CHỦ ĐỀ 13: PHƯƠNG TRÌNH MẶT PHẲNG, PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG
THẲNG VÀ MẶT CẦU
VẤN ĐỀ 1. PHƯƠNG TRÌNH MẶT PHẲNG
1. Vectơ pháp tuyến của mặt phẳng
Vectơ 0 n ≠
được gọi là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (α) nếu giá
của n
vuông góc với (α).
Nêu 2 vectơ u
và v
không cùng phương và giá của chúng song song
với một mặt phẳng (α) (hoặc nằm trên (α)) thì vectơ , n u v =
là một
vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (α).
Chú ý: Nếu 0 n ≠
là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (α) thì . ( , 0) k n k k ∈ ≠ cũng là một vectơ pháp
tuyến của mặt phẳng (α).
Ví dụ: Nếu (2;4;6) n =
là một vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (α) thì 1 (1;2;3) n =
cũng là một vectơ
pháp tuyến của mặt phẳng (α). Trong quá trình tính toán ta nên chọn vectơ đơn giản nhất.
2. Mặt phẳng đi qua điểm ( ) 0 0 0 ; ; M x y z có vectơ pháp tuyến là ( ) n A;B;C =
có phương trình tổng quát
là 0 0 0 ( ) ( ) ( ) 0. A x x B y y C z z − + − + − =
3. Mỗi mặt phẳng đều có phương trình tổng quát dạng Ax+ By + Cz + D = 0 với A2 + B2 + C2 > 0.
Ngược lại mỗi phương trình có dạng trên đều là phương trình của một mặt phẳng.
Nếu mặt phẳng (α) có phương trình Ax + By + Cz + D = 0 thì vectơ ( ; ; ) n A B C =
là vectơ pháp tuyến
của mặt phẳng (α).
4. Phương trình mặt phẳng theo đoạn chắn
Mặt phẳng (α) không đi qua gốc O, cắt trục Ox tại điểm ( ) ;0;0 A a , cắt trục Oy tại điểm ( ) 0;b;0 B và cắt
trục Oz tại điểm ( ) 0;0; C c có phương trình 1 x y z a b c + + = (abc≠0).
Phương trình này được gọi là phương trình theo đoạn chắn của mặt phẳng (α).
5. Một số cách xác định vectơ pháp tuyến của mặt phẳng hay gặp:
• (P) đi qua ba điểm phân biệt A, B, C thì có vectơ pháp tuyến p n AB,AC =
• (P) đi qua điểm A và song song với (Q) thì ta chọn cho p Q n n =
• (P) đi qua điểm A và vuông góc với hai mặt phẳng phân biệt (α), (β) thì p p
p
n n n n ,n n n
α α β β
⊥ → = ⊥
• (P) đi qua điểm A và song song với hai vectơ thì ,a b
thì
p p
p
n a n a,b n b
⊥ → = ⊥
• (P) đi qua điểm A, B và vuông góc với (α) thì , p p
p
n AB n AB n n n α
α
⊥ → = ⊥
II. Phương trình đường thẳng
1. Vectơ chỉ phương của đường thẳng
Vectơ 0 u ≠
được gọi là vectơ chỉ phương của đường thẳng d nếu giá của u
song song hoặc trùng với d.
Chú ý: Nếu 0 u ≠
là vectơ chỉ phương của đường thẳng d thì . ( ; 0) k u k k ∈ ≠ cũng là một vectơ chỉ
phương của đường thẳng d.
2. Đường thẳng đi qua điểm ( ) 0 0 0 ; ; M x y z với vectơ chỉ phương
(a;b;c) u =
có:
+ Phương trình tham số :
0
0
0
( ).
x x at
y y bt t
z z ct
= + = + ∈ = +
(Với mỗi giá trị t cho ta các giá trị tương ứng , , x y z tương ứng là tọa độ của một điểm M thuộc đường
thẳng).
+) Phương trình chính tắc là: 0 0 0 x x y y z z a b c − − − = = với điều kiện abc ≠ 0.
3. Cho 2 mặt phẳng (P) và (Q) lần lượt có phương trình là Ax 0 By Cz D + + + = và
A'x ' ' ' 0 B y C z D + + + = với điều kiện A : B : C A' : B' : C' ≠
Điều kiện trên chứng tỏ hai mặt phẳng đó cắt nhau. Gọi d là đường thẳng giao tuyến của chúng.
Đường thẳng d gồm những điểm M (x;y;z) vừa thuộc mặt phẳng (P) vừa thuộc mặt phẳng (Q) nên tọa độ
điểm M là nghiệm của hệ phương trình 0
0
Ax By Cz D . A' x B' y C' z D'
+ + + = + + + =
Khi đó ( P ) Q u n ,n =
với ( P ) Q n ( A;B;C ); n ( A';B';C') = =
là một vectơ chỉ phương của đường
thẳng d.
4. Một số cách xác định vectơ chỉ phương của đường thẳng hay gặp:
• (d) đi qua điểm A và song song với đường thẳng (∆) thì ta chọn cho d u u∆ =
• (d) đi qua điểm A và vuông góc với hai đường thẳng (d1), (d2) thì 1
1 2
2
d d d d d
d d
u u u u ,u u u
⊥ → = ⊥
• (d) đi qua điểm A và song song với hai mặt phẳng (α), (β) thì d d
d
u n u n ,n u n
α α β
β
⊥ → = ⊥
• (d) đi qua điểm A và vuông góc với đường thẳng (∆); song song …
Trên đây là phần đầu tài liệu — bấm Đọc sách để xem đầy đủ.