Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Đường thẳng Oxyz (Toán học Lớp 12)
Tuyển tập 884 câu hỏi thuộc chuyên đề Đường thẳng Oxyz (Hình học – Toán học Lớp 12) trích từ ngân hàng đề thi chính thức và đề thi thử các trường THPT trên toàn quốc. Chọn trực tiếp đáp án A, B, C, D bên dưới để kiểm tra kết quả và xem hướng dẫn giải chi tiết từng bước.
Dấu hiệu & kiến thức trọng tâm:tham số/chính tắcVTCP
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho đường thẳng d:2x+1=1y=1z−2, mặt phẳng (P):x+y−2z+5=0 và điểm A(1;−1;2). Đường thẳng Δ cắt d tại M, cắt (P) tại N sao cho A là trung điểm của đoạn thẳng MN. Một vectơ chỉ phương của Δ là:
Vì M∈d nên M(−1+2t;t;2+t). Vì A(1;−1;2) là trung điểm của MN nên N=2A−M=(3−2t;−2−t;2−t). Điểm N∈(P)⇒(3−2t)+(−2−t)−2(2−t)+5=0⇔2−t=0⇔t=2. Khi đó M(3;2;4),N(−1;−4;0). Vectơ chỉ phương của Δ là MN=(−4;−6;−4)=−2(2;3;2).
Gọi (β) là mặt phẳng qua M(4;−2;1) và song song với (α): (β):3(x−4)−4(y+2)+1(z−1)=0⇔3x−4y+z−21=0. Đường thẳng Δ nằm trong mặt phẳng (β). Khoảng cách từ A đến Δ lớn nhất khi Δ⊥HM với H là hình chiếu của A lên (β). Khi đó VTCP của Δ là u=[nα,AM] hoặc [nα,[nα,AM]]. Tính toán tìm được vectơ chỉ phương của Δ cùng phương với (1;1;1), đi qua M(4;−2;1) có phương trình tham số: ⎩⎨⎧x=4+ty=−2+tz=1+t.
Trong không gian với hệ trục tọa độ Oxyz, cho đường thẳng d đi qua điểm M(3;3;−2) và có vectơ chỉ phương u=(1;3;1). Phương trình chính tắc của đường thẳng d là:
Trong một cuộc diễn tập phòng không, một bệ phóng tên lửa phòng không được đặt tại vị trí O(0;0;0) *(trong không gian Oxyz với đơn vị trên các trục tính theo ki-lô-mét)* có tầm bắn tối đa là 40 km và tên lửa được phóng ra với vận tốc không đổi 500 m/s. Một máy bay không người lái bay theo một đường thẳng có vec tơ chỉ phương u=(3;−4;0) với vận tốc không đổi 900 km/h. Khi phát hiện máy bay không người lái tại vị trí A(−33;12;18) thì tên lửa rời bệ phóng, khai hỏa và đã bắn hạ được mục tiêu tại điểm B. Hỏi khoảng cách từ bệ phóng tên lửa đến vị trí máy bay không người lái bị bắn hạ bằng bao nhiêu ki-lô-mét? *(Giả sử cả máy bay không người lái và tên lửa đều bay theo đường thẳng và không chịu tác động của trọng lực hay lực cản không khí)*.
Ta có OB=2AB. Điểm B(−33+3k;12−4k;18) với AB=5∣k∣,OB=10∣k∣. Từ OB2=100k2⟺(−33+3k)2+(12−4k)2+182=100k2⟺25k2+98k−519=0, ta được k=3 (thỏa mãn OB=30≤40 km). Vậy OB=30 km.
Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng (P):2x−y+z+3=0 nhận vectơ pháp tuyến nP=(2;−1;1) làm vectơ chỉ phương và đi qua A(3;0;−1), nên có phương trình tham số ⎩⎨⎧x=3+2ty=−tz=−1+t(t∈R).
Trong một cuộc diễn tập phòng không, một bệ phóng tên lửa phòng không được đặt tại vị trí O(0;0;0) *(trong không gian Oxyz với đơn vị trên các trục tính theo ki-lô-mét)* có tầm bắn tối đa là 30 km và tên lửa được phóng ra với vận tốc không đổi 500 m/s. Một máy bay không người lái bay theo một đường thẳng có vec tơ chỉ phương u=(3;−4;0) với vận tốc không đổi 900 km/h. Khi phát hiện máy bay không người lái tại vị trí A(6;−20;16) thì tên lửa rời bệ phóng, khai hỏa và đã bắn hạ được mục tiêu tại điểm B. Hỏi khoảng cách từ bệ phóng tên lửa đến vị trí máy bay không người lái bị bắn hạ bằng bao nhiêu ki-lô-mét? *(Giả sử cả máy bay không người lái và tên lửa đều bay theo đường thẳng và không chịu tác động của trọng lực hay lực cản không khí)*.
Vận tốc tên lửa là v1=500 m/s, vận tốc máy bay không người lái là v2=900 km/h=250 m/s, suy ra OB=2AB. Điểm B nằm trên đường thẳng qua A(6;−20;16) có VTCP u=(3;−4;0) nên B(6+3k;−20−4k;16), với AB=5∣k∣ và OB=10∣k∣. Từ OB2=100k2⟺(6+3k)2+(−20−4k)2+162=100k2⟺75k2−196k−692=0, ta được k=−2 (vì OB=10∣k∣=20≤30 km, nghiệm còn lại cho OB≈46,13>30 km loại). Vậy khoảng cách cần tìm là OB=20 km.
Trong không gian Oxyz, cho điểm A(2;0;−1) và mặt phẳng (P):x+y−1=0. Đường thẳng đi qua A đồng thời song song với (P) và mặt phẳng (Oxy) có phương trình là
Vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (P) là nP=(1;1;0). Vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (Oxy) là k=(0;0;1). Vì đường thẳng song song với cả (P) và (Oxy) nên VTCP u của đường thẳng vuông góc với cả nP và k: u=[nP,k]=(1⋅1−0⋅0;0⋅0−1⋅1;1⋅0−1⋅0)=(1;−1;0). Đường thẳng đi qua A(2;0;−1) có phương trình tham số là: ⎩⎨⎧x=2+ty=−tz=−1. Chọn B.
Trong không gian Oxyz, cho hai đường thẳng Δ1:⎩⎨⎧x=1+2ty=2+tz=−2−t và Δ2:−1x−3=2y−2=2z+3. Gọi d là đường thẳng đi qua điểm A(−1;0;−1) cắt đường thẳng Δ1 và tạo với đường thẳng Δ2 một góc lớn nhất. Phương trình đường thẳng d là
Gọi B=d∩Δ1⟹B(1+2t;2+t;−2−t). Khi đó d có một vectơ chỉ phương là ud=AB=(2t+2;t+2;−t−1). Đường thẳng Δ2 có vectơ chỉ phương u2=(−1;2;2). Gọi φ là góc giữa đường thẳng d và Δ2 (0∘≤φ≤90∘). Ta có: cosφ=∣ud∣⋅∣u2∣∣ud⋅u2∣. Ta có ud⋅u2=−1(2t+2)+2(t+2)+2(−t−1)=−2t. ∣u2∣=(−1)2+22+22=3. ∣ud∣=(2t+2)2+(t+2)2+(t+1)2=6t2+14t+9. Suy ra cosφ=36t2+14t+92∣t∣≥0. Góc φ lớn nhất khi cosφ nhỏ nhất, tức là cosφ=0⟺t=0 (khi đó φ=90∘). Với t=0, ta có ud=(2;2;−1). Phương trình chính tắc của đường thẳng d đi qua A(−1;0;−1) có VTCP (2;2;−1) là: 2x+1=2y=−1z+1. Chọn A.
Trong không gian Oxyz, cho điểm A(1;3;2), mặt phẳng (P):2x−y+z−10=0 và đường thẳng d:2x+2=1y−1=−1z−1. Đường thẳng Δ cắt (P) và d lần lượt tại hai điểm M,N sao cho A là trung điểm của đoạn MN. Biết u=(a;b;1) là một vectơ chỉ phương của Δ, giá trị của a+b bằng
Vì N∈d nên tọa độ của N có dạng N(−2+2t;1+t;1−t). Vì A(1;3;2) là trung điểm của MN nên tọa độ của điểm M là: xM=2xA−xN=2(1)−(−2+2t)=4−2t, yM=2yA−yN=2(3)−(1+t)=5−t, zM=2zA−zN=2(2)−(1−t)=3+t. Điểm M∈(P) nên thay tọa độ của M vào phương trình mặt phẳng (P): 2(4−2t)−(5−t)+(3+t)−10=0⟺8−4t−5+t+3+t−10=0 ⟺−2t−4=0⟺t=−2. Với t=−2, ta có tọa độ của N là N(−6;−1;3) và tọa độ của M là M(8;7;1). Vectơ NM=(14;8;−2)=−2(−7;−4;1). Do đó một vectơ chỉ phương của Δ có dạng u=(a;b;1) là u=(−7;−4;1). Suy ra a=−7 và b=−4. Vậy a+b=−7+(−4)=−11. Chọn B.
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho bốn điểm A(2;0;0), B(0;3;0), C(0;0;6) và D(1;1;1). Gọi Δ là đường thẳng đi qua D và thỏa mãn tổng khoảng cách từ các điểm A,B,C đến Δ là lớn nhất. Khi đó Δ đi qua điểm nào trong các điểm dưới đây?
Chọn B. Phương trình mặt phẳng (ABC) theo đoạn chắn là: 2x+3y+6z=1⇔3x+2y+z−6=0. Thay tọa độ D(1;1;1) vào: 3(1)+2(1)+1−6=0, suy ra D∈(ABC). Gọi hình chiếu của A,B,C lên đường thẳng Δ là H,I,J. Ta luôn có AH≤AD,BI≤BD,CJ≤CD. Tổng khoảng cách lớn nhất khi và chỉ khi Δ⊥(ABC) tại D. Véc-tơ pháp tuyến của mặt phẳng (ABC) là n=(3;2;1). Do đó véc-tơ chỉ phương của Δ là u=(3;2;1). Phương trình chính tắc của Δ là: 3x−1=2y−1=1z−1. Kiểm tra các điểm đã cho: Với điểm (4;3;7): 34−1=23−1=67−1... (chú ý tỷ lệ với n=(3;2;6) khi quy đồng: 2x+3y+6z=1⇔3x+2y+z−6=0). Phương trình tham số của Δ: x=1+3t,y=1+2t,z=1+6t. Với t=1⇒x=4,y=3,z=7. Điểm (4;3;7) thuộc Δ.