Trong không gian \[Oxyz,\] cho ba điểm\[A\left( { - 1\,;\,\,0\,;\,\,1} \right),\,\,B\left( {3\,;\,\,2\,;\,\,1} \right),\,\,C\left( {5\,;\,\,3\,;\,\,7} \right).\] Điểm \[M\left( {a\,;\,\,b\,;\,\,c} \right)\] thỏa mãn \(MA = MB\) sao cho \(MA + MC\) nhỏ nhất. Tính \(P = a + b + c.\)

Đáp án: ……….

Cách 1: Ta có \(MA = MB \Leftrightarrow {\left( {a + 1} \right)^2} + {b^2} + {\left( {c - 1} \right)^2} = {\left( {a - 3} \right)^2} + {\left( {b - 2} \right)^2} + {\left( {c - 1} \right)^2}\)

\( \Leftrightarrow 2a + 1 - 2c + 1 = - 6a + 9 - 4b + 4 - 2c + 1 \Leftrightarrow 8a + 4b - 12 = 0 \Leftrightarrow 2a + b - 3 = 0\)

\( \Rightarrow M\) thuộc mặt phẳng trung trực của \[AB\] có phương trình \((P):2x + y - 3 = 0.\)

Ta thấy \[A\,,\,\,C\] nằm về hai phía của \((P) \Rightarrow MA + MC \ge AC\)

Dấu "=" xảy ra khi \(M = AC \cap (P) \Rightarrow M\left( {1\,;\,\,1\,;\,\,3} \right).\)

\( \Rightarrow a + b + c = 5.{\rm{ }}\)

Cách 2: Ta có \(MA = MB \Leftrightarrow {\left( {a + 1} \right)^2} + {b^2} + {\left( {c - 1} \right)^2} = {\left( {a - 3} \right)^2} + {\left( {b - 2} \right)^2} + {\left( {c - 1} \right)^2}\)

\( \Leftrightarrow 2a + 1 - 2c + 1 = - 6a + 9 - 4b + 4 - 2c + 1 \Leftrightarrow 8a + 4b - 12 = 0 \Leftrightarrow 2a + b - 3 = 0\)

\( \Rightarrow \) Tập hợp điểm \(M\) là mặt phẳng \((P):2x + y - 3 = 0\)

Đặt \(M\left( {x\,;\,\,3 - 2x\,;\,\,z} \right)\) với \(M \in (P)\).

Ta có: \(MA + MC = \sqrt {{{\left( {x + 1} \right)}^2} + {{\left( {3 - 2x} \right)}^2} + {{\left( {z - 1} \right)}^2}} + \sqrt {{{\left( {5 - x} \right)}^2} + {{\left( {2x} \right)}^2} + {{\left( {7 - z} \right)}^2}} \)

\[ \ge \sqrt {{{\left( {x + 1 + 5 - x} \right)}^2} + {{\left( {3 - 2x + 2x} \right)}^2} + {{\left( {z - 1 + 7 - z} \right)}^2}} = 9\].

Dấu  xảy ra \( \Leftrightarrow \frac{{x + 1}}{{5 - x}} = \frac{{3 - 2x}}{{2x}} = \frac{{z - 1}}{{7 - z}} \Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{x = 1}\\{z = 3}\end{array} \Rightarrow M\left( {1\,;\,\,1\,;\,\,3} \right).} \right.\)

Do đó \(a + b + c = 5.{\rm{ }}\)

Đáp án: 5.