Đáp án và lời giải
Giải SGK Toán 12 Bài 15. Phương trình đường thẳng trong không gian
Câu 1
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Sau khi học xong bài này, ta giải quyết bài toán này như sau:
Ta có
Đường thẳng MN đi qua điểm M(2; 3; −4) và có một vectơ chỉ phương có phương trình là: .
Mặt phẳng Oxy có phương trình là z = 0.
Gọi D là giao điểm của đường thẳng MN với mặt phẳng Oxy nên tọa độ điểm D là nghiệm của hệ . Vậy D(1; 2; 0).
Ta có ; .
Vì MD < MN nên D nằm giữa M và N.
Vậy tấm bìa có che khuất tầm nhìn của người quan sát đối với vật đặt ở điểm N.
Câu 2
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
a) Trong không gian thì có vô số đường thẳng đi qua M và vuông góc với giá của nên khẳng định này sai.
b) Qua M có duy nhất một đường thẳng đi qua M và song song hoặc trùng với giá của cho trước. Do đó khẳng định này đúng.
Câu 3
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Câu 4
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
a) Một vật thể chuyển động với vectơ vận tốc không đổi và xuất phát từ điểm A(x; y; z). Vectơ vận tốc này chính là vectơ chỉ phương của đường thẳng mà vật thể chuyển động.
Do đó đường thẳng này đi qua điểm A(x; y; z) và có vectơ chỉ phương là
b) Ta có .
Khi đó ta có cùng phương với .
Suy ra .
Câu 5
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
a) Ta có A(2; 0; 1), B(3; 3; 2) là các điểm thuộc ∆.
Có là một vectơ chỉ phương của ∆.
b) Phương trình tham số của đường thẳng đi qua gốc tọa độ O(0; 0; 0) và có vectơ chỉ phương là .
Câu 6
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
a) Điểm M(x; y; z) thuộc ∆ khi và chỉ khi hai vectơ và cùng phương với nhau. Tức là (1).
b) Vì a, b, c khác 0 nên từ (1), ta có .
Vậy điểm M(x; y; z) thuộc ∆ khi và chỉ khi các phân số .
Câu 7
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Câu 8
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Câu 9
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Ta có mặt phẳng Oyz có vectơ pháp tuyến là .
Giá của vectơ và ∆ cùng vuông góc với mặt phẳng Oyz nên chúng trùng nhau hoặc song song với nhau.
Do đó ∆ nhận làm một vectơ chỉ phương.
Đường thẳng ∆ đi qua điểm M(2; −1; 3) và làm một vectơ chỉ phương có phương trình là: .
Câu 10
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
a) Đường thẳng AA có một vectơ chỉ phương là .
b) Đường thẳng AA đi qua điểm A(x; y; z) và có vectơ chỉ phương có phương trình là: .
Câu 11
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Câu 12
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
a) Ta có
Đường thẳng MN đi qua điểm M(2; 3; −4) và có vectơ chỉ phương có phương trình là: .
b) Mặt phẳng Oxy có phương trình là z = 0.
Vì D là giao điểm của đường thẳng MN với mặt phẳng Oxy nên tọa độ điểm D là nghiệm của hệ . Vậy D(1; 2; 0).
c) Ta có ; .
Vì MD < MN nên D nằm giữa M và N.
Vậy tấm bìa có che khuất tầm nhìn của người quan sát đối với vật đặt ở điểm N.
Câu 13
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
a) Hai đường thẳng ∆ và ∆ vuông góc với nhau khi và chỉ khi hai giá của vuông góc với nhau. Tức là .
b) Theo câu a, để ∆ và ∆ vuông góc với nhau thì .
Vậy để ∆ và ∆ vuông góc với nhau thì .
Câu 14
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Ta có và trục Oz có vectơ chỉ phương là .
Có . Do đó đường thẳng ∆ không vuông góc với trục Oz.
Câu 15
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Ta có .
Vì nên hai con đường trên vuông góc với nhau.
Câu 16
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
a) D // D .
D ≡ D .
b) D và D cắt nhau khi và chỉ khi và không cùng phương và , và đồng phẳng. Tức là và .
c) D và D chéo nhau khi và chỉ khi , và không đồng phẳng. Tức là: .
Câu 17
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Ta có đường thẳng D đi qua điểm A(3; 0; 1) và có vectơ chỉ phương .
Đường thẳng D đi qua điểm B(1; 2; 0) và có vectơ chỉ phương .
Vì và A Ï D nên D // D.
Câu 18
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Đường thẳng D đi qua điểm A(1; −2; 3) và có vectơ chỉ phương .
Đường thẳng D đi qua điểm B(−1; −1; 0) và có vectơ chỉ phương .
a) Vì và A Ï D nên hai đường thẳng D và D song song với nhau.
b) Trục Ox đi qua điểm O(0; 0; 0) và có vectơ chỉ phương là .
Có và .
Có . Do đó đường thẳng D và trục Ox chéo nhau.
c) Đường thẳng D đi qua điểm C(−2; −2; −4) và có vectơ chỉ phương .
Vì và B Î D nên đường thẳng D trùng với đường thẳng D.
d) Trục Oz đi qua điểm O(0; 0; 0) và có vectơ chỉ phương là .
Có , .
Có .
Do đó đường thẳng D cắt trục Oz.
Câu 19
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Đường thẳng ∆1 đi qua điểm A(1; 3; 1) và có vectơ chỉ phương
Đường thẳng ∆2 đi qua điểm B(0; 1; 0) và có vectơ chỉ phương
Ta có
Suy ra
Vậy hai đường thẳng ∆1 và ∆2 chéo nhau.
Câu 20
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Hai vật thể chuyển động trên hai đường thẳng
Vật 1 chuyển động trên đường thẳng đi qua A và có vectơ chỉ phương .
Vật 2 chuyển động trên đường thẳng đi qua B và có vectơ chỉ phương .
Ta có và .
Có .
Do đó hai đường thẳng này chéo nhau.
Vậy trong quá trình chuyển động, hai vật thể trên không va chạm vào nhau.
Câu 21
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Đường thẳng d có vectơ chỉ phương là .
Vì D // d nên đường thẳng D nhận làm một vectơ chỉ phương.
Đường thẳng D đi qua điểm A(1; 1; 2) và có vectơ chỉ phương có phương trình tham số là: và phương trình chính tắc là: .
Câu 22
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Mặt phẳng (P) có vectơ pháp tuyến là .
Vì D ^ (P) nên đường thẳng D nhận vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (P) làm vectơ chỉ phương.
Đường thẳng D đi qua A(2; −1; 4), có vectơ chỉ phương có phương trình tham số là: và phương trình chính tắc là: .
Câu 23
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Có .
Đường thẳng D đi qua hai điểm A(2; 3; −1) và nhận làm vectơ chỉ phương có phương trình tham số là: và phương trình chính tắc là: .
Câu 24
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
a) Đường thẳng D đi qua điểm A(1; 3; 2) và có vectơ chỉ phương .
Đường thẳng D đi qua điểm B(8; −2; 2) và có vectơ chỉ phương .
Ta có và (1).
Có (2).
Từ (1) và (2) suy ra D và D cắt nhau.
b) Mặt phẳng (P) chứa D và D nên có một vectơ pháp tuyến là
Mặt phẳng (P) đi qua điểm A(1; 3; 2), có vectơ pháp tuyến có phương trình là: −5(x – 1) – 7(y – 3) + (z – 2) = 0 Û 5x + 7y – z – 24 = 0.
Câu 25
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
a) Đường thẳng D đi qua A(1; 3; 2) và có vectơ chỉ phương .
Đường thẳng D đi qua B(1; −1; 0) và có vectơ chỉ phương .
Vì và A Ï D do đó D và D song song với nhau.
b) Có .
Mặt phẳng (P) chứa D và D có một vectơ pháp tuyến là .
Mặt phẳng (P) đi qua A(1; 3; 2) và có vectơ pháp tuyến có phương trình là: −6(x – 1) −6(y – 3) + 12(z – 2) = 0 Û 6x + 6y – 12z = 0 hay x + y – 2z = 0.
Câu 26
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Đường thẳng D đi qua A(−1; 1; 3) và có vectơ chỉ phương .
Đường thẳng D đi qua B(−1; 2; 1) và có vectơ chỉ phương .
Có , .
Có .
Do đó D và D chéo nhau.
Câu 27
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
a) Đường thẳng D đi qua A(1; 0; −1) có vectơ chỉ phương .
Đường thẳng D đi qua B(3; −1; 0) có vectơ chỉ phương .
Vì nên hai đường thẳng D và D vuông góc với nhau.
b) Ta có , .
.
Do đó D và D chéo nhau.
Vậy nút giao thông trên là nút giao thông khác mức.
Câu 28
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Phương trình mô tả quỹ đạo chuyển động của viên đạn là:
a) Thay tọa độ điểm M vào phương trình chuyển động, ta có:
.
Ta thấy các giá trị t này đều khác nhau do đó điểm M không nằm trên quỹ đạo chuyển động của viên đạn nên viên đạn không bắn trúng mục tiêu đặt tại điểm M.
b) Thay tọa độ điểm N vào phương trình chuyển động của viên đạn ta có:
.
Suy ra điểm N nằm trên quỹ đạo chuyển động của viên đạn.
Do đó viên đạn trên có bắn trúng mục tiêu đặt tại điểm N.
Câu 29
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Để viết được phương trình đường thẳng chứa tia nắng mặt trời đi qua đỉnh cột tại thời điểm đang xét ta cần xác định tọa độ của A (đỉnh cột) và A' (bóng của đỉnh cột).
Ta có A(0; 0; 6).
Hoành độ của điểm A' là x = 3cos60° = .
Tung độ của điểm A' là y = 3cos30° = .
Do đó .
Đường thẳng chứa tia nắng mặt trời đi qua A(0; 0; 6) và có vectơ chỉ phương có phương trình là: .