TopStudy

Toán · Lớp 12

6 bài tập Tìm vectơ pháp tuyến – cặp vectơ chỉ phương (có lời giải)

6 câu · 10 phút · Ngân hàng đề TopStudy. Đáp án và lời giải do TopStudy biên soạn, mở ngay dưới từng câu.

Làm bài

Nội dung đề

Phần I. Tự luận

Câu 1

1 điểm

Cho hình lập phương ABCD⋅A′B′C′D′ABCD \cdot {A^\prime }{B^\prime }{C^\prime }{D^\prime }.

Hình minh hoạ

a) Tìm một cặp vectơ chỉ phương của mặt phẳng (ABCD)(ABCD).

b) Tìm một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (ABCD)(ABCD).

Xem đáp án và lời giải

Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý

a) Vì AB→\overrightarrow {AB} và AD→\overrightarrow {AD} không cùng phương và có giá nằm trong mặt phẳng (ABCD)(ABCD) nên AB→,AD→\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {AD} là một cặp vectơ chỉ phương của (ABCD)(ABCD).

b) Vì AA′⊥(ABCD)A{A^\prime } \bot (ABCD) nên AA′→\overrightarrow {A{A^\prime }} là một vectơ pháp tuyến của (ABCD)(ABCD)

Câu 2

1 điểm

Cho mặt phẳng (P)(P) có cặp vectơ chỉ phương là a⃗=(1;3;5),b⃗=(−3;−1;1)\vec a = (1;3;5),\vec b = ( - 3; - 1;1).

Hãy chỉ ra một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (P)(P).

Xem đáp án và lời giải

Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý

Một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (P)(P) là: n⃗=[a⃗,b⃗]=(∣35−11∣;∣511−3∣;∣ 13−3−1∣)=(8;−16;8).\vec n = [\vec a,\vec b]{\rm{ }} = \left( {\left| {\begin{array}{cccccccccccccccccccc}3&5\\{ - 1}&1\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{cccccccccccccccccccc}5&1\\1&{ - 3}\end{array}} \right|;{\rm{ }}\left| {{\mkern 1mu} \begin{array}{cccccccccccccccccccc}1&3\\{ - 3}&{ - 1}\end{array}} \right|} \right) = (8; - 16;8).

Câu 3

1 điểm
Trong không gian Oxyz, tìm một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng qua ba điểm A(2;−1;3),B(4;0;1),C(−10;5;3)A(2; - 1;3),B(4;0;1),C( - 10;5;3).
Xem đáp án và lời giải

Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý

Ta có AB→=(2;1;−2),AC→=(−12;6;0)\overrightarrow {AB} = (2;1; - 2),\overrightarrow {AC} = ( - 12;6;0) nên AB→,AC→\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {AC} không cùng phương. Mà chúng có giá nằm trong mặt phẳng (ABC(ABC nên AB→,AC→\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {AC} là một cặp vectơ chỉ phương của mặt phẳng (ABC)(ABC).

Vậy một vectơ pháp tuyến của (ABC)(ABC) là:

n⃗=[AB→,AC→]=(∣1−260∣;∣−220−12∣;∣21−126∣)=(1.0−6⋅(−2);(−2).(−12)−0.2;2.6−(−12).1)=(12;24;24)\vec n = [\overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {AC} ] = \left( {\left| {\begin{array}{rrrrrrrrrrrrrrrrrrrr}1&{ - 2}\\6&0\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{rrrrrrrrrrrrrrrrrrrr}{ - 2}&2\\0&{ - 12}\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{llllllllllllllllllll}2&1\\{ - 12}&6\end{array}} \right|} \right) = (1.0 - 6 \cdot ( - 2);( - 2).( - 12) - 0.2;2.6 - ( - 12).1) = (12;24;24) (Ta cũng có thể chọn vectơ n′→=112n⃗=(1;2;2)\overrightarrow {{n^\prime }} = \frac{1}{{12}}\vec n = (1;2;2) là một vectơ pháp tuyến của (ABC)(ABC) ).

Câu 4

1 điểm

Moment lực là một đại lượng Vật lí, thể hiện tác động gây ra sự quay quanh một điểm hoặc một trục của một vật thể. Trong không gian Oxyz, với đơn vị đo là mét, nếu tác động vào cán mỏ lết tại vị trí PP một lực F⃗\vec F để vặn con ốc ở vị trí OO (H.vẽ) thì moment lực M⃗\vec M được tính bởi công thức M⃗=[OP→,F⃗]\vec M = [\overrightarrow {OP} ,\vec F].

Hình minh hoạ

a) Cho OP→=(x;y;z),F⃗=(a;b;c)\overrightarrow {OP} = (x;y;z),\vec F = (a;b;c). Tính M⃗\vec M.

b) Giải thích vì sao, nếu giữ nguyên lực tác động F⃗\vec F trong khi thay vị trí đặt lực từ PP sang P′{P^\prime } sao cho OP′→=2OP→\overrightarrow {O{P^\prime }} = 2\overrightarrow {OP} thì moment lực sẽ tăng lên gấp đôi. Từ đó, ta có thể rút ra điều gì để đỡ tốn sức khi dùng mỏ lết vặn ốc?

Xem đáp án và lời giải

Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý

a) Ta có M⃗=[OP→,F⃗]=(∣yzbc∣;∣zxca∣;∣xyab∣)\quad \vec M = [\overrightarrow {OP} ,\vec F] = \left( {\left| {\begin{array}{llllllllllllllllllll}y&z\\b&c\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{llllllllllllllllllll}z&x\\c&a\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{llllllllllllllllllll}x&y\\a&b\end{array}} \right|} \right) =(yc−bz;za−cx;bx−ay)= (yc - bz;za - cx;bx - ay)

b) Vì OP′→=2OP→\overrightarrow {O{P^\prime }} = 2\overrightarrow {OP} nên 2OP→=(2x;2y;2z)2\overrightarrow {OP} = (2x;2y;2z)

Khi đó M′→=[OP′→,F⃗]=(∣2y2zbc∣;∣2z2xca∣;∣2x2yab∣)\overrightarrow {{M^\prime }} = \left[ {\overrightarrow {O{P^\prime }} ,\vec F} \right] = \left( {\left| {\begin{array}{cccccccccccccccccccc}{2y}&{2z}\\b&c\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{cccccccccccccccccccc}{2z}&{2x}\\c&a\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{cccccccccccccccccccc}{2x}&{2y}\\a&b\end{array}} \right|} \right){\rm{ }}=(2yc−b2z;2za−2cx;2bx−2ay)= (2yc - b2z;2za - 2cx;2bx - 2ay)

Suy ra M′→=2M⃗\overrightarrow {{M^\prime }} = 2\vec M.

Vậy giữ nguyên lực tác động F⃗\vec F trong khi thay vị trí đặt lực từ P sang P′{{\rm{P}}^\prime } sao cho OP′→=2OP→\overrightarrow {O{P^\prime }} = 2\overrightarrow {OP} thì moment lực sẽ tăng lên gấp đôi.

Kết luận: Từ kết quả trên, ta có thể rút ra rằng để đỡ tốn sức khi dùng mỏ lết vặn ốc, ta nên tăng khoảng cách từ điểm tác dụng lực đến trục quay (điểm O ).

Câu 5

1 điểm

Cho hình lập phương ABCD.A′B′C′D′ABCD.{A^\prime }{B^\prime }{C^\prime }{D^\prime }.

Hình minh hoạ

Trong các khẳng định sau, những khẳng định nào là đúng?

a) AA′→\overrightarrow {A{A^\prime }} và 2BB′→2\overrightarrow {B{B^\prime }} đều là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (ABCD)(ABCD).

b) BD→\overrightarrow {BD} là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (ACC'A).

c) A′C′‾\overline {{A^\prime }{C^\prime }} là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (ABCD).

Xem đáp án và lời giải

Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý

Vì các đường thẳng AA′,BB′A{A^\prime },B{B^\prime } vuông góc với mặt phẳng (ABCD)(ABCD) nên AA′‾,2BB′‾\overline {A{A^\prime }} ,2\overline {B{B^\prime }} đều là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (ABCD)(ABCD).

Đường thẳng BD vuông góc với hai đường thẳng AC và AA′A{A^\prime } nên vuông góc với mặt phẳng (ACC′A′)\left( {AC} \right.C'A'). Vậy BD→\overrightarrow {BD} là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng ( ACC′AAC{C^\prime }A ).

Đường thẳng A′C′{A^\prime }{C^\prime } không vuông góc với mặt phẳng (ABCD)(ABCD) nên vectơ A′C′‾\overline {{A^\prime }{C^\prime }} không phải là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng đó.

Vậy các khẳng định a và b là đúng, khẳng định c là sai.

Câu 6

1 điểm

Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A′B′C′D′ABCD.{A^\prime }{B^\prime }{C^\prime }{D^\prime }. Hãy tìm bốn vectơ pháp tuyến và hai cặp vectơ chỉ phương của mặt phẳng (AA′B′B)\left( {A{A^\prime }{B^\prime }B} \right).

Hình minh hoạ

Xem đáp án và lời giải

Đề cùng chủ đề

Tất cả đề Phương trình mặt phẳng · Các bộ sách Toán Lớp 12