Question

Bạn nào giải giúp mình câu này với ??
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho điểm A(0;1;2), mặt phẳng (anpha) x-y+z-4=0 và mặt cầu (S): (x-3)² +(y-1)² +(z-2)² =16. Gọi (P) là mặt phẳng đi qua A, vuông góc với (anpha) và đồng thời (P) cắt mặt cầu (S) theo giao tuyến là một đường tròn có bán kính nhỏ nhất. Tọa độ điểm M của (P) và trục x'Ox là :

Answer 1

Phương trình đường thẳng d qua A và vuông góc \(\left(\alpha\right)\): \(\left\{{}\begin{matrix}x=t\\y=1-t\\z=2+t\end{matrix}\right.\)

Giao điểm B của d và \(\left(\alpha\right)\): \(t-\left(1-t\right)+2+t-4=0\Rightarrow t=1\Rightarrow B\left(1;0;3\right)\)

Gọi phương trình (P): \(ax+by+cz+d=0\)

Do (P) chứa A và B \(\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}b+2c+d=0\\a+3c+d=0\end{matrix}\right.\) \(\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}d=-a-3c\\b=a+c\end{matrix}\right.\)

\(\Rightarrow ax+\left(a+c\right)y+cz-a-3c=0\)

\(d\left(I;\left(P\right)\right)=\frac{\left|3a+a+c+2c-a-3c\right|}{\sqrt{a^2+\left(a+c\right)^2+c^2}}=\frac{\left|3a\right|}{\sqrt{2a^2+2c^2+2ac}}=k\ge0\)

Để bán kính đường tròn là nhỏ nhất \(\Rightarrow k\) lớn nhất

- Với \(c=0\Rightarrow k=\frac{3}{\sqrt{2}}\)

- Với \(c\ne0\):

\(\left|3a\right|=k\sqrt{2a^2+2ac+2c^2}\Leftrightarrow\left(2k^2-9\right)a^2+2k^2c.a+2k^2c^2=0\)

\(\Delta'=\left(k^2c\right)^2-2k^2c^2\left(2k^2-9\right)=-3k^4c^2+18k^2c^2\)

\(\Delta'\ge0\Rightarrow3k^2c^2\left(6-k^2\right)\ge0\Rightarrow k^2\le6\Rightarrow k\le\sqrt{6}\)

So sánh 2 giá trị \(k=\sqrt{6}\) và \(k=\frac{3}{\sqrt{2}}\Rightarrow k_{max}=\sqrt{6}\)

Khi đó \(a=\frac{-2k^2c}{2\left(2k^2-9\right)}=-2c\)

\(\Rightarrow\left(P\right):\) \(-2cx-cy+cz-c=0\Leftrightarrow2x+y-z+1=0\)

\(\Rightarrow M\left(-\frac{1}{2};0;0\right)\)