Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho điểm A(1;1;1;), B(2;2;2), C(2;0;5), D(0;2;1). Viết phương trình mặt phẳng chứa A và B đi qua trung điểm của đoạn CD.
Gọi I là trung điểm của đoạn CD, suy ra I(1;1;3) \(\overrightarrow{AI}=(0;0;2)\) suy ra (P) nhận \(\overrightarrow{AB} \wedge \overrightarrow{AI} =(2;-2;0)\) làm véc tơ pháp tuyến. Do (P) đi qua A(1;1;1) nên phương trình mp (P) là: \(1(x-1)-1(y-1)=0\) hay \(x-y=0\) Cách 1: Gọi G là trọng tâm ∆ABC, M là trung điểm BC. Ta có \(\overrightarrow{IH}=3\overrightarrow{IG}\) (đường thẳng Ơ – le), suy ra \(G(\frac{11}{3};\frac{7}{3})\)
Vì \(\overrightarrow{AM}=3\overrightarrow{GM}\) nên M(4;1).
Đường thẳng BC qua M nhận \(\overrightarrow{AH}=(0;-2)\) làm VTPT nên có phương trình: y = 1. Đường tròn ngoại tiếp \(\Delta\)ABC có tâm là I, có bán kính \(IA=\sqrt{10}\) nên có phương trình: \((x-4)^2+(y-2)^2=10\) Tọa độ điểm B và C là nghiệm của hệ \(\left\{\begin{matrix} (x-4)^2+(y-2)^2=10\\ y=1 \end{matrix}\right.\) Giải hệ với chú ý xB < 3, ta thu được B(1;1) và C(7;1). Cách 2: Đường tròn ngoại tiếp \(\Delta\)ABC có tâm là I, có bán kính \(IA=\sqrt{10}\) nên có phương trình:
\((x-4)^2+(y-2)^2=10\) Phương trình đường cao \(AH:x=3\) nên phương trình đường thẳng BC có dạng y = b. Tọa độ điểm B và C là nghiệm của hệ \(\left\{\begin{matrix} (x-4)^2+(y-2)^2=10\\ y=b \end{matrix}\right.\) Vì xB < 3 nên giải hệ ta được: \(B(4-\sqrt{10-(b-2)^2};b), C(4+\sqrt{10-(b-2)^2};b)\) Suy ra \(\overrightarrow{AC}=(1+\sqrt{10-(b-2})^2;b-5), \overrightarrow{BH}=(-1+\sqrt{10-(b-2)^2};3-b)\)
Vì BH \(\perp\) AC nên \(\overrightarrow{BH}.\overrightarrow{AC}=0\Leftrightarrow 10-(b-2)^2-1+(b-5)(3-b)=0\) \(\Leftrightarrow \bigg \lbrack\begin{matrix} b=1\\ b=5 \end{matrix}\) * Với b = 1 ta có B(1;1) và C(7;1) nhận. * Với b = 5 ta có B(3;5) nên loại.