Bài 3: Phương trình đường thẳng trong không gian

Sách Giáo Khoa
Hướng dẫn giải Thảo luận (1)

a) Phương trình đường thẳng d có dạng: , với t ∈ R.

b) Đường thẳng d vuông góc với mặt phẳng (α): x + y - z + 5 = 0 nên có vectơ chỉ phương

(1 ; 1 ; -1) vì là vectơ pháp tuyến của (α).

Do vậy phương trình tham số của d có dạng:

c) Vectơ (2 ; 3 ; 4) là vectơ chỉ phương của ∆. Vì d // ∆ nên cùng là vectơ chỉ phương của d. Phương trình tham số của d có dạng:

d) Đường thẳng d đi qua hai điểm P(1 ; 2 ; 3) và Q(5 ; 4 ; 4) có vectơ chỉ phương

(4 ; 2 ; -1) nên phương trình tham số có dạng:


Sách Giáo Khoa
Hướng dẫn giải Thảo luận (1)

a) Xét mặt phẳng (P) đi qua d và (P) ⊥ (Oxy), khi đó ∆ = (P) ∩ (Oxy) chính là hình chiếu vuông góc của d lên mặt phẳng (Oxy).

Phương trình mặt phẳng (Oxy) có dạng: z = 0 ; vectơ (0 ; 0 ;1) là vectơ pháp tuyến của (Oxy), khi đó ( 1 ; 2 ; 3) là cặp vectơ chỉ phương của mặt phẳng (P).

= (2 ; -1 ; 0) là vectơ pháp tuyến của (P).

Phương trình mặt phẳng (P) có dạng:

2(x - 2) - (y + 3) +0.(z - 1) = 0

hay 2x - y - 7 = 0.

Đường thẳng hình chiếu ∆ thỏa mãn hệ:

Điểm M0( 4 ; 1 ; 0) ∈ ∆ ; vectơ chỉ phương của ∆ vuông góc với và vuông góc với , vậy có thể lấy = (1 ; 2 ; 0).

Phương trình tham số của hình chiếu ∆ có dạng:

.

Chú ý :

Ta có thể giải bài toán này bằng cách sau:

Lấy hai điểm trên d và tìm hình chiếu vuông góc của nó trên mặt phẳng (Oxy). Đường thẳng đi qua hai điểm đó chính là hình chiếu cần tìm.

Chẳng hạn lấy M1( 2 ; 3 ; -1) ∈ d và M2( 0 ; -7 ; -5) ∈ d, hình chiếu vuông góc của

M1 trên (Oxy) là N1 (2 ; -3 ; 0), hình chiếu vuông góc của M2 trên (Oxy) là N2(0 ; -7 ; 0).

Đườn thẳng ∆ qua N1, N­2 chính là hình chiếu vuông góc của d lên (Oxy).

Ta có : (-2 ; -4 ; 0) // (1 ; 2 ; 0).

Phương trình tham số của ∆ có dạng:

.

b) Tương tự phần a), mặt phẳng (Oxy) có phương trình x = 0.

lấy M1( 2 ; 3 ; -1) ∈ d và M2( 0 ; -7 ; -5) ∈ d, hình chiếu vuông góc của

M1 trên (Oxy) là M'1 (0 ; -3 ; 1), hình chiếu vuông góc của M2 trên (Oyz) là chính nó.

Đườn thẳng ∆ qua M'1, M­2 chính là hình chiếu vuông góc của d lên (Oyz).

Ta có: (0 ; -4 ; -6) // (0 ; 2 ; 3).

Phương trình M'12 có dạng:

.


Sách Giáo Khoa
Hướng dẫn giải Thảo luận (1)

a) Đường thẳng d đi qua M1( -3 ; -2 ; 6) và có vectơ chỉ phương (2 ; 3 ; 4).

Đường thẳng d' đi qua M2( 5 ; -1 ; 20) và có vectơ chỉ phương (1 ; -4 ; 1).

Ta có = (19 ; 2 ; -11) ; = (8 ; 1 ; 14)

= (19.8 + 2 - 11.4) = 0

nên d và d' cắt nhau.

Nhận xét : Ta nhận thấy , không cùng phương nên d và d' chỉ có thể cắt nhau hoặc chéo nhau.

Xét hệ phương trình:

Từ (1) với (3), trừ vế với vế ta có 2t = 6 => t = -3, thay vào (1) có t' = -2, từ đó d và d' có điểm chung duy nhất M(3 ; 7 ; 18). Do đó dd' cắt nhau.

b) Ta có : (1 ; 1 ; -1) là vectơ chỉ phương của d(2 ; 2 ; -2) là vectơ chỉ phương của d' .

Ta thấy cùng phương nên d và d' chỉ có thể song song hoặc trùng nhau.

Lấy điểm M(1 ; 2 ; 3) ∈ d ta thấy M d' nên dd' song song.


Sách Giáo Khoa
Hướng dẫn giải Thảo luận (1)

Xét hệ

Hai đường thẳng dd' cắt nhau khi và chỉ khi hệ có nghiệm duy nhất.

Nhân hai về của phương trình (3) với 2 rồi cộng vế với vế vào phương trình (2), ta có t = 2;

s = 0. Thay vào phương trình (1) ta có 1 + 2a = 1 => a =0.

Vậy a = 0 thì dd' cắt nhau.


Sách Giáo Khoa
Hướng dẫn giải Thảo luận (1)

a) Thay các tọa độ x ; y ; z trong phương trình tham số của d vào phương trình (α) ta có:

3(12 + 4t) +5(9 + 3t) - (1 + t) = 0

⇔ 26t + 78 = 0 ⇔ t = -3.

Tức là d ∩ (α) = M(0 ; 0 ; -2).

Trong trường hợp này d cắt (α) tại điểm M.

b) Thay các tọa độ x ; y ; z trong phương trình tham số của d vào phương trình (α) ta có:

(1 + t) + 3.(2 - t) + (1 + 2t) + 1 = 0

⇔ 0.t + t = 9, phương trình vô nghiệm.

Chứng tỏ d và (α) không cắt nhau., ta có d // (α).

c) Thay các tọa độ x ; y ; z trong phương trình tham số của d vào phương trình (α) ta có:

(1 + 1) + (1+ 2t) + (2 - 3t) - 4 = 0

⇔ 0t + 0 = 0,phương trình này có vô số nghiệm, chứng tỏ d ⊂ (α) .


Sách Giáo Khoa
Hướng dẫn giải Thảo luận (1)

Hỏi đáp Toán

Sách Giáo Khoa
Hướng dẫn giải Thảo luận (1)

a) Đường thẳng ∆ có vectơ chỉ phương →uu→(1 ; 2 ; 1). H ∈ ∆ nên H(2 + t ; 1 + 2t ; t).

Điểm H ∈ ∆ là hình chiếu vuông góc của A lên ∆ khi và chỉ khi −−→AHAH→→uu→.

Ta có −−→AHAH→(1+t ; 1 + 2t ; t) nên:

−−→AHAH→→uu→→u.−−→AHu→.AH→ = 0.

⇔ 1 + t + 2(1 + 2t) + t = 0

⇔ 6t + 3 = 0 ⇔ t = −12−12.

H(32;0;−12)H(32;0;−12).

b) Gọi A' là điểm đối xứng của A qua ∆ và H là hình chiếu vuông góc của A lên ∆ thì H là trung điểm của AA'; vì vậy tọa độ của H là trung bình cộng các tọa độ tương ứng của A và A'.

Gọi A'(x ; y ; z) ta có:

x+12=32x+12=32 => x = 2; y = 0; z = -1.

Vậy A'(2 ; 0 ; -1).


Sách Giáo Khoa
Hướng dẫn giải Thảo luận (1)

Hỏi đáp Toán

Hỏi đáp Toán

Sách Giáo Khoa
Hướng dẫn giải Thảo luận (1)

Hỏi đáp Toán

Sách Giáo Khoa
Hướng dẫn giải Thảo luận (1)

Chọn hệ trục tọa độ Oxyz sao cho A)0 ; 0 ; 0), B(1 ; 0 ; 0), D(0 ; 1; 0), A'(0 ; 0 ; 1)

Khi đó

B'(1 ; 0 ; 1), D'(0 ; 1 ; 1), C(1 ; 1 ; 0). Phương trình mặt phẳng (A'BD) có dạng:

x + y + z - 1 = 0. (1)

Ta tìm được phương trình mặt phẳng (B'D'C):

Vectơ: (0 ; -1 ; 1) ; (-1 ; 0 ; 1).

Mặt phẳng (B'D'C) qua điểm C và nhận = (-1 ; -1 ; -1 ) làm vectơ pháp tuyến. Phương trình mặt phẳng (B'D'C) có dạng:

x + y + z - 2 = 0 (2)

Ta có