y-\frac{2}{9}}{-2}=\frac{z+\frac{5}{9}}{2}.$ .
CÔNG THỨC TÍNH NHANH 2
XÁC ĐỊNH BÁN KÍNH NGOẠI TIẾP TAM GIÁC
Ta đã biết công thức từ chương trình hệ thức lượng Hình học Toán 10 như sau:
Ta biết được rằng \[R=\frac{abc}{4S},\]
trong đó $a,b,c$ là độ dài ba cạnh tam giác và $S$ là diện tích tam giác.
Áp dụng trong hình toạ độ không gian $Oxyz,$ ta được
\[R=\frac{AB.BC.CA}{2\left| \left[ \overrightarrow{AB},\overrightarrow{AC} \right] \right|}.\]
trong đó tất cả các phép toán có trong công thức trên hoàn toàn bấm trực tiếp bằng máy tính.
Câu 1. Trong không gian với hệ toạ độ $Oxyz,$ cho ba điểm $A(2;0;-1),B(1;-2;3),C(0;1;2).$ Tính bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác $ABC.$
A. $\frac{7\sqrt{11}}{10}.$
B. $\frac{7\sqrt{11}}{5}.$
C. $\frac{11\sqrt{7}}{10}.$
D. $\frac{11\sqrt{7}}{5}.$
Giải.
Ta có $AB=\sqrt{21},BC=\sqrt{11},CA=\sqrt{14},{{S}_{ABC}}=\frac{1}{2}\left| \left[ \overrightarrow{AB},\overrightarrow{AC} \right] \right|=5\sqrt{\frac{3}{2}}.$
Vì vậy \[R=\frac{AB.BC.CA}{4{{S}_{ABC}}}=\frac{\sqrt{21}.\sqrt{11}.\sqrt{14}}{4.5\sqrt{\frac{3}{2}}}=\frac{7\sqrt{11}}{10}.\]
Chọn đáp án A.
*Chú ý. Thao tác tất cả bằng máy tính, kết quả $R\approx 2,3216375$ lẻ sau đó Bình phương kết quả ta được ${{R}^{2}}=\frac{539}{100}\Rightarrow R=\frac{7\sqrt{11}}{10}.$
CÔNG THỨC TÍNH NHANH 3
XÁC ĐỊNH TOẠ ĐỘ HÌNH CHIẾU CỦA MỘT ĐIỂM LÊN CÁC TRỤC TOẠ ĐỘ, MẶT PHẲNG TOẠ ĐỘ
• Xét điểm $M({{x}_{0}};{{y}_{0}};{{z}_{0}})$ khi đó toạ độ hình chiếu vuông góc của $M$ lên các trục toạ độ $Ox,Oy,Oz$ lần lượt là $A({{x}_{0}};0;0),B(0;{{y}_{0}};0),C(0;0;{{z}_{0}}).$
• Xét điểm $M({{x}_{0}};{{y}_{0}};{{z}_{0}})$ khi đó toạ độ hình chiếu vuông góc của $M$ lên các mặt phẳng toạ độ $(Oxy),(Oyz),(Ozx)$ lần lượt là $A({{x}_{0}};{{y}_{0}};0),B(0;{{y}_{0}};{{z}_{0}}),C({{x}_{0}};0;{{z}_{0}}).$
Ví dụ 1. Viết phương trình mặt phẳng đi qua các hình chiếu vuông góc của $M(3;2;6)$ trên các trục toạ độ $Ox,Oy,Oz.$
Giải. Ta có $A(3;0;0),B(0;2;0),C(0;0;6)\Rightarrow (ABC):\frac{x}{3}+\frac{y}{2}+\frac{z}{6}=1.$
Ví dụ 2. Viết phương trình mặt phẳng đi qua các hình chiếu vuông góc của $M(1;2;3)$ trên các mặt phẳng toạ độ $(Oxy),(Oyz),(Ozx).$
CÔNG THỨC TÍNH NHANH 4
XÁC ĐỊNH TOẠ ĐỘ ĐIỂM ĐỐI XỨNG QUA ĐƯỜNG THẲNG, MẶT PHẲNG
• Xét điểm $M({{x}_{0}};{{y}_{0}};{{z}_{0}})$ và mặt phẳng $(P):ax+by+cz+d=0.$
Điểm $N(x;y;z)$ đối xứng với $M$ qua mặt phẳng $(P)$ có toạ độ là nghiệm của hệ
*Chú ý. Trong hệ phương trình trên hoặc a = 0 hoặc b = 0 hoặc c = 0 thì tương ứng x =x0 hoặc y =y0 hoặc z =z0.
• Toạ độ điểm $N(x;y;z)$ là hình chiếu vuông góc của điểm
Ví dụ 1. Trong không gian với hệ toạ độ $Oxyz,$ cho mặt phẳng $(P):2x-3y+5z-4=0$ và kí hiệu $(Q)$ là mặt phẳng đối xứng với mặt phẳng $(P)$ qua mặt phẳng $(Oxz).$ Hỏi phương trình của mặt phẳng $(Q)$ là ?
A. $(Q):2x+3y+5z-4=0.$
C. $(Q):2x+3y+5z+4=0.$
B. $(Q):2x-3y+5z+4=0.$
D. $(Q):2x-3y+5z-4=0.$
Giải. Xét điểm $M({{x}_{0}};{{y}_{0}};{{z}_{0}})\in (P),N(x;y;z)$ là điểm đối xứng của $M$ qua $(Oxz),$ ta có 
Thay vào phương trình của $(P),$ ta được: $2x-3(-y)+5z-4=0\Rightarrow (Q):2x+3y+5z-4=0.$ Chọn đáp án A.
Ví dụ 2. Trong không gian với hệ toạ độ $Oxyz,$ cho mặt phẳng $(P):x+2y+3z+4=0.$ Biết $M,N$ là hai điểm đối xứng với nhau qua mặt phẳng $(P)$ và $M$ thuộc mặt cầu $(T):{{x}^{2}}+{{(y+4)}^{2}}+{{z}^{2}}=5.$ Hỏi điểm $N$ thuộc mặt cầu nào dưới đây ?
A. $(S):{{x}^{2}}+{{y}^{2}}+{{z}^{2}}-\frac{8}{7}x+\frac{40}{7}y-\frac{24}{7}z+\frac{45}{7}=0.$
B. $(S):{{x}^{2}}+{{y}^{2}}+{{z}^{2}}-\frac{8}{7}x-\frac{40}{7}y-\frac{24}{7}z+\frac{45}{7}=0.$
C. $(S):{{x}^{2}}+{{y}^{2}}+{{z}^{2}}+\frac{8}{7}x+\frac{40}{7}y+\frac{24}{7}z+\frac{45}{7}=0.$
D. $(S):{{x}^{2}}+{{y}^{2}}+{{z}^{2}}+\frac{8}{7}x-\frac{40}{7}y+\frac{24}{7}z+\frac{45}{7}=0.$
CÔNG THỨC TÍNH NHANH 5
MẶT PHẲNG PHÂN GIÁC CỦA HAI MẶT PHẲNG GIAO NHAU
Xét hai mặt phẳng $(\alpha ):{{a}_{1}}x+{{b}_{1}}y+{{c}_{1}}z+{{d}_{1}}=0,(\beta ):{{a}_{2}}x+{{b}_{2}}y+{{c}_{2}}z+{{d}_{2}}=0.$
Khi đó phương trình mặt phẳng phân giác của góc tạo bởi $(\alpha ),(\beta )$ là
\[\frac{{{a}_{1}}x+{{b}_{1}}y+{{c}_{1}}z+{{d}_{1}}}{\sqrt{a_{1}^{2}+b_{1}^{2}+c_{1}^{2}}}=\pm \frac{{{a}_{2}}x+{{b}_{2}}y+{{c}_{2}}z+{{d}_{2}}}{\sqrt{a_{2}^{2}+b_{2}^{2}+c_{2}^{2}}}.\]
CÔNG THỨC TÍNH NHANH 6
VIẾT PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG PHÂN GIÁC TRONG VÀ NGOÀI CỦA TAM GIÁC
Xét tam giác $ABC,$ khi đó đường phân giác trong góc $A$ có véctơ chỉ phương là
\[\overrightarrow{u}=\frac{1}{AB}\overrightarrow{AB}+\frac{1}{AC}\overrightarrow{AC}.\]
Ngược lại, đường phân giác ngoài góc $A$ có véctơ chỉ phương là
\[\overrightarrow{u}=\frac{1}{AB}\overrightarrow{AB}-\frac{1}{AC}\overrightarrow{AC}.\]
Ví dụ 1. Trong không gian với hệ toạ độ $Oxyz,$ cho tam giác $ABC$ với $A(1;-2;1),B(-2;2;1),C(1;-2;2).$ Hỏi đường phân giác trong của góc $A$ của tam giác $ABC$ cắt mặt phẳng $(Oyz)$ tại điểm nào sau đây ?
A. $\left( 0;-\frac{4}{3};\frac{8}{3} \right).$
B. $\left( 0;-\frac{2}{3};\frac{4}{3} \right).$
C. $\left( 0;-\frac{2}{3};\frac{8}{3} \right).$
D. $\left( 0;\frac{2}{3};-\frac{8}{3} \right).$
Giải.
Ta có véctơ chỉ phương của phân giác trong góc $A$ là x
Chọn đáp án C.
CÔNG THỨC TÍNH NHANH 7
PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG PHÂN GIÁC CỦA HAI ĐƯỜNG THẲNG CẮT NHAU
Hai đường thẳng ${{d}_{1}},{{d}_{2}}$ cắt nhau tại điểm $A({{x}_{0}};{{y}_{0}};{{z}_{0}})$ và có véctơ chỉ phương lần lượt là $\overrightarrow{{{u}_{1}}}({{a}_{1}};{{b}_{1}};{{c}_{1}}),\overrightarrow{{{u}_{2}}}({{a}_{2}};{{b}_{2}};{{c}_{2}}).$
Đường thẳng phân giác của góc tạo bởi hai đường thẳng này có véctơ chỉ phương được xác định theo công thức
$\overrightarrow{u}=\frac{1}{\left| {{u}_{1}} \right|}.\overrightarrow{{{u}_{1}}}\pm \frac{1}{\left| {{u}_{2}} \right|}.\overrightarrow{{{u}_{2}}}=\frac{1}{\sqrt{a_{1}^{2}+b_{1}^{2}+c_{1}^{2}}}\left( {{a}_{1}};{{b}_{1}};{{c}_{1}} \right)\pm \frac{1}{\sqrt{a_{2}^{2}+b_{2}^{2}+c_{2}^{2}}}\left( {{a}_{2}};{{b}_{2}};{{c}_{2}} \right).$
Chi tiết có hai phân giác:
Nếu $\overrightarrow{{{u}_{1}}}\overrightarrow{{{u}_{2}}}>0\Rightarrow \overrightarrow{u}=\frac{1}{\left| {{u}_{1}} \right|}.\overrightarrow{{{u}_{1}}}+\frac{1}{\left| {{u}_{2}} \right|}.\overrightarrow{{{u}_{2}}}$ là véctơ chỉ phương của phân giác tạo bởi góc nhọn giữa hai đường thẳng và $\overrightarrow{u}=\frac{1}{\left| {{u}_{1}} \right|}.\overrightarrow{{{u}_{1}}}-\frac{1}{\left| {{u}_{2}} \right|}.\overrightarrow{{{u}_{2}}}$ là véctơ chỉ phương của phân giác tạo bởi góc tù giữa hai đường thẳng.
Nếu $\overrightarrow{{{u}_{1}}}\overrightarrow{{{u}_{2}}}>0\Rightarrow \overrightarrow{u}=\frac{1}{\left| {{u}_{1}} \right|}.\overrightarrow{{{u}_{1}}}+\frac{1}{\left| {{u}_{2}} \right|}.\overrightarrow{{{u}_{2}}}$ là véctơ chỉ phương của phân giác tạo bởi góc tù giữa hai đường thẳng và $\overrightarrow{u}=\frac{1}{\left| {{u}_{1}} \right|}.\overrightarrow{{{u}_{1}}}-\frac{1}{\left| {{u}_{2}} \right|}.\overrightarrow{{{u}_{2}}}$ là véctơ chỉ phương của phân giác tạo bởi góc nhọn giữa hai đường thẳng.
>>Lời giải chi tiết: Hai đường thẳng này cắt nhau tại điểm $A(1;1;-1).$
Có véctơ chỉ phương lần lượt là $\overrightarrow{{{u}_{1}}}(1;-2;2),\overrightarrow{{{u}_{2}}}(3;-4;0)\Rightarrow \overrightarrow{{{u}_{1}}}\overrightarrow{{{u}_{2}}}=3+8=9>0.$
Nên véctơ chỉ phương của đường phân giác tạo bởi góc nhọn giữa hai đường thẳng là
$\overrightarrow{u}=\frac{1}{\left| \overrightarrow{{{u}_{1}}} \right|}.\overrightarrow{{{u}_{1}}}+\frac{1}{\left| \overrightarrow{{{u}_{2}}} \right|}.\overrightarrow{{{u}_{2}}}=\frac{1}{3}\left( 1;-2;2 \right)+\frac{1}{5}\left( 3;-4;0 \right)=\left( \frac{14}{15};-\frac{22}{15};\frac{2}{3} \right)//(7;-11;5).$
Vậy đường thẳng cần tìm là $\frac{x-1}{7}=\frac{y-1}{-11}=\frac{z+1}{5}.$
Chọn đáp án A.
Câu 2. Trong không gian $Oxyz,$ cho đường thẳng d:
Gọi $\Delta $ là đường thẳng đi qua điểm $A(1;1;1)$ và có véctơ chỉ phương $\overrightarrow{u}(-2;1;2).$ Đường phân giác của góc nhọn tạo bởi $d$ và $\Delta $ có phương trình là
Lời giải chi tiết. Có $A(1;1;1)=d\cap \Delta .$ Đường thẳng $d$ có véctơ chỉ phương $\overrightarrow{{{u}_{1}}}(3;4;0).$ Đường thẳng $\Delta $ có véctơ chỉ phương $\overrightarrow{{{u}_{2}}}(-2;1;2).$ Có $\overrightarrow{{{u}_{1}}}\overrightarrow{{{u}_{2}}}=-6+4=-2<0\Rightarrow \left( \overrightarrow{{{u}_{1}}},\overrightarrow{{{u}_{2}}} \right)>{{90}^{0}}.$
Do đó phân giác của góc nhọn $d$ và $\Delta $ sẽ đi qua $A$ và có véctơ chỉ phương \[\overrightarrow{u}=\frac{1}{\left| \overrightarrow{{{u}_{1}}} \right|}\overrightarrow{{{u}_{1}}}-\frac{1}{\left| \overrightarrow{{{u}_{2}}} \right|}\overrightarrow{{{u}_{2}}}=\frac{1}{5}\left( 3;4;0 \right)-\frac{1}{3}\left( -2;1;2 \right)=\left( \frac{19}{15};\frac{7}{15};-\frac{2}{3} \right)//(19;7;-10).\]
Đối chiếu các đáp án chọn D.
