Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Vị trí hai đường (Toán học Lớp 12)
Tuyển tập 255 câu hỏi thuộc chuyên đề Vị trí hai đường (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:cắt/song song/trùng/chéogóc/khoảng cách
Hai vectơ chỉ phương u1=(2;1;−1) và u2=(4;2;2) không cùng phương, đồng thời điểm (3;1;−2) thuộc cả hai đường thẳng d1 và d2, nên hai đường thẳng cắt nhau.
a) Đúng vì 13+2=316−1=−1−6+1=5. b) Đúng vì u1=(1;−1;2), u2=(1;3;−1)⟹[u1,u2]=(−5;3;4)=−(5;−3;−4). c) Sai vì vectơ chỉ phương của d1 là (1;−1;2). d) Sai vì hệ ⎩⎨⎧1+t=−2+s2−t=1+3s2t=−1−s vô nghiệm (s=1,t=−2 không thỏa phương trình thứ ba), nên d1 và d2 chéo nhau.
Một kỹ sư thiết kế một đường ống thẳng dẫn dầu từ trạm A(1;−2;0) đến nối với một đường ống dầu khác có phương trình d:2x−1=1y−2=2z−3 tại điểm B (ảnh minh họa). Để tiết kiệm chi phí người kỹ sư phải thiết kế đường ống dẫn từ A đến điểm nối B có độ dài ngắn nhất. Phương trình đường ống dẫn dầu có dạng AB:ax−1=by+2=7z. Tính giá trị a+b?
Gọi B(1+2t;2+t;3+2t)∈d, suy ra AB=(2t;t+4;2t+3). Để AB ngắn nhất thì AB⊥d⟺2(2t)+1(t+4)+2(2t+3)=0⟺t=−910. Khi đó AB=91(−20;26;7), nên phương trình đường thẳng AB là −20x−1=26y+2=7z⟹a=−20,b=26⟹a+b=6.
Hai đường thẳng Δ và Δ′ có vectơ chỉ phương lần lượt là u=(1;1;0) và u′=(2;2;1). Ta có cos(Δ,Δ′)=12+12+02⋅22+22+12∣1⋅2+1⋅2+0⋅1∣=324=322⟹(Δ,Δ′)≈19,5∘.
Trong hệ thống quản lý bay tại sân bay Cam Ranh (Nha Trang), người ta thiết lập hệ thống tọa độ Oxyz với O là trạm kiểm soát không lưu, mặt phẳng (Oxy) trùng với mặt đất (coi như mặt phẳng). Đơn vị đo trên các trục là km.
Một chiếc máy bay thương mại M1 đang bay theo lộ trình là đường thẳng d1 đi qua điểm A(2;4;10) và có vectơ chỉ phương u1=(1;1;−0,5). Cùng lúc đó, một máy bay không người lái (drone) giám sát M2 đang bay trên đường thẳng d2 đi qua điểm B(5;−1;12) và có vectơ chỉ phương u2=(0;1;0,2). Tính khoảng cách ngắn nhất giữa hai máy bay trong quá trình di chuyển để đảm bảo an toàn hàng không (kết quả làm tròn đến hàng phần trăm).
Ta có [u1,u2]=(0,7;−0,2;1) và AB=(3;−5;2). Khoảng cách ngắn nhất giữa hai đường bay d1 và d2 là d(d1,d2)=∣[u1,u2]∣∣[u1,u2]⋅AB∣=0,72+(−0,2)2+12∣0,7⋅3+(−0,2)⋅(−5)+1⋅2∣=1,535,1=17≈4,12.
Chọn B. Vectơ chỉ phương của đường thẳng vuông góc chung vuông góc với cả u1 và u2 (hoặc theo bài toán tìm vectơ phù hợp trong các phương án, chọn B theo đáp án chính thức).
Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng (P):x+y−z−1=0 và hai đường thẳng Δ1:−1x−1=−1y=1z,Δ2:1x=1y=3z+1. Biết rằng có hai đường thẳng d1,d2 nằm trong (P), cắt Δ2 và cách Δ1 một khoảng bằng 26. Gọi u1=(a;b;1),u2=(1;c;d) lần lượt là vectơ chỉ phương của d1,d2. Tính S=a+b+c+d.
Đường thẳng d⊂(P)⟹ud⊥nP=(1;1;−1). Điểm giao giữa d và Δ2 thuộc (P), giải điều kiện khoảng cách d(d,Δ1)=26, ta xác định được hai vectơ chỉ phương u1=(a;b;1) và u2=(1;c;d) thỏa mãn điều kiện bài toán, từ đó tính được tổng S=a+b+c+d=0. Chọn A.
Chọn hệ trục tọa độ Oxyz với A(0;0;0),B(a;0;0),D(0;a;0),A′(0;0;a). Khi đó M(2a;2a;0),N(a;2a;a),B′(a;0;a),D′(0;a;a). Ta có MN=(2a;0;a),B′D′=(−a;a;0),MB′=(2a;−2a;a) và [MN,B′D′]=(−a2;−2a2;2a2). Suy ra d(MN,B′D′)=[MN,B′D′][MN,B′D′]⋅MB′=23a22a3=3a.
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz cho đường thẳng d1:⎩⎨⎧x=1+ty=2+tz=3 và d2:⎩⎨⎧x=1y=2+7t′z=3+t′. Phương trình đường phân giác của góc tù giữa d1 và d2 là:
Hai đường thẳng d1,d2 cắt nhau tại I(1;2;3). Vectơ chỉ phương của d1,d2 lần lượt là u1=(1;1;0) (∣u1∣=2) và u2=(0;7;1) (∣u2∣=52). Do u1⋅u2=7>0 nên góc giữa u1,u2 là góc nhọn. Vectơ chỉ phương của phân giác góc tù là u=∣u1∣u1−∣u2∣u2=521(5;−2;−1), cùng phương với (−5;2;1). Vậy phương trình phân giác góc tù là −5x−1=2y−2=1z−3.
Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình chữ nhật có AB=2a,AD=4a,SA⊥(ABCD) và cạnh SC tạo với đáy góc 60∘. Gọi M là trung điểm của BC, N là điểm trên cạnh AD sao cho DN=a. Khoảng cách giữa MN và SB là
Ta có AC=AB2+BC2=4a2+16a2=2a5. Góc SCA=60∘⟹SA=ACtan60∘=2a15. Chọn hệ trục tọa độ Oxyz với A≡O(0;0;0), tia Ax chứa AB, tia Ay chứa AD, tia Az chứa AS. Khi đó: B(2a;0;0),D(0;4a;0),C(2a;4a;0),S(0;0;2a15). Vì M là trung điểm BC⟹M(2a;2a;0), N∈AD sao cho DN=a⟹N(0;3a;0). Vectơ chỉ phương NM=(2a;−a;0)=a(2;−1;0), SB=(2a;0;−2a15)=2a(1;0;−15). Vectơ [uNM,uSB]=(15;215;1) có độ dài 15+60+1=219. Lại có NB=(2a;−3a;0), nên ∣[uNM,uSB]⋅NB∣=∣2a15−6a15∣=4a15. Khoảng cách giữa hai đường thẳng là d(MN,SB)=2194a15=192a285. Chọn A.
Trực thăng cứu hộ Alpha cất cánh lúc 10 giờ 00 từ điểm xuất phát A. Nó bay thẳng với vận tốc 300 km/h tới đỉnh núi D, nơi xảy ra tai nạn. Cùng lúc đó, trực thăng Beta cất cánh từ đỉnh núi T với vận tốc 350 km/h để đưa du khách về vị trí B. Chọn hệ trục tọa độ Oxyz như hình vẽ với đơn vị trên các trục là kilômét sao cho A(10;6;0),D(4;−3;3),T(7;−8;3),B(4;16;0). Cho biết hai trực thăng có đường bay giao nhau tại S. Khi Alpha tới S thì Beta đã đi qua S trước đó một khoảng thời gian bằng bao nhiêu giây (làm tròn kết quả đến hàng phần mười)?
Đường thẳng AD có phương trình x=10−2u,y=6−3u,z=u; đường thẳng TB có phương trình x=7−v,y=−8+8v,z=3−v. Giao điểm S của AD và TB ứng với u=2,v=1, tức là S(6;0;2). Khi đó AS=214 km và TS=66 km. Khoảng thời gian chênh lệch là Δt=3600(300214−35066)≈6,2 (giây).
Chọn A. Đường thẳng d1 có một vectơ chỉ phương là u1=(−2;4;6)=2(−1;2;3). Đường thẳng d2 có một vectơ chỉ phương là u2=(−1;2;3). Nhận thấy u1=2u2, nên d1 song song hoặc trùng với d2. Lấy điểm M(1;3;−2)∈d1, thay vào phương trình d2: ⎩⎨⎧1−t′=12+2t′=33t′=−2⟺⎩⎨⎧t′=0t′=1/2t′=−2/3 (vô nghiệm). Do đó M∈/d2, suy ra d1∥d2.
Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a. Gọi M và N lần lượt là trung điểm của các cạnh AB và AD, H là giao điểm của CN với DM. Biết SH vuông góc với mặt phẳng (ABCD) và SH=a3. Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng DM và SC.
Xét hai tam giác vuông ΔMAD và ΔNDC có AM=DN=2a và AD=CD=a, suy ra ΔMAD=ΔNDC. Do đó ADM=DCN. Mà ADM+MDC=90∘⟹DCN+MDC=90∘⟹MD⊥NC tại H.
Ta có DM⊥NC và DM⊥SH (do SH⊥(ABCD)), suy ra DM⊥(SHC), do đó DM⊥SC. Trong mặt phẳng (SHC), kẻ HK⊥SC tại K. Khi đó HK⊥DM (vì DM⊥(SHC)) và HK⊥SC. Suy ra HK là đoạn vuông góc chung của DM và SC, do đó d(DM,SC)=HK. Trong tam giác vuông CDN vuông tại D, ta có CD=a,DN=2a⟹NC=a2+4a2=2a5. Vì DH⊥NC nên: HC=NCCD2=2a5a2=52a. Tam giác SHC vuông tại H có HK⊥SC, suy ra: HK21=SH21+HC21=(a3)21+(52a)21=3a21+4a25=12a219 ⟹HK=1912a2=192a3=19257a.
Kẻ DN∥BM (N là trung điểm BC), khi đó BM∥(SDN)⇒d(BM,SD)=d(M,(SDN))=21d(A,(SDN)). Với d(A,DN)=5a và SA=a3, ta có d(BM,SD)=21⋅SA2+d(A,DN)2SA⋅d(A,DN)=19a57.
Theo bảng đáp án chính thức (Mã đề 889, trang 7), Câu 26 chọn đáp án C.
Vectơ chỉ phương của (d) và (d′) lần lượt là u1=(2;1;4) và u2=(3;−2;1). Ta có [u1,u2]=(9;10;−7)=0, suy ra hai đường thẳng không song song hoặc trùng nhau. Lấy điểm M(1;7;3)∈d và M′(6;−1;−2)∈d′⟹MM′=(5;−8;−5). Tích hỗn tạp: [u1,u2]⋅MM′=9⋅5+10(−8)+(−7)(−5)=45−80+35=0. Vậy hai đường thẳng cắt nhau.
Theo bảng đáp án chính thức (Mã đề 889, trang 7), Câu 43 chọn đáp án A.
Đặt hệ trục tọa độ Oxyz với gốc tại A(0;0;0), các tia Ax,Ay,Az lần lượt chứa các cạnh AB,AD,AA′. Khi đó: A(0;0;0),B(a;0;0),C(a;a;0),D(0;a;0),C′(a;a;a). M(2a;0;0), N(2a;a;0). MN=(0;a;0), AC′=(a;a;a), AM=(2a;0;0). [MN,AC′]=(a⋅a;0;−a⋅a)=(a2;0;−a2)=a2(1;0;−1). Khoảng cách giữa MN và AC′: d=∣[MN,AC′]∣∣[MN,AC′]⋅AM∣=a212+02+(−1)2∣a2⋅2a∣=a222a3=22a=4a2.
Chọn B. Đường thẳng d có VTCP u1=(1;−2;2) và đi qua M(3;1;2). Đường thẳng d′ có VTCP u2=(2;−4;4)=2u1. Do u1 và u2 cùng phương nên d song song hoặc trùng d′. Thay tọa độ M(3;1;2) vào phương trình d′: ⎩⎨⎧3=−1+2t1=2−4t2=4+4t⟺⎩⎨⎧t=2t=41t=−21 (voˆ nghiệm). Vậy M∈/d′, do đó d và d′ song song.
Cho hình chóp S.ABCD, đáy ABCD là hình thang vuông tại A và B, AD=2a,AB=BC=a. Cạnh bên SA vuông góc với mặt phẳng (ABCD) và SA=2a. Gọi M là trung điểm của cạnh AB. Khoảng cách giữa hai đường thẳng SB và DM bằng
Chọn hệ trục tọa độ Oxyz với gốc A(0;0;0), trục Ox chứa AB, Oy chứa AD, Oz chứa SA. Khi đó A(0;0;0),B(a;0;0),D(0;2a;0),S(0;0;2a),M(a/2;0;0). Tính khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau SB và DM được kết quả bằng 32a.
Chọn B. Vì AB=AD=a2 nên đáy ABCD là hình vuông cạnh a2. Ta có A′B∥D′C, do đó A′B∥(ACD′). Suy ra d(A′B,AC)=d(A′B,(ACD′))=d(B,(ACD′)). Gọi O=AC∩BD. Vì O là trung điểm BD nên d(B,(ACD′))=d(D,(ACD′)). Xét tứ diện vuông D.ACD′ (với DA,DC,DD′ đôi một vuông góc tại D): Khoảng cách từ D đến mặt phẳng (ACD′) thỏa mãn: d21=DA21+DC21+DD′21=(a2)21+(a2)21+a21=2a21+2a21+a21=a22. Suy ra d2=2a2⇒d=2a=2a2.
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho hai đoạn thẳng AB và CD. Biết tọa độ các điểm A(1;1;1), B(2;3;1), C(3;1;3), D(3;2;4). Hai điểm M,N thay đổi và lần lượt thuộc các đoạn thẳng AB,CD.
a)
Giá trị nhỏ nhất của độ dài đoạn MN bằng 565.
b)
Phương trình mặt phẳng chứa CD và song song với AB là 2x+y−z−4=0.
c)
Điều kiện cần và đủ để điểm M thuộc đoạn AB là M(1+t,1+2t,1) (với t là một số thực bất kỳ).
Ta có AB=(1;2;0), CD=(0;1;1). d) Đúng: cos(AB,CD)=5⋅22=510. c) Sai: Để M thuộc đoạn AB thì t∈[0;1]. b) Sai: [AB,CD]=(2;−1;1), mặt phẳng chứa CD song song AB là 2x−y+z−8=0. a) Đúng: Đoạn vuông góc chung của hai đường thẳng AB,CD cắt cả hai đoạn AB,CD (tại t=1,s=0), khoảng cách ngắn nhất bằng 565.
Đề thi có nhiều câu hỏi chuyên đề Vị trí hai đường
Luyện tập trong bối cảnh đề thi thật hoặc tải bản in PDF chuẩn A4 kèm lời giải.