Bài 2.28 trang 62 SBT hình học 12


Giải bài 2.28 trang 62 sách bài tập hình học 12. Mặt phẳng (Q) song song với mặt phẳng (P) cắt ∆ và ∆' lần lượt tại M và M’. Gọi M1 là hình chiếu vuông góc của M lên mặt phẳng (P).

Đề bài

Cho hai đường thẳng \(\Delta \) và \(\Delta '\) chéo nhau nhận AA’ làm đoạn vuông góc chung, trong đó A thuộc \(\Delta \)  và A’ thuộc \(\Delta '\)  . Gọi (P) là mặt phẳng qua A vuông góc với \(\Delta '\)  và d là hình chiếu vuông góc của \(\Delta \)  trên mặt phẳng (P). Đặt  AA’ = a, góc nhọn giữa \(\Delta \)  và d là \(\alpha \). Mặt phẳng (Q) song song với mặt phẳng (P) cắt \(\Delta \) và \(\Delta '\) lần lượt tại M và M’. Gọi M1 là hình chiếu vuông góc của M lên mặt phẳng (P).

a) Chứng minh 5 điểm A, A’ , M, M’ , M1 cùng nằm trên  mặt cầu (S). xác định tâm O của (S). Tính bán kính của (S) theo a, \(\alpha \) và khoảng cách x giữa hai mặt phẳng (P) và (Q).

b) Khi x thay đổi, tâm O của mặt cầu (S) di động trên đường nào? Chứng minh rằng khi (Q) thay đổi mặt cầu (S) luôn luôn đi qua một đường tròn cố định.

Phương pháp giải - Xem chi tiết

Chứng minh các điểm A, A', M cùng nhìn đoạn thẳng \(M'{M_1}\) một góc \(90^0\).

Lời giải chi tiết

a) Vì mặt phẳng (P) qua A và vuông góc với \(\displaystyle \Delta '\) nên AA’ thuộc (P). Vì M thuộc \(\displaystyle \Delta \) mà d là hình chiếu vuông góc của \(\displaystyle \Delta \) trên (P) nên M1 thuộc d.

Vì \(\displaystyle MA \bot {\rm{AA}}' => {M_1}A \bot AA'\)

Mặt khác \(\displaystyle {M_1}A \bot M'A'\) nên ta suy ra \(\displaystyle {M_1}A \bot ({\rm{AA}}'M')\). Do đó \(\displaystyle {M_1}A \bot M'A\)   và điểm A thuộc mặt cầu đường kính M’M1.

Ta có   \(\displaystyle M'A' \bot (P)\) nên \(\displaystyle M'A' \bot A'{M_1}\), ta suy ra điểm A’ cũng thuộc mặt cầu đường kính  M’M1

Ta có  (Q) // (P) nên ta suy ra   \(\displaystyle M{M_1} \bot (Q)\) mà MM’ thuộc (Q), do đó \(\displaystyle {M_1}M \bot MM'\)

Như vậy 5 điểm A, A’ , M, M’, M1 cùng thuộc mặt cầu (S) có đường kính M’M1. Tâm O của mặt cầu (S) là trung điểm của đoạn M’M1.

Ta có \(\displaystyle M'{M_1}^2 = M'A{'^2} + A'{M_1}^2 \) \(\displaystyle = M'A{'^2} + A'{A^2} + A{M_1}^2 \) \(\displaystyle = {x^2} + {a^2} + {x^2}{\cot ^2}\alpha \) vì MM1 = x và \(\displaystyle \cot \alpha  = {{A{M_1}} \over {{M_1}M}} = {{A{M_1}} \over x}\)

Bán kính r của mặt cầu (S) bằng \(\displaystyle {{M'{M_1}} \over 2}\)  nên \(\displaystyle r = {1 \over 2}\sqrt {{a^2} + {x^2}(1 + {{\cot }^2}\alpha )} \)

b) Hình tứ giác A’M’MM1 là hình chữ nhật nên tâm O cũng là trung điểm của A’M.

Do đó khi x thay đổi thì mặt phẳng (Q) thay đổi và điểm O luôn luôn thuộc đường thẳng d’ đi qua trung điểm I của đoạn AA’ và song song với đường thẳng \(\displaystyle \Delta \).

Vì mặt cầu tâm O luôn luôn đi qua hai điểm cố định A, A’nên nó có tâm O di động trên đường thẳng d’.

Do đó mặt cầu tâm O luôn luôn chứa đường tròn tâm I cố định có đường kính AA’ cố định và nằm trong mặt phẳng cố định vuông góc với đường thẳng d’.

Loigiaihay.com


Bình chọn:
4.9 trên 7 phiếu

>> Luyện thi tốt nghiệp THPT và Đại học năm 2021, mọi lúc, mọi nơi tất cả các môn cùng các thầy cô giỏi nổi tiếng, dạy hay dễ hiểu trên Tuyensinh247.com. Đã có đầy đủ các khóa học từ nền tảng tới luyện thi chuyên sâu.


Gửi bài