Công thức tính nhanh các bài toán hình học trong mặt phẳng tọa độ Oxyz, cực hay, cực nhanh, vận dụng cao bám sát đề thi THPT QG
CÔNG THỨC GIẢI NHANH HÌNH TỌA ĐỘ OXYZ
Công thức tính nhanh 1: Cách xác định nhanh tọa độ tâm đường tròn nội tiếp tam giác trong không gian Oxyz
Chú ý với I là tâm nội tiếp tam giác ABC ta có đẳng thức véctơ sau đây:
BC.IA+CA.IB+AB.IC=0
Chuyển qua tọa độ trong không gian Oxyz, ta có thể xác định được nhanh tọa độ điểm I như sau:
Ví dụ 1: Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho tam giác ABC với tọa độ các đỉnh A(1;1;1),B(4;1;1),C(1;1;5). Tìm tọa 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 I(2;1;2)(C).
Ví dụ 2:Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho hai điểm A(2;2;1),B(−38;34;38). Đường thẳng đi qua tâm đường tròn nội tiếp tam giác AOB và vuông góc với mặt phẳng (AOB) có phương trình là
Do đó tâm nội tiếp I của tam giác AOB có tọa độ là
xI=3+4+53xB+4xA+5xO=12−8+8+0=0
yI=3+4+53yB+4yA+5yO=124+8+0=1
zI=3+4+53zB+4zA+5zO=128+4+0=1
Véctơ chỉ phương của đường thẳng này là u=[OA,OB]//(1;−2;2).
Do đó đường thẳng cần tìm là
qua điểm (−1;3;−1).
Đối chiếu các đáp án chọn A.
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=4Sabc,
trong đó a,b,c là độ dài ba cạnh tam giác và S là diện tích tam giác.
Áp dụng trong hình tọa độ không gian Oxyz, ta được
R=2∣∣∣[AB,AC]∣∣∣AB.BC.CA.
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 tọa 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.10711.B.5711.C.10117.D.5117.
Lời giải:
Ta có AB=21,BC=11,CA=14,SABC=21∣∣∣[AB,AC]∣∣∣=523.
Vì vậy
R=4SABCAB.BC.CA=4.52321.11.14=10711.
Chọn đáp án A.
* Chú ý. Thao tác tất cả bằng máy tính, kết quả R≈2,3216375 lẻ sau đó Bình phương kết quả ta được R2=100539⇒R=10711.
Công thức tính nhanh 3: Xác định tọa độ hình chiếu của một điểm lên các trục tọa độ, mặt phẳng tọa độ
* Xét điểm M(x0;y0;z0) khi đó tọa độ hình chiếu vuông góc của M lên các trục tọa độ Ox,Oy,Oz lần lượt là A(x0;0;0),B(0;y0;0),C(0;0;z0).
* Xét điểm M(x0;y0;z0) khi đó tọa độ hình chiếu vuông góc của M lên các mặ phẳng tọa độ (Oxy),(Oyz),(Ozx) lần lượt là A(x0;y0;0),B(0;y0;z0),C(x0;0;z0).
Ví dụ 1. Viết phương trình mặt phẳng đi qua các hình chiếu vuông góc của M(3;2;6) lên các trục tọa độ Ox,Oy,Oz.
Giải. Ta có A(3;0;0),B(0;2;0),C(0;0;6)⇒(ABC):3x+2y+6z=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 tọa độ (Oxy),(Oyz),(Ozx).
Công thức tính nhanh 4: Xác định tọa độ điểm đối xứng qua đường thẳng, mặt phẳng
* Xét điểm M(x0;y0;z0) và mặt phẳng (P):ax+by+cz+d=0.
Điểm N(x;y;z) đối xứng với M qua mặt phẳng (P) có tọa 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.
. Tọa độ điểm N(x;y;z) là hình chiếu vuông góc của điểm M(x0;y0;z0) và mặt phẳng (P):ax+by+cz+d=0 là
Ví dụ 1. Trong không gian với hệ tọa 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. B.(Q):2x+3y+5z+4=0.
C.(Q):2x−3y+5z+4=0. D.(Q):2x−3y+5z−4=0.
Giải. Xét điểm M(x0;y0;z0)∈(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⇒(Q):2x+3y+5z−4=0. Chọn đáp án A.
Ví dụ 2. Trong không gian với hệ tọa 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):x2+(y+4)2+z2=5. Hỏi điểm N thuộc mặt cầu nào dưới đây?
A.(S):x2+y2+z2−78x+740y−724z+745=0.
B.(S):x2+y2+z2−78x−740y−724z+745=0.
C.(S):x2+y2+z2+78x+740y+724z+745=0.
D.(S):x2+y2+z2+78x−740y+724z+745=0.
Công thức tính nhanh 5: Mặt phẳng phân giác của hai mặt phẳng giao nhau
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
u=AB1AB+AC1AC.
Ngược lại, đường phân giác ngoài góc A có véctơ chỉ phương là
u=AB1AB−AC1AC.
Ví dụ 1: Trong không gian với hệ tọa 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?
Câu 3: Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho Δ1:1x−1=2y−1=2z−1;Δ2:1x=2y+1=−2z−3 cắt nhau và cùng nằm trong mặt phẳng (P). Viết phương trình đường phân giác của góc nhọn tạo bởi hai đường thẳng Δ1,Δ2 và nằm trong mặt phẳng (P).
Giải.
Tọa độ giao điểm là nghiệm của hệ
Lấy B(2;3;3)∈Δ1,C(0;−1;3)∈Δ2 ta có
Do đó d là phân giác ngoài góc A, có véctơ chỉ phương
* Nếu u1u2>0⇒u=∣u1∣1.u1+∣u2∣1.u2 là véctơ chỉ phương của phân giác tạo bởi góc nhọn giữa hai đường thẳng và u=∣u1∣1.u1−∣u2∣1.u2 là véctơ chỉ phương của phân giác tạo bởi góc tù giữa hai đường thẳng.
* Nếu u1u2>0⇒u=∣u1∣1.u1+∣u2∣1.u2 là véctơ chỉ phương của phân giác tạo bởi góc tù giữa hai đường thẳng và u=∣u1∣1.u1−∣u2∣1.u2 là véctơ chỉ phương của phân giác tạo bởi góc nhọn giữa hai đường thẳng.
Câu 1: Trong không gian với hệ trục tọa độ Oxyz, cho hai đường thẳng
Viết phương trình đường thẳng Δ là phân giác của góc nhọn tạo bởi hai đường thẳng d1,d2.
A.7x−1=−11y−1=5z+1.B.−2x−1=1y−1=5z+1.
C.−2x−1=1y−1=1z+1.D.7x−1=−11y−1=1z+1.
Lời giải chi tiết: Hai đường thẳng này cắt nhau tại điểm A(1;1;−1). Có véctơ chỉ phương lần lượt là u1(1;−2;2),u2(3;−4;0)⇒u1u2=3+8=9>0.
Nên véctơ chỉ phương của đường phân giác tạo bởi góc nhọn giữa hai đường thẳng là
Câu 2: Trong không gian Oxyz, cho đường thẳng Gọi Δ là đường thẳng đi qua điểm A(1;1;1) và có véctơ chỉ phương u(−2;1;2). Đường phân giác của góc nhọn tạo bởi d và Δ có phương trình là
Lời giải chi tiết: Có A(1;1;1)=d⋂Δ. Đường thẳng d có véctơ chỉ phương u1(3;4;0). Đường thẳng Δ có véctơ chỉ phương u2(−2;1;2). Có u1u2=−6+4=−2<0⇒(u1,u2)>90∘.
Do đó phân giác của góc nhọn d và Δ sẽ đi qua A và có véctơ chỉ phương u=∣∣∣u1∣∣∣1u1−∣∣∣u2∣∣∣1u2=51(3;4;0)−31(−2;1;2)=(1519;157;−32)//(19;7;−10).