Đáp án và lời giải
Bài tập Viết phương trình mặt cầu đi qua 4 điểm không đồng phẳng lớp 12 (có lời giải)
Câu 1
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: D
Đáp án đúng là: D
A. Phương trình mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD có dạng:
B. x + y + z – 2ax – 2by – 2cz + d = 0 (a + b + c – d > 0).
C. Vì A, B, C, D (S) nên ta có hệ phương trình
.
Vậy (x − 1) + (y − 1) + (z − 2) = 4.
Câu 2
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: A
Đáp án đúng là: A
D. Phương trình mặt cầu ngoại tiếp tứ diện OABC có dạng:
A. x + y + z – 2ax – 2by – 2cz + d = 0 (a + b + c – d > 0).
B. Vì O, A, B, C (S) nên ta có hệ phương trình
.
Vậy phương trình mặt cầu cần lập: .
Câu 3
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: B
Đáp án đúng là: B
C. Phương trình mặt cầu ngoại tiếp tứ diện OABC có dạng:
D. x + y + z – 2ax – 2by – 2cz + d = 0 (a + b + c – d > 0).
A. Vì O, A, B, C (S) nên ta có hệ phương trình
.
Bán kính .
Do đó (x − 1) + (y − 2) + (z − 2) = 9.
Câu 4
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: C
Đáp án đúng là: C
B. Phương trình mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD có dạng:
C. x + y + z – 2ax – 2by – 2cz + d = 0 (a + b + c – d > 0).
D. Vì A, B, C, D (S) nên ta có hệ phương trình
.
Vậy phương trình mặt cầu: x + y + z − 4x + 2y − 6z – 3 = 0.
Câu 5
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: C
Đáp án đúng là: C
A. Phương trình mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD có dạng:
B. x + y + z – 2ax – 2by – 2cz + d = 0 (a + b + c – d > 0).
C. Vì A, B, C, D (S) nên ta có hệ phương trình
.
Bán kính .
Vậy phương trình mặt cầu: .
Câu 6
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: A
Đáp án đúng là: A
D. Phương trình mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD có dạng:
A. x + y + z – 2ax – 2by – 2cz + d = 0 (a + b + c – d > 0).
B. Vì A, B, C, D (S) nên ta có hệ phương trình
.
Vậy mặt cầu (S): x + y + z + 5x + 5y − 5z – 6 = 0.
Câu 7
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: C
Đáp án đúng là: C
C. Phương trình mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD có dạng:
D. x + y + z – 2ax – 2by – 2cz + d = 0 (a + b + c – d > 0).
A. Vì A, B, C, D (S) nên ta có hệ phương trình
.
Do đó mặt cầu có tâm và .
Suy ra phương trình mặt cầu cần tìm là x + y + z + 3x + y − z – 6 = 0.
Câu 8
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: B
Đáp án đúng là: B
B. Phương trình mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD có dạng:
C. x + y + z – 2ax – 2by – 2cz + d = 0 (a + b + c – d > 0).
D. Vì A, B, C, D (S) nên ta có hệ phương trình
.
Do đó (S): x + y + z − 2x − 4y − 6z = 0.
Câu 9
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: C
Đáp án đúng là: C
A. Phương trình mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD có dạng:
B. x + y + z – 2ax – 2by – 2cz + d = 0 (a + b + c – d > 0).
C. Vì A, B, C, D (S) nên ta có hệ phương trình
.
Vậy phương trình mặt cầu (S): x + y + z − x − y – z − 2 = 0.
Câu 10
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: B
Đáp án đúng là: B
D. Phương trình mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD có dạng:
A. x + y + z – 2ax – 2by – 2cz + d = 0 (a + b + c – d > 0).
B. Vì A, B, C, D (S) nên ta có hệ phương trình
.
Vậy I(2; 1; 0), R = 2.
Câu 11
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: D
Hướng dẫn giải:
Đáp án đúng là: D
Gọi phương trình mặt cầu (S): x + y + z – 2ax – 2by – 2cz + d = 0 (a + b + c – d > 0).
Vì mặt cầu đi qua 4 điểm:
.
Suy ra tâm , bán kính R = .
Vậy phương trình mặt cầu là: .
Câu 12
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: A
Hướng dẫn giải:
Đáp án đúng là: A
Gọi I(a; b; c) là tâm mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD.
Vì I cách đều bốn đỉnh nên: IA = IB = IC = ID.
Ta có hệ phương trình:
.
Do đó, I(2; 1; 1), R = IA = (2 – 2) + (1 – 1) + (1 + 1) = 4.
Vậy phương trình cần tìm là: (x – 2) + (y – 1) + (z – 1) = 4.
Câu 13
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: B
Hướng dẫn giải:
Đáp án đúng là: B
Gọi I(a; b; c) là tâm mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD.
Vì I cách đều bốn đỉnh nên: IA = IB = IC = ID.
Ta có hệ phương trình:
.
Do đó, I(-1; -1; -2), R = IA = (-1 + 1) + (-1 + 1) + (-2 – 0) = 4.
Vậy phương trình cần tìm là: (x + 1) + (y + 1) + (z + 2) = 4.
Câu 14
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: C
Hướng dẫn giải:
Đáp án đúng là: C
Gọi I(a; b; c) là tâm mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD.
Vì I cách đều bốn đỉnh nên: IA = IB = IC = ID.
Ta có hệ phương trình:
.
Do đó, I(3; -1; 4), R = IA = (3 – 3) + (-1 + 1) + (4 – 1) = 9.
Vậy phương trình cần tìm là: (x – 3) + (y + 1) + (z – 4) = 9.
Câu 15
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: C
Hướng dẫn giải:
Đáp án đúng là: C
Gọi I(a; b; c) là tâm mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD.
Vì I cách đều bốn đỉnh nên: IA = IB = IC = ID.
Ta có hệ phương trình:
.
Do đó, I(1; -2; 3), R = IA = (1 – 1) + (-2 + 2) + (3 + 2) = 25.
Vậy phương trình cần tìm là: (x – 1) + (y + 2) + (z – 3) = 25.
Câu 16
Lời giải do TopStudy biên soạn
a) Đúng
b) Sai
c) Đúng
d) Sai
Hướng dẫn giải:
Đáp án: a) Đúng. b) Sai. c) Đúng. d) Sai.
a) Đúng. Mặt cầu tâm A đi qua B có bán kính
R = AB = .
b) Sai. Phương trình mặt cầu tâm A đi qua B là: (x – 1)2 + (y + 4)2 + (z – 2)2 = 50.
c) Đúng. Gọi I(x; y; z) là tâm mặt cầu (S) cần tìm.
Theo giả thiết: .
Do đó, tâm I(-2; 0; 1), R = IA = .
Vậy (S): (x + 2) + y + (z – 1) = 26.
d) Sai. Bán kính mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD bằng .
Câu 17
Lời giải do TopStudy biên soạn
a) Đúng
b) Đúng
c) Sai
d) Đúng
Hướng dẫn giải:
Đáp án: a) Đúng. b) Đúng. c) Sai. d) Đúng.
a) Đúng. Ta có: R = AB = (0 – 2) + (4 – 0) + 0 = 20.
Vậy phương trình mặt cầu tâm A và đi qua điểm B là: (x – 2) + y + z = 20.
b) Đúng. Gọi tâm I là trung điểm của BC => I(0; 2; 2).
Ta có: R = IB = (0 – 0) + (4 – 2) + (0 – 2) = 8.
Vậy phương trình mặt cầu với BC là đường kính có dạng khai triển là: x + y + z – 4y – 4z = 0.
c) Sai. Ta có: , .
<=> x + y + z – 2x – 4y = 0.
<=> (x – 2x) + (y – 4y) + z = 0
<=> (x – 1) – 1 + (y – 2) – 4 + z = 0.
<=> (x – 1) + (y – 2) + z = 5.
Vậy bán kính R = .
d) Đúng. Gọi I(a; b; c) là tâm mặt cầu (S) cần tìm.
Theo giả thiết:
Do đó, tâm I(1; 2; 2), R = ID = 1 + 2 + 2 = 9.
Vậy phương trình mặt cầu cần tìm là: (x – 1) + (y – 2) + (z – 2) = 9.
Câu 18
Lời giải do TopStudy biên soạn
a) Sai
b) Đúng
c) Sai
d) Sai
Hướng dẫn giải:
Đáp án: a) Sai. b) Đúng. c) Sai. d) Sai.
a) Sai. Ta có: .
b) Đúng. I là trung điểm của AB => I(1; 2; 0).
Ta có: R = IA = (2 – 1) + (1 – 2) + (-1 – 0) = 3.
Vậy phương trình mặt cầu đường kính AB có tọa độ tâm I(1; 2; 0) và bán kính bình phương bằng 3.
c) Sai.
Gọi I(x; y; z) là tâm mặt cầu (S) cần tìm.
Theo giả thiết:
.
Vậy phương trình cần tìm là: x + y + z + 23x + 8y + 13z – 47 = 0.
d) Sai. Bán kính của mặt cầu là
.
Câu 19
Lời giải do TopStudy biên soạn
a) Đúng
b) Đúng
c) Sai
d) Sai
Hướng dẫn giải:
Đáp án: a) Đúng. b) Đúng. c) Sai. d) Sai.
a) Đúng. Trọng tâm tứ diện ABCD là: G(3; 3; 3).
Khoảng cách từ G đến A là: GA = (6 – 3)+ (0 – 3) + (0 – 3) = 27.
Khoảng cách từ G đến B là: GB = (0 – 3) + (6 – 3) + (0 – 3) = 27.
Khoảng cách từ G đến C là: GC = (0 – 3) + (0 – 3) + (6 – 3) = 27.
Khoảng cách từ G đến D là: GD = (6 – 3) + (6 – 3) + (6 – 3) = 27.
Ta có: GA = GB = GC = GD.
Vậy G chính là tâm mặt cầu ngoại tiếp.
b) Đúng. Với tâm G(3; 3; 3), R = GA = 27, ta có phương trình mặt cầu là:
(x – 3) + (y – 3) + (z – 3) = 27.
c) Sai.
Tâm I là trung điểm của AB => I(3; 3; 0).
Ta có: R = IA = (6 – 3) + (0 – 3) + (0 – 0) = 18.
d = a + b + c – R = 3 + 3 + 0 – 18 = 0.
Vậy hệ số tự do d = 0.
d) Sai. Ta có: ,
.
Vậy R = .
Câu 20
Lời giải do TopStudy biên soạn
a) Sai
b) Đúng
c) Đúng
d) Đúng
Hướng dẫn giải:
Đáp án: a) Sai. b) Đúng. c) Đúng. d) Đúng.
a) Sai.
Phương trình tổng quát của mặt cầu có dạng: x + y + z - 2ax – 2by – 2cz + d = 0.
Vì mặt cầu đi qua M, N, P, Q, thay vào phương trình ta được:
.
Vậy hệ số tự do d = 6.
b) Đúng. Tọa độ tâm của mặt cầu là .
c) Đúng. Ta có: R = .
Thể tích khối cầu là: .
d) Đúng. Phương trình mặt cầu (S) là: .
Câu 21
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: 2,45
Hướng dẫn giải:
Đáp án: 2,45
Gọi I(a; b; c) là tâm mặt cầu đi qua bốn điểm A, B, C, D. Khi đó:
Do đó, I(0; 1; 1), bán kính R = IA = .
Câu 22
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: 4
Hướng dẫn giải:
Đáp án: 4
Phương trình tổng quát của mặt cầu có dạng: x + y + z - 2ax – 2by – 2cz + d = 0.
Vì mặt cầu đi qua A, B, C, D, thay vào phương trình ta được:
.
Ta có: R = . Do đó, a = 1; n = 3 => T = 1 + 3 = 4.
Câu 23
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: 4
Hướng dẫn giải:
Đáp án: 4
Gọi I(a; b; c) là tâm mặt cầu ngoại tiếp tứ diện MNPQ.
Vì I cách đều bốn đỉnh nên: IM = IN = IP = IQ.
Ta có hệ phương trình:
Do đó, I(3; 1; 6).
Hình chiếu vuông góc của I lên mặt phẳng (Oxy) là H(3; 1; 0).
=> x = 3, y = 1, z = 0 => x + y + z = 3 + 1 + 0 = 4.
Câu 24
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: 3,16
Hướng dẫn giải:
Đáp án: 3,16
Gọi I(a; b; c) là tâm mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD.
Vì I cách đều bốn đỉnh nên: IA = IB = IC = ID.
Ta có hệ phương trình:
Khoảng cách từ điểm I(1; 2; 3) đến trục Oy là:
.
Câu 25
Lời giải do TopStudy biên soạn
Đáp án: 70
Hướng dẫn giải:
Đáp án: 70
Gọi I(a; b; c) là tâm mặt cầu ngoại tiếp tứ diện ABCD.
Vì I cách đều bốn đỉnh nên: IA = IB = IC = ID.
Ta có hệ phương trình:
Suy ra I(3; 3; 4).
Vì AA' là đường kính của mặt cầu nên I là trung điểm AA'.
Khi đó, ta có hệ phương trình: .
Do đó, A'(5; 5; 7) Þ x = 5, y = 5, z = 7 Þ T = (x + y)z = (5 + 5)7 = 70.