Google
Câu hỏi: Trong không gian Oxyz, cho bốn điểm \(A(6; -2; 3), B(0; 1; 6), C(2; 0 ; -1), D(4; 1; 0)\). Gọi (S) là mặt cầu đi qua bốn điểm A, B, C, D. Hãy viết phương trình mặt phẳng tiếp xúc với mặt cầu (S) tại điểm A.
Phương pháp giải
- Gọi \(I\) là tâm của mặt cầu, sử dụng điều kiện \(IA = IB = IC = ID\) tìm tọa độ điểm \(I\).
- Mặt phẳng \(\left( P \right)\) tiếp xúc với \(\left( S \right)\) tại \(A\) nên nhận \(\overrightarrow {IA} \) làm VTPT.
Lời giải chi tiết
Tâm I(x, y, z) của (S) có tọa độ là nghiệm của hệ phương trình
\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{I{A^2} = I{B^2}}\\{I{A^2} = I{C^2}}\\{I{A^2} = I{D^2}}\end{array}} \right.\) \(\Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{{{(x - 6)}^2} + {{(y + 2)}^2} + {{(z - 3)}^2} = {x^2} + {{(y - 1)}^2} + {{(z - 6)}^2}}\\{{{(x - 6)}^2} + {{(y + 2)}^2} + {{(z - 3)}^2} = {{(x - 2)}^2} + {y^2} + {{(z + 1)}^2}}\\{{{(x - 6)}^2} + {{(y + 2)}^2} + {{(z - 3)}^2} = {{(x - 4)}^2} + {{(y - 1)}^2} + {z^2}}\end{array}} \right.\)
\(\Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{12x - 6y - 6z = 12}\\{8x - 4y + 8z = 44}\\{4x - 6y + 6z = 32}\end{array}} \right. \Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{2x - y - z = 2}\\{2x - y + 2z = 11}\\{2x - 3y + 3z = 16}\end{array}} \right. \Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = 2}\\{y = - 1}\\{z = 3}\end{array}} \right.\)
Vậy mặt cầu (S) có tâm I(2; -1; 3).
Mặt phẳng \((\alpha)\) tiếp xúc với (S) tại A nên \((\alpha)\) có vecto pháp tuyến là \(\overrightarrow {IA} = (4; - 1; 0)\)
Phương trình mặt phẳng \((\alpha)\) là 4(x – 6) – (y +2) = 0 hay 4x – y – 26 = 0.
- Gọi \(I\) là tâm của mặt cầu, sử dụng điều kiện \(IA = IB = IC = ID\) tìm tọa độ điểm \(I\).
- Mặt phẳng \(\left( P \right)\) tiếp xúc với \(\left( S \right)\) tại \(A\) nên nhận \(\overrightarrow {IA} \) làm VTPT.
Lời giải chi tiết
Tâm I(x, y, z) của (S) có tọa độ là nghiệm của hệ phương trình
\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{I{A^2} = I{B^2}}\\{I{A^2} = I{C^2}}\\{I{A^2} = I{D^2}}\end{array}} \right.\) \(\Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{{{(x - 6)}^2} + {{(y + 2)}^2} + {{(z - 3)}^2} = {x^2} + {{(y - 1)}^2} + {{(z - 6)}^2}}\\{{{(x - 6)}^2} + {{(y + 2)}^2} + {{(z - 3)}^2} = {{(x - 2)}^2} + {y^2} + {{(z + 1)}^2}}\\{{{(x - 6)}^2} + {{(y + 2)}^2} + {{(z - 3)}^2} = {{(x - 4)}^2} + {{(y - 1)}^2} + {z^2}}\end{array}} \right.\)
\(\Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{12x - 6y - 6z = 12}\\{8x - 4y + 8z = 44}\\{4x - 6y + 6z = 32}\end{array}} \right. \Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{2x - y - z = 2}\\{2x - y + 2z = 11}\\{2x - 3y + 3z = 16}\end{array}} \right. \Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = 2}\\{y = - 1}\\{z = 3}\end{array}} \right.\)
Vậy mặt cầu (S) có tâm I(2; -1; 3).
Mặt phẳng \((\alpha)\) tiếp xúc với (S) tại A nên \((\alpha)\) có vecto pháp tuyến là \(\overrightarrow {IA} = (4; - 1; 0)\)
Phương trình mặt phẳng \((\alpha)\) là 4(x – 6) – (y +2) = 0 hay 4x – y – 26 = 0.