Phương pháp tọa độ hóa để giải bài toán hình học không gian - Nguyễn Hồng Điệp

Phương pháp tọa độ hóa để giải bài toán hình học không gian - Nguyễn Hồng Điệp

Nguồn: toanmath.com

Báo tài liệu không phù hợp
Tài liệu gồm 16 trang hướng dẫn phương pháp tọa độ hóa để giải các bài toán hình học không gian, tài liệu do thầy Nguyễn Hồng Điệp biên soạn. Nội dung tài liệu : 1. Các công thức 2. Xác định tọa độ điểm 3. Cách chọn hệ trục tọa độ – chọn véctơ + Chọn véctơ Đối với dạng bài tập này khi tìm véctơ chỉ phương, véctơ pháp tuyến của đường thẳng và mặt phẳng ta sẽ gặp trường hợp véctơ chứa tham số a là độ dài cạnh. Khi đó, để tiện cho việc tính toán ta chọn lại véctơ chỉ phương, véctơ pháp tuyến mất tham số a. [ads] + Chọn hệ trục tọa độ Phần quan trọng nhất của phương pháp này là cách chọn hệ trục tọa độ. Không có phương pháp tổng quát, có nhiều hệ trục tọa độ có thể được chọn, chúng ta chọn sao cho việc tìm tọa độ các điểm có nhiều số 0 càng tốt. • Hệ trục tọa độ nằm trên 3 đường thẳng đôi 1 vuông góc nhau. • Gốc tọa độ thường là chân đường cao của hình chóp, hình lăng trụ trùng với đỉnh của hình vuông, hình chữ nhật, tam giác vuông hoặc có thể là trung điểm của cạnh nào đó. 4. Các ví dụ

Xem trước nội dung

Nguyễn Hồng Điệp

1 Các công thức

1. Vectơ trong không gian Trong không gian cho các vectơ −→ u1= x1, y1,z1 , −→ u2 = x2, y2,z2 và sốk tùy ý

• −→ u1 = −→ u2 ⇔

 

x1 = x2 y1 = y2 z1 = z2

• −→ u1 ± −→ u2 = x1 ± x2, y1 ± y2,z1 ± z2

• k−→ u1 = k x1,k y1,kz1

• Tích có hướng: −→ u1.−→ u2 = x1.x2 + y1.y2 + z1.z2 Hai vectơ vuông góc nhau ⇔−→ u1.−→ u2 = 0 ⇔x1.x2 + y1.y2 + z1.z2 = 0

• −→ u1 = Æ

x 2 1 + y 2 1 + z 2 1 • Gọi ϕ là góc hợp bởi hai vectơ 0◦⩽ϕ ⩽180◦

cosϕ = cos −→ u1,−→ u2 = −→ u1.−→ u2 −→ u1 . −→ u2 = x1x2 + y1y2 + z1z2 Æ

x 2 1 + y 2 1 + z 2 1. Æ

x 2 2 + y 2 2 + z 2 2

• −→ AB = xB −xA, yB −yA,zB −zA

AB = Ç

(xB −xA)2 + yB −yA 2 + (zB −zA)2

• Tọa độcác điểm đặc biệt:

⋆Tọa độtrung điểm I của AB: I xA + xB

2 , yA + yB

2 , zA + zB

2

‹

⋆Tọa độtrọng tâm G của tam giác ABC : G xA + xB + xC

3 , yA + yB + yC

3 , zA + zB + zC

3

‹

⋆Tọa độtrọng tâm G của tứdiện ABC D :

G xA + xB + xC + xD

4 , yA + yB + yC + yD

4 , zA + zB + zC + zD

4

‹

• Tích có hướng của hai vectơ là 1 vectơ vuông góc cảhai vectơ xác định bởi

−→ u = −→ u1,−→ u2 =

y1 z1 y2 z2

,

z1 x1 z2 x2

,

x1 z1 x2 z2

• Một sốtính chất của tích có hướng

⋆−→ a và −→ b cùng phương ⇔ h−→ a ,−→ b i = −→ 0

A,B,C thẳng hàng ⇔ h−→ AB,−→ AC i = −→ 0

⋆Ba vectơ −→ a , −→ b , −→ c đồng phẳng ⇔ h−→ a ,−→ b i .−→ c = 0

Bốn điểm A,B,C ,D không đồng phẳng ⇔ h−→ AB,−→ AC i .−→ AD ̸= −→ 0

⋆ h−→ a ,−→ b i = −→ a . −→ b .sin −→ a ,−→ b

• Các ứng dụng của tích có hướng

⋆Diện tích hình bình hành: SABC D = ”−→ AB,−→ AD —

3

Nguyễn Hồng Điệp

⋆Diện tích tam giác: SABC = 1

2

h−→ AB,−→ AC i

⋆Thểtích khối hộp: VABC D.A′B ′C ′D ′ = ”−→ AB,−→ AD — .−→ AA′

⋆Thểtích tứdiện: VABC D = 1

6

h−→ AB,−→ AC i .−→ AD

2. Phương trình mặt phẳng

• Phương trình tổng quát (α): a x + b y + c z + d = 0 với (a 2 + b 2 + c 2 ̸= 0).

• Phương trình mặt phẳng (α) qua M x0, y0,z0 và có vectơ pháp tuyến −→ n = (a,b,c )

(α): a (x −x0) + b y −y0 + c (z −z0) = 0

• Phương trình mặt phẳng theo đoạn chắn: (α) qua A(a,0,0);B(0,b,0);C (0,0,c )

(α): x −x0

a + y −y0

b + z −z0

c = 1, với a,b,c ̸= 0

• Nếu −→ n = (a,b,c ) là vectơ pháp tuyến của (α) thì k−→ n ,k ̸= 0 cũng là vectơ pháp tuyến của (α). Do đó một mặt phẳng có vô sốvectơ pháp tuyến. Trong một sốtrường hợp ta có thểtìm vectơ pháp tuyến bằng cách chọn một giá trịcụthểcho a (hoặc b hoặc c ) và tính hai giá trịcòn lại đảm bảo đúng tỉlệa : b : c .

3. Góc

• Góc giữa hai mặt phẳng: Cho mặt phẳng (α) có vectơ pháp tuyến là −→ nα, mặt phẳng β

có vectơ pháp tuyến −→ nβ, khi đó góc giữa (α) và β được tính bằng

cos (α), β = cos −→ nα,−→ nβ =

−→ nα.−→ nβ −→ nα . −→ nβ

• Góc giữa hai đường thẳng: Cho hai đường thẳng d1 và d2 có các vectơ chỉphương là −→ u1 và −→ u2, khi đó góc giữa d1 và d2 tính bằng

cos(d1,d2) = cos −→ u2,−→ u2 =

−→ u1.−→ u2 −→ u1 . −→ u2

4

Nguyễn Hồng Điệp

• Góc giữa đường thẳng và mặt phẳng: Cho đường thẳng d có vectơ chỉphương là −→ u , mặt phẳng (α) có vectơ pháp tuyến là −→ n , khi đó góc giữa d và (α) là ϕ được tính bằng

sinϕ =

−→ u .−→ n −→ u . −→ n

4. Khoảng cách

• Khoảng cách từđiểm A x0, y0,z0 tới (α) : a x + b y + c z + d = 0 là

d (A,(α)) =

a x0 + b y0 + c z0 + d p

a 2 + b 2 + c 2

• Khoảng cách từđiểm M tới đường thẳng ∆qua M0 và có vectơ chỉphương −→ u là

d (A,∆) =

”−−−→ M M0,−→ u — −→ u

• Khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau ∆1 và ∆2 biết ∆1 qua M1 và có vectơ chỉ phương −→ u1; ∆2 qua M2 và có vectơ chỉphương −→ u2

d (∆1,∆2) =

−→ u1,−→ u2 .−−−→ M1M2 −→ u1,−→ u2

• Khoảng cách giữa hai mặt phẳng (α) và β song song nhau là khoảng cách từM0 ∈(α) tới β .

• Khoảng cách giữa hai đường thẳng ∆1 và ∆2 song song nhau là khoảng cách từM1 ∈∆1 tới ∆2.

• Khoảng cách giữa đường thẳng d và mặt phẳng (α) song song nhau là khoảng cách từ điểm M0 ∈d tới (α).

5

Trên đây là phần đầu tài liệu — bấm Đọc sách để xem đầy đủ.