Trong không gian với hệ trục tọa độ \(Oxyz\), có 3 diễn viên xiếc nhào lộn đang ở 3 vị trí \(A\left( {1\,; - 2\,;\,3} \right)\), \(B\left( {3\,;\,4\,;\,1} \right)\), \(C\left( { - 5\,;\,2\,;\,1} \right)\). Gọi \(\left( \alpha \right)\) là một mặt phẳng lưới bảo hộ di động luôn chứa trục hoành sao cho \(A\), \(B\), \(C\) nằm cùng phía với \(\left( \alpha \right)\) và \({d_1},\,{d_2},\,{d_3}\) lần lượt là khoảng cách từ \(A,\) \(B\), \(C\) đến \(\left( \alpha \right)\). Tiết mục xiếc sẽ được bắt đầu khi mặt phẳng \(\left( \alpha \right)\) được điều chỉnh để biểu thức \(T = {d_1} + 2{d_2} + 3{d_3}\) đạt giá trị lớn nhất. Biết \(T\) lớn nhất bằng \(a\sqrt b \) (với \(a \in \mathbb{N}\), \(b\) là số nguyên tố). Hãy tính giá trị của biểu thức \(S = 2{\rm{a}} + 3b\).
Trong không gian với hệ trục tọa độ \(Oxyz\), có 3 diễn viên xiếc nhào lộn đang ở 3 vị trí \(A\left( {1\,; - 2\,;\,3} \right)\), \(B\left( {3\,;\,4\,;\,1} \right)\), \(C\left( { - 5\,;\,2\,;\,1} \right)\). Gọi \(\left( \alpha \right)\) là một mặt phẳng lưới bảo hộ di động luôn chứa trục hoành sao cho \(A\), \(B\), \(C\) nằm cùng phía với \(\left( \alpha \right)\) và \({d_1},\,{d_2},\,{d_3}\) lần lượt là khoảng cách từ \(A,\) \(B\), \(C\) đến \(\left( \alpha \right)\). Tiết mục xiếc sẽ được bắt đầu khi mặt phẳng \(\left( \alpha \right)\) được điều chỉnh để biểu thức \(T = {d_1} + 2{d_2} + 3{d_3}\) đạt giá trị lớn nhất. Biết \(T\) lớn nhất bằng \(a\sqrt b \) (với \(a \in \mathbb{N}\), \(b\) là số nguyên tố). Hãy tính giá trị của biểu thức \(S = 2{\rm{a}} + 3b\).
Quảng cáo
Trả lời:
Cách 1.
Bài toán phụ: Cho mặt phẳng \(\left( P \right)\) với ba điểm \(A\), \(B\), \(C\) nằm cùng phía so với mặt phẳng \(\left( P \right)\). Gọi \(G\) là trọng tâm tam giác \(ABC\); \(A',B',C',G'\) lần lượt là hình chiếu của \(A,B,C,G\) lên mặt phẳng \(\left( P \right)\), khi đó ta có \[AA' + BB' + CC' = 3GG'\].
Trong hệ trục \[Oxyz\] lấy điểm \(A'\) sao cho \(\overrightarrow {OA'} = \frac{1}{6}\overrightarrow {OA} \Rightarrow A'\left( {\frac{1}{6}; - \frac{1}{3};\frac{1}{2}} \right)\) và \({d_1} = 6d\left( {A',\left( \alpha \right)} \right) = 6{d'_1};\)
lấy điểm \(B'\) sao cho \(\overrightarrow {OB'} = \frac{1}{3}\overrightarrow {OB} \Rightarrow B'\left( {1;\frac{4}{3};\frac{1}{3}} \right)\) và \[{d_2} = 3d\left( {B',\left( \alpha \right)} \right) = 3{d'_2}\];
lấy điểm \(C'\) sao cho \(\overrightarrow {OC'} = \frac{1}{2}\overrightarrow {OC} \Rightarrow C'\left( { - \frac{5}{2};1;\frac{1}{2}} \right)\) và \({d_3} = 2d\left( {C',\left( \alpha \right)} \right) = 2{d'_3}\).
Khi đó \[T = {d_1} + 2{d_2} + 3{d_3} = 6\left( {{{d'}_1} + {{d'}_2} + {{d'}_3}} \right) = 6 \cdot 3GG' = 18GG'\] với \(G\left( {\frac{{ - 4}}{9};\frac{2}{3};\frac{4}{9}} \right)\) là trọng tâm tam giác \(A'B'C'\) và \(G'\) là hình chiếu của G lên mặt phẳng \(\left( \alpha \right)\).
Ta lại có \(GG'\, = d\left( {G,\left( \alpha \right)} \right) \le d\left( {G,Ox} \right) = \sqrt {\frac{4}{9} + \frac{{16}}{{81}}} = \frac{{2\sqrt {13} }}{9}\); suy ra \(T \le 4\sqrt {13} \).
Vậy \(S = 2a + 3b = 2 \cdot 4 + 3 \cdot 13 = 47\).
Cách 2.
Ta có \(T = {d_1} + 2{d_2} + 3{d_3} = \left( {{d_1} + {d_2}} \right) + \left( {{d_2} + {d_3}} \right) + 2{d_3}\).
Gọi \(M\), \(N\) lần lượt là trung điểm của \(BA\), \(BC\), ta có \(M\left( {2;1;2} \right)\), \(N\left( { - 1;3;1} \right)\).
Suy ra \({d_1} + {d_2} = 2d\left( {M,\left( \alpha \right)} \right) = 2{d_M}\), \({d_2} + {d_3} = 2d\left( {N,\left( \alpha \right)} \right) = {d_N}\)\( \Rightarrow T = 2{d_M} + 2{d_N} + 2{d_3}\) \(\left( 1 \right)\).
Gọi \(M'\), \(N'\), \(C'\) lần lượt là hình chiếu vuông góc của \(M\), \(N\), \(C\) trên mặt phẳng \(\left( \alpha \right)\).
Gọi \(G\) là trọng tâm tam giác \(MNC\) và \(G'\) là hình chiếu vuông góc của điểm \(G\) trên mặt phẳng \(\left( \alpha \right)\)\( \Rightarrow G\left( { - \frac{4}{3};2;\frac{4}{3}} \right)\).
Theo tính chất của phép chiếu vuông góc, ta suy ra \(G'\) là trọng tâm của tam giác \(M'N'C'\).
Do đó, \(\overrightarrow {G'M'} + \overrightarrow {G'N'} + \overrightarrow {G'C'} = \overrightarrow 0 \).
Mặt khác \(\overrightarrow {MM'} + \overrightarrow {NN'} + \overrightarrow {CC'} = 3\overrightarrow {GG'} \) \(\left( * \right)\).
Và do các vectơ \(\overrightarrow {MM'} \), \(\overrightarrow {NN'} \), \(\overrightarrow {CC'} \), \(\overrightarrow {GG'} \) cùng hướng nên \(\left( * \right)\)\( \Leftrightarrow MM' + NN' + CC' = 3GG'\)
hay \({d_M} + {d_N} + {d_C} = 3{d_G}\)\(\left( 2 \right)\).
Từ \(\left( 1 \right),\left( 2 \right)\) suy ra \(T = 6d\left( {G,\left( \alpha \right)} \right) \le 6d\left( {G,Ox} \right)\).
Gọi \(G''\) là hình chiếu của \(G\) xuống trục \(Ox\)\( \Rightarrow G''\left( { - \frac{4}{3};0;0} \right)\).
Suy ra \(T = 6d\left( {G,\left( \alpha \right)} \right) \le 6d\left( {G,Ox} \right) = 6GG' = 6\sqrt {{2^2} + {{\left( {\frac{4}{3}} \right)}^2}} = 4\sqrt {13} \).
Vậy \(\mathop {\max T}\limits_{} = 4\sqrt {13} \) khi và chỉ khi \(GG' \bot Ox\).
Vậy \(a = 4,b = 13 \Rightarrow 2a + 3b = 47\).
Đáp án: \(47\).
Đăng nhập để xem lời giải
Lưu tiến độ và luyện tập hiệu quả hơn. Hoàn toàn miễn phí!
Đang tải chế độ Học...
Hot: 1000+ đề thi giữa kì 1 lớp 1-12 đầy đủ các môn (Update 2026) (chỉ từ 60k). Tải ngay
Đăng ký VIP để học và luyện thi không giới hạn
Trọn bộ quyền lợi trên Vietjack, trong một tài khoản.
- Phòng luyện thi cấp tốc: ĐGNL - ĐGTD, Tốt nghiệp THPT, Ôn vào 10, Ôn vào 6, Ôn Giữa kì/Cuối kì
- Hơn 200K đề thi thử, đề minh hoạ, chính thức các năm
- Với 3tr+ câu hỏi theo các mức độ Nhận biết, Thông hiểu, Vận dụng
- Tải xuống đề thi [DOCX] với đầy đủ đáp án
- Xem hàng ngàn bài giảng đính kèm củng cố thêm kiến thức
- Bao gồm tất cả các bậc từ Tiểu học đến Đại học
- Chặn hiển thị quảng cáo tăng khả năng tập trung ôn luyện
- Đăng ký ngay
CÂU HỎI HOT CÙNG CHỦ ĐỀ
Đăng nhập để xem lời giải
Lưu tiến độ và luyện tập hiệu quả hơn. Hoàn toàn miễn phí!
Lời giải
a) Tính được \[\overrightarrow {AB} = \left( {2;0;0} \right),\overrightarrow {AC} = \left( {0;3;0} \right),\overrightarrow {AB'} = \left( {0;0;4} \right) \Rightarrow AB = 2;AC = 3;AB' = 4\].
Có \[Oz \bot \left( {Oxy} \right)\] và \[AB' \subset Oz\], \[\left( {ABC} \right) \equiv \left( {Oxy} \right)\] nên \[AB' \bot \left( {ABC} \right)\].
Thể tích khối lăng trụ \[ABC.A'B'C'\] là:
\[V = d\left( {B',\left( {ABC} \right)} \right) \cdot {S_{\Delta ABC}} = AB' \cdot \frac{1}{2} \cdot AB \cdot AC = 4 \cdot \frac{1}{2} \cdot 2 \cdot 3 = 12\].
b) Gọi \[A'\left( {x;y;z} \right) \Rightarrow \overrightarrow {AA'} = \left( {x;y;z} \right)\].
Có \[\overrightarrow {BB'} = \left( { - 2;0;4} \right)\], mà \[\overrightarrow {BB'} = \overrightarrow {AA'} \], suy ra toạ độ điểm \[A'\] là \[\left( { - 2;0;4} \right)\].
Từ đó ta có \[\overrightarrow {A'B} = \left( {4;0; - 4} \right),\overrightarrow {A'C} = \left( {2;3; - 4} \right)\]. Vậy \[\overrightarrow u = \overrightarrow {A'B} + \overrightarrow {A'C} \] thì \[\overrightarrow u = \left( {6;3; - 8} \right)\].
c) Gọi \[C'\left( {a;b;c} \right) \Rightarrow \overrightarrow {CC'} = \left( {a;b - 3;c} \right)\].
Ta có \[\overrightarrow {BB'} = \overrightarrow {CC'} \], mà \[\overrightarrow {BB'} = \left( { - 2;0;4} \right)\], suy ra toạ độ điểm \[C'\] là \[\left( { - 2;3;4} \right)\].
d) Hình chiếu vuông góc của điểm \[B\] lên mặt phẳng \[\left( {Oyz} \right)\] là điểm \[A\] (do \[Ox \bot \left( {Oyz} \right)\]).
Do \[Ox\,{\rm{//}}\,A'B'\] mà \[Ox \bot \left( {Oyz} \right)\] nên \[A'B' \bot \left( {Oyz} \right)\], từ đó suy ra hình chiếu vuông góc của điểm \[A'\] lên mặt phẳng \[\left( {Oyz} \right)\] là điểm \[B'\].
Gọi \[{C_1}\left( {m;n;p} \right)\] là hình chiếu vuông góc của \[C'\] lên mặt phẳng \[\left( {Oyz} \right)\]\[ \Rightarrow {C_1}\left( {0;3;4} \right)\].
Vậy hình chiếu của hình lăng trụ \[ABC.A'B'C'\] lên mặt phẳng \[\left( {Oyz} \right)\]là hình chữ nhật \[AB'{C_1}C\].
Diện tích đa giác là: \[{S_{AB'{C_1}C}} = AB' \cdot AC = 4 \cdot 3 = 12\].
Đáp án: a) Sai, b) Đúng, c) Đúng, d) Sai.
Câu 2
Đăng nhập để xem lời giải
Lưu tiến độ và luyện tập hiệu quả hơn. Hoàn toàn miễn phí!
Lời giải
Phương trình của mặt phẳng đi qua M và song song với mặt phẳng \[\left( P \right)\] có dạng là \[3x - 2y + z + D = 0\,\,\left( {D \ne 1} \right)\].
Do mặt phẳng đó qua \[M\left( {2; - 1;4} \right)\] nên ta có \[3 \cdot 2 - 2 \cdot \left( { - 1} \right) + 4 + D = 0 \Leftrightarrow D = - 12\].
Vậy phương trình mặt phẳng là \[3x - 2y + z - 12 = 0\]. Chọn C.
Câu 3
Đăng nhập để xem lời giải
Lưu tiến độ và luyện tập hiệu quả hơn. Hoàn toàn miễn phí!
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.
Đăng nhập để xem lời giải
Lưu tiến độ và luyện tập hiệu quả hơn. Hoàn toàn miễn phí!
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.
Đăng nhập để xem lời giải
Lưu tiến độ và luyện tập hiệu quả hơn. Hoàn toàn miễn phí!
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.
Đăng nhập để xem lời giải
Lưu tiến độ và luyện tập hiệu quả hơn. Hoàn toàn miễn phí!
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.
Câu 7
Đăng nhập để xem lời giải
Lưu tiến độ và luyện tập hiệu quả hơn. Hoàn toàn miễn phí!
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.
Đăng ký để học cùng Vietjack. Hoàn toàn miễn phí!
Bằng việc đăng ký, bạn đồng ý với Điều khoản sử dụng và Chính sách bảo mật của Vietjack.


