Bài tập 5.42 trang 62 Toán 12 tập 2 - Kết nối tri thức: Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng (P)...

Đề bài :

Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng (P): \(x - 2y + 2z - 1 = 0\) và hai điểm \(A\left( {1; - 1;2} \right),B\left( { - 1;1;0} \right)\).

a) Tính khoảng cách từ A đến mặt phẳng (P).

b) Viết phương trình mặt phẳng (Q) đi qua A và song song với mặt phẳng (P).

c) Viết phương trình mặt phẳng (R) chứa A, B và vuông góc với mặt phẳng (P).

Hướng dẫn giải :

a) Sử dụng kiến thức về khoảng cách từ một điểm đến một mặt phẳng để tính: Trong không gian Oxyz, khoảng cách từ điểm \(M\left( {{x_0};{y_0};{z_0}} \right)\) đến mặt phẳng \(\left( P \right):Ax + By + Cz + D = 0\) là \(d\left( {M,\left( P \right)} \right) = \frac{{\left| {A{x_0} + B{y_0} + C{z_0} + D} \right|}}{{\sqrt {{A^2} + {B^2} + {C^2}} }}\).

b) Sử dụng kiến thức về phương trình mặt phẳng đi qua một điểm và biết vectơ pháp tuyến để viết phương trình: Trong không gian Oxyz, nếu mặt phẳng \(\left( \alpha \right)\) đi qua điểm \({M_0}\left( {{x_0};{y_0};{z_0}} \right)\) và có vectơ pháp tuyến \(\overrightarrow n = \left( {A;B;C} \right)\) thì có phương trình là:

\(A\left( {x - {x_0}} \right) + B\left( {y - {y_0}} \right) + C\left( {z - {z_0}} \right) = 0 \Leftrightarrow Ax + By + Cz + D = 0\) với \(D = - \left( {A{x_0} + B{y_0} + C{z_0}} \right)\)

c) Sử dụng kiến thức về lập phương trình mặt phẳng đi qua một điểm và biết cặp vectơ chỉ phương: Trong không gian Oxyz, bài toán viết phương trình mặt phẳng đi qua điểm M và biết cặp vectơ chỉ phương \(\overrightarrow u ,\overrightarrow v \) có thể thực hiện theo các bước sau:

+ Tìm vectơ pháp tuyến là \(\overrightarrow n = \left[ {\overrightarrow u ,\overrightarrow v } \right]\).

+ Lập phương trình tổng quát của mặt phẳng đi qua M và biết vectơ pháp tuyến là \(\overrightarrow n = \left[ {\overrightarrow u ,\overrightarrow v } \right]\).

Lời giải chi tiết :

a) Khoảng cách từ điểm A đến (P) là: \(d\left( {A,\left( P \right)} \right) = \frac{{\left| {1.1 - 2.\left( { - 1} \right) + 2.2 - 1} \right|}}{{\sqrt {{1^2} + {{\left( { - 2} \right)}^2} + {2^2}} }} = \frac{6}{3} = 2\)

b) Mặt phẳng (P) có \(\overrightarrow {{n_P}} = \left( {1; - 2;2} \right)\) là một vectơ pháp tuyến.

Vì mặt phẳng (Q) song song với mặt phẳng (P) nên mặt phẳng (Q) nhận vectơ \(\overrightarrow {{n_P}} = \left( {1; - 2;2} \right)\) làm một vectơ pháp tuyến. Mà (Q) đi qua điểm A nên phương trình mặt phẳng (Q) là: \(x - 1 - 2\left( {y + 1} \right) + 2\left( {z - 2} \right) = 0 \Leftrightarrow x - 2y + 2z - 7 = 0\)

c) Ta có: \(\overrightarrow {AB} \left( { - 2;2; - 2} \right) \Rightarrow \frac{{ - 1}}{2}\overrightarrow {AB} = \left( {1; - 1;1} \right)\)

\(\left[ {\overrightarrow {{n_P}} ;\frac{{ - 1}}{2}\overrightarrow {AB} } \right] = \left( {\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ - 2}&2\\{ - 1}&1\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}2&1\\1&1\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}1&{ - 2}\\1&{ - 1}\end{array}} \right|} \right) = \left( {0;1;1} \right)\)

Mặt phẳng (R) đi qua điểm A và nhận vectơ \(\left[ {\overrightarrow {{n_P}} ;\frac{{ - 1}}{2}\overrightarrow {AB} } \right] = \left( {0;1;1} \right)\) làm một vectơ pháp tuyến nên phương trình mặt phẳng (R) là: \(y + 1 + z - 2 = 0 \Leftrightarrow y + z - 1 = 0\)