Giải bài 5.43 trang 38 sách bài tập toán 12 - Kết nối tri thức
Trong không gian Oxyz, cho mặt cầu (left( S right):{left( {x - 2} right)^2} + {left( {y + 1} right)^2} + {left( {z - 3} right)^2} = 9) và điểm (Aleft( {2; - 1;1} right)). a) Tìm tâm I và bán kính R của mặt cầu (S). b) Chứng minh rằng điểm A nằm trong mặt cầu (S). c) Viết phương trình mặt phẳng (P) đi qua điểm A sao cho khoảng cách từ tâm I của mặt cầu (S) đến mặt phẳng (P) là lớn nhất.
Đề bài
Trong không gian Oxyz, cho mặt cầu (S):(x−2)2+(y+1)2+(z−3)2=9 và điểm A(2;−1;1).
a) Tìm tâm I và bán kính R của mặt cầu (S).
b) Chứng minh rằng điểm A nằm trong mặt cầu (S).
c) Viết phương trình mặt phẳng (P) đi qua điểm A sao cho khoảng cách từ tâm I của mặt cầu (S) đến mặt phẳng (P) là lớn nhất.
Phương pháp giải - Xem chi tiết
Ý a: Từ phương trình mặt cầu suy ra tâm và bán kính.
Ý b: So sánh IA và bán kính mặt cầu.
Ý c: IA là vectơ pháp tuyến của (P).
Lời giải chi tiết
a) Mặt cầu (S) có tâm I(2;−1;3), bán kính R=3.
b) Ta có IA=√22=2<3=R. Suy ra điểm A nằm trong mặt cầu (S).
c) Kẻ IH vuông góc với mặt phẳng (P) thì IH≤IA nên IH lớn nhất khi H trùng với A.
Để khoảng cách từ tâm I của mặt cầu (S) đến mặt phẳng (P) là lớn nhất thì IH lớn nhất.
Khi đó A là hình chiếu của I trên (P).
Suy ra mặt phẳng (P) có vectơ pháp tuyến →IA=(0;0;−2).
Phương trình mặt phẳng (P) là −2(z−1)=0⇔z−1=0.