Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Mặt cầu (Toán học Lớp 12)

Trong không gian tọa độ $Oxyz$, cho mặt phẳng $(P):x-y+2z-1=0$, các điểm $A(0;1;1)$, $B(1;0;0)$ ($A$ và $B$ nằm trên mặt phẳng $(P)$) và mặt cầu $(S):(x-2{)}^2+(y+1{)}^2+(z-2{)}^2=4$. $CD$ là một đường kính thay đổi của $(S)$ sao cho $CD\parallel (P)$ và bốn điểm $A,B,C,D$ tạo thành một tứ diện. Giá trị lớn nhất của thể tích tứ diện đó bằng

Trong không gian $Oxyz$, cho điểm $E(2;1;3)$, mặt phẳng $(P):2x+2y-z-3=0$ và mặt cầu $(S):(x-3{)}^2+(y-2{)}^2+(z-5{)}^2=36$. Gọi $\Delta$ là đường thẳng đi qua $E$, nằm trong $(P)$ và cắt $(S)$ tại hai điểm có khoảng cách nhỏ nhất. Biết $\Delta$ có một vectơ chỉ phương $\vec{u}=(2018;y_0;z_0)$. Tính $T=z_0-y_0$.

Trong không gian $Oxyz$, cho mặt phẳng $(P):x-2y+2z-3=0$ và mặt cầu $(S):x^2+y^2+z^2+2x-4y-2z+5=0$. Xét hai điểm $M,N$ thay đổi với $M\in (P)$ và $N\in (S)$ sao cho vectơ $\overrightarrow{MN}$ cùng phương với vectơ $\vec{u}=(1;0;1)$. Độ dài đoạn $MN$ lớn nhất bằng

Tại khu bảo tồn biển Hòn Mun, Viện Hải dương học thiết lập một trạm nghiên cứu ngầm mang hình dáng một khối cầu bảo vệ $(S)$. Trong hệ tọa độ $Oxyz$ (đơn vị: chục mét), mặt cầu $(S)$ có phương trình: $(S):(x-1{)}^2+(y-1{)}^2+(z-1{)}^2=9$. Hai trạm thu phát tín hiệu phụ được neo cố định dưới đáy biển tại các vị trí $A(7;7;7)$ và $B(4;4;1)$. Để kết nối mạng lưới, các kỹ sư cần khoan một cổng kết nối cáp quang tại vị trí $M$ nằm trên bề mặt khối cầu bảo vệ $(S)$ để kéo cáp đến $A$ và $B$. Do yêu cầu về băng thông của trạm $B$ cao gấp đôi trạm $A$, nên tổng chi phí lắp đặt và độ suy hao tín hiệu $P$ được mô hình hóa theo công thức: $P=M{A}^2+2M{B}^2$. Tính giá trị nhỏ nhất của $P$.

Trong không gian $Oxyz$, cho điểm $M(2;1;1)$, mặt phẳng $(\alpha ):x+y+z-4=0$ và mặt cầu $(S):(x-3{)}^2+(y-3{)}^2+(z-4{)}^2=16$. Phương trình đường thẳng $\Delta$ đi qua $M$ và nằm trong $(\alpha )$ cắt mặt cầu $(S)$ theo một đoạn thẳng có độ dài nhỏ nhất. Đường thẳng $\Delta$ đi qua điểm nào trong các điểm sau đây?

Trong không gian với hệ trục tọa độ $Oxyz$, cho hai điểm $A(2;1;3),B(6;5;5)$. Gọi $(S)$ là mặt cầu đường kính $AB$. Mặt phẳng $(P)$ vuông góc với $AB$ tại $H$ sao cho khối nón đỉnh $A$ và đáy là hình tròn tâm $H$ (giao của mặt cầu $(S)$ và mặt phẳng $(P)$) có thể tích lớn nhất, biết rằng $(P):2x+by+cz+d=0$ với $b,c,d\in \mathbb{Z}$. Tính $S=b+c+d$.

Trong không gian với hệ trục tọa độ $Oxyz$ cho mặt phẳng $(P):2x-y-2z-2=0$ và mặt phẳng $(Q):2x-y-2z+10=0$ song song với nhau. Biết $A(1;2;1)$ là điểm nằm giữa hai mặt phẳng $(P)$ và $(Q)$. Gọi $(S)$ là mặt cầu qua $A$ và tiếp xúc với cả hai mặt phẳng $(P)$ và $(Q)$. Biết rằng khi $(S)$ thay đổi thì tâm của nó luôn nằm trên một đường tròn. Tính bán kính $r$ của đường tròn đó.

Trong không gian $Oxyz$, mặt cầu $(S)$ có tâm là $I(2;5;3)$ và cắt đường thẳng $d:\frac{x-1}{2}=\frac{y}{1}=\frac{z-2}{2}$ tại hai điểm phân biệt $A,B$ sao cho chu vi tam giác $IAB$ bằng $10+2\sqrt{7}$. Phương trình nào sau đây là phương trình mặt cầu $(S)$?

Cho ba hình cầu có bán kính lần lượt là $R_1,R_2,R_3$ đôi một tiếp xúc ngoài nhau và cùng tiếp xúc với mặt phẳng $(P)$. Các tiếp điểm của ba hình cầu với mặt phẳng $(P)$ lập thành một tam giác có độ dài các cạnh lần lượt là $2;3;4$. Tính tổng $R_1+R_2+R_3$:

Trong một phòng triển lãm được thiết lập hệ trục tọa độ $Oxyz$, đơn vị độ dài trên mỗi trục tương ứng với $170\text{ cm}$ trong thực tế. Một camera giám sát hiện đại được gắn cố định tại điểm $M(1;0;1)$. Hệ thống xử lý hình ảnh của camera đang quan sát hai vật thể phong thủy dạng khối cầu: quả cầu I có thể tích $V_1=30{\text{ dm}}^3$ và tâm tại $A(5;4;3)$; quả cầu II có tâm tại $B(1;2;1)$ và thể tích $V_2$ không vượt quá $100{\text{ dm}}^3$. Qua phân tích quang học, phần mềm đo lường nhận diện được tập hợp các tiếp điểm của các tia sáng từ ống kính camera đến mỗi mặt cầu tạo thành hai đường tròn có bán kính thực tế bằng nhau. Hãy xác định thể tích $V_2$ của quả cầu II theo đơn vị ${\text{dm}}^3$ (làm tròn kết quả đến hàng phần mười).

Cho hình lập phương $ABCD.A^{\prime }{B}^{\prime }{C}^{\prime }{D}^{\prime }$ cạnh bằng $a$. Một mặt cầu $(S)$ đi qua các đỉnh của hình vuông $ABCD$ đồng thời tiếp xúc với các cạnh của hình vuông $A^{\prime }{B}^{\prime }{C}^{\prime }{D}^{\prime }$. Tính bán kính $R$ của mặt cầu $(S)$.

Cho tam giác $ABC$ vuông tại $A$, có $AB=12$; $AC=16$. Các cầu $(S_1),(S_2),(S_3)$ lần lượt có tâm $A,B,C$ và có bán kính tương ứng là $3;6;9$. Hỏi có bao nhiêu mặt phẳng tiếp xúc đồng thời với cả 3 mặt cầu trên?

Cho mặt cầu $(S)$ bán kính $R=5\text{ cm}$. Mặt phẳng $(P)$ cắt mặt cầu $(S)$ theo giao tuyến là đường tròn $(C)$ có chu vi bằng $8\pi \text{ cm}$. Bốn điểm $A,B,C,D$ thay đổi sao cho $A,B,C$ thuộc đường tròn $(C)$, điểm $D$ thuộc $(S)$ (không thuộc đường tròn $(C)$) và tam giác $ABC$ là tam giác đều. Tính thể tích lớn nhất của khối tứ diện $ABCD$.

Trong không gian cho hình chóp $S.ABCD$ có đáy $ABCD$ là hình thang vuông tại $A$ và $B$ với $AB=BC=1,AD=2$, cạnh bên $SA=1$ và $SA$ vuông góc với đáy. Gọi $E$ là trung điểm $AD$. Khi đó diện tích $S_{mc}$ của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp $S.CDE$ là

Trong không gian với hệ tọa độ $Oxyz$, cho mặt phẳng $(P):x-y+2z-15=0$ và hai điểm $A(-2;1;0)$, $B(2;1;3)$. Mặt cầu $(S)$ đi qua $A,B$ và tiếp xúc với mặt phẳng $(P)$ tại điểm $H$. Biết rằng $H$ luôn thuộc một đường tròn cố định. Tìm bán kính của đường tròn đó.

Trong không gian cho hình chóp $S.ABCD$ có đáy $ABCD$ là hình thang vuông tại $A$ và $D$ với $AB=AD=2,CD=1$, cạnh bên $SA=2$ và $SA$ vuông góc với đáy. Gọi $E$ là trung điểm $AB$. Tính diện tích $S_{mc}$ của mặt cầu ngoại tiếp hình chóp $S.BCE$.


Cho tứ diện $ABCD$ có $ABC$ là tam giác đều cạnh $a$, $DA=DB=\frac{a\sqrt{3}}{3},CD\perp AD$. Trên cạnh $CD$ kéo dài lấy điểm $E$ sao cho $\widehat{AEB}=90^{\circ }$. Tính thể tích $V$ của khối cầu ngoại tiếp tứ diện $ABCE$.

Trong không gian $Oxyz$, cho mặt cầu $(S):x^2+(y-2{)}^2+(z+3{)}^2=24$ cắt mặt phẳng $(\alpha ):x+y=0$ theo giao tuyến là đường tròn $(C)$. Tìm hoành độ của điểm $M$ thuộc đường tròn $(C)$ sao cho khoảng cách từ $M$ đến $A(6;-10;3)$ lớn nhất.

Trong không gian $Oxyz$, cho mặt cầu $(S):(x-2{)}^2+(y-4{)}^2+(z-6{)}^2=24$ và điểm $A(-2;0;-2)$. Từ $A$ kẻ các tiếp tuyến đến $(S)$ với các tiếp điểm thuộc đường tròn $(\omega )$. Từ điểm $M$ di động nằm ngoài $(S)$ và nằm trong mặt phẳng chứa $(\omega )$ kẻ các tiếp tuyến đến $(S)$ với các tiếp điểm thuộc đường tròn $({\omega }^{\prime })$. Biết rằng khi hai đường tròn $(\omega ),({\omega }^{\prime })$ có cùng bán kính thì $M$ luôn thuộc một đường tròn cố định. Tìm bán kính $r$ của đường tròn đó.

Trong không gian với hệ trục $Oxyz$, cho mặt cầu $(S):(x+1{)}^2+(y-2{)}^2+(z+3{)}^2=25$ tâm $I$ và điểm $A(2;2;1)$. Xét các điểm $B,C,D$ thay đổi thuộc $(S)$ sao cho $AB,AC,AD$ đôi một vuông góc nhau. Khoảng cách từ $I$ đến mặt phẳng $(BCD)$ có giá trị lớn nhất bằng $\frac{m}{n}$ (với $m,n$ là các số nguyên dương và phân số $\frac{m}{n}$ tối giản). Tích $m\cdot n$ bằng?