Bài tập Toán 12 Phương trình đường thẳng Vận dụng cao
Ôn thi THPT Quốc Gia môn Toán
Phương pháp giải bài tập phương trình đường thẳng nâng cao
Trong quá trình ôn luyện Toán 12, các bài tập vận dụng cao về phương trình đường thẳng là phần không thể thiếu để nâng cao kỹ năng và bứt phá điểm số. Đây là dạng bài thường xuất hiện trong phần cuối đề thi THPT Quốc Gia, đòi hỏi học sinh phải hiểu sâu bản chất và vận dụng linh hoạt các công thức. Bài viết dưới đây tổng hợp những bài tập phương trình đường thẳng mức độ vận dụng cao kèm hướng dẫn giải chi tiết, giúp bạn chinh phục điểm 9-10 một cách tự tin.
Nhận biếtThông hiểuVận dụngVận dụng cao
Bài kiểm tra này bao gồm 22 câu
Điểm số bài kiểm tra: 22 điểm
Xem lại kỹ lý thuyết trước khi làm bài
Chuẩn bị giấy và bút để nháp trước khi bắt đầu
Bắt đầu!!
00:00:00
Câu 1: Vận dụng cao
Tìm vectơ pháp tuyến của mặt phẳng
Cho đường thẳng và mặt phẳng . Mặt phẳng qua d và tạo với một góc nhỏ nhất. Một véc tơ pháp tuyến của là:
Hướng dẫn:
Gọi ; H là hình chiếu vuông góc của B lên ; K là hình chiếu của H lên .
Suy ra: cố định; .
Mà (vì ) .
Suy ra nhỏ nhất bằng khi .
Khi đó và có một VTCP .
có một VTPT .
Câu 2: Vận dụng cao
Xác định vectơ pháp tuyến của mặt phẳng
Trong không gian với hệ tọa độ , cho đường thẳng và điểm . Gọi là mặt phẳng chứa sao cho khoảng cách từ đến lớn nhất. Mặt phẳng có một véctơ pháp tuyến là
Hướng dẫn:
Ta có
Khi hình chiếu của trên cũng là hình chiếu của trên .
Gọi H là hình chiếu vuông góc của A trên d.
Ta có .
. (1) (với là một véctơ chỉ phương của d)
Ta có .
Từ .
Vậy mặt phẳng có một véctơ pháp tuyến là
cũng là một véc tơ pháp tuyến của mặt phẳng .
Câu 3: Vận dụng cao
Tính góc giữa hai đường thẳng
Trong không gian , cho điểm và đường thẳng . Trong tất cả các đường thẳng đi qua gốc tọa độ , cắt đường thẳng là đường thẳng mà khoảng cách đến A là lớn nhất, là đường thẳng mà khoảng cách đến A là nhỏ nhất. Tính cosin góc giữa hai đường thẳng ?
Hướng dẫn:
Gọi là mặt phẳng chứa và đi qua :
Gọi H là hình chiếu vuông góc của A lên mặt phẳng
là đường thẳng qua O và H. Suy ra có một VTCP :
Gọi là giao điểm của và
Khoảng cách từ đến lớn nhất khi
=> d2 có một VTCP
Ta có.
Câu 4: Vận dụng cao
Tìm vectơ chỉ phương của đường thẳng
Trong không gian với hệ tọa độ ,cho bốn đường thẳng ; ; ; . Gọi là đường thẳng cắt cả bốn đường thẳng đã cho. Vectơ nào sau đây là vectơ chỉ phương của đường thẳng .
Hướng dẫn:
Ta có . Phương trình mặt phẳng
Gọi
Khi đó AB là đường thẳng . là vectơ chỉ phương của đường thẳng .
Câu 5: Vận dụng cao
Tính giá trị của biểu thức
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho đường thẳng và mặt phẳng Đường thẳng nằm trong mặt phẳng , vuông góc với đường thẳng đồng thời khoảng cách từ giao điểm của với đến bằng . Gọi là hình chiếu vuông góc của trên Giá trị của bằng
Hướng dẫn:
Đường thẳng có vecto chỉ phương là .
Mặt phẳng có vecto pháp tuyến là .
Gọi là vecto chỉ phương của đường thẳng . Khi đó
Vì nên ta tìm được
Gọi là đường thẳng nằm trong và vuông góc với , thỏa mãn
có vecto chỉ phương là: .
Khi đó có phương trình là .
Gọi ,
.
Với.
Với
Vậy
Câu 6: Vận dụng cao
Tính diện tích tam giác MAB
Trong không gian , cho mặt phẳng và điểm . Gọi là điểm thuộc tia , là hình chiếu của lên . Biết rằng tam giác cân tại . Diện tích của tam giác bằng:
Hướng dẫn:
Gọi với . Đường thẳng đi qua điểm và có một vectơ chỉ phương có phương trình là: .
Vì tam giác cân tại
Cách 1: Ta có:
Cách 2: Gọi là trung điểm của . Ta có .
.
.
Do đó .
Câu 7: Vận dụng cao
Tìm phương trình đường thẳng d
Trong không gian với hệ tọa độ , cho tam giác nhọn có; lần lượt là hình chiếu vuông góc của trên các cạnh . Đường thẳng đi qua và vuông góc với mặt phẳng có phương trình là:
Hướng dẫn:
Cách 1: . Gọi I là trực tâm tam giác ABC
Ta có:
Suy ra
Cách 2: VTPT của là .
Vì .
Gọi là mặt phẳng đi qua .
Gọi là mặt phẳng đi qua .
Ta có , đối chiếu phương án thấy thỏa mãn.
Câu 8: Vận dụng cao
Tính giá trị của biểu thức
Trong không gian với hệ trục tọa độ Oxyz, cho điểm và mặt phẳng . Gọi là điểm thuộc mặt phẳng sao cho và góc có số đo lớn nhất. Khi đó giá trị bằng
Hướng dẫn:
+) Vì nên M thuộc mặt phẳng mặt phẳng trung trực của đoạn thẳng AB. Ta có phương trình trung trực của AB là
+) M thuộc giao tuyến của hai mặt phẳng nên M thuộc đường thẳng .
Gọi , ta có .
Khảo sát hàm số , ta được khi .
Suy ra có số đo lớn nhất khi , ta có .
Khi đó giá trị .
Câu 9: Vận dụng cao
Tính giá trị của biểu thức
Trong không gian hệ tọa độ , cho điểm , , và mặt phẳng . Gọi thuộc sao cho đạt giá trị nhỏ nhất. Tính tổng .
Hướng dẫn:
Giả sử là điểm thỏa mãn .
Khi đó
;
;
(vì )
Vì I cố định nên đạt giá trị nhỏ nhất khi MI nhỏ nhất, khi đó M là hình chiếu vuông góc của I lên (P).
Gọi là đường thẳng qua I và vuông góc với (P)
Phương trình đường thẳng .
Tọa độ của M là nghiệm hệ phương trình:
Câu 10: Vận dụng cao
Chọn đáp án đúng
Trong không gian với hệ trục tọa độ , cho điểm và đường thẳng : . Mặt phẳng chứa sao cho khoảng cách từ đến lớn nhất có phương trình là:
Hướng dẫn:
Gọi H là hình chiếu vuông góc của A lên , K là hình chiếu vuông góc của A lên d.
Ta có: cố định và bằng khi .
qua , có VTCP .
Gọi (P) là mặt phẳng qua A và chứa có VTPT.
Mặt phẳng có một VTPT là và qua có phương trình: .
Câu 11: Vận dụng cao
Tính độ dài MB
Trong không gian cho điểm và mặt phẳng . Đường thẳng đi qua A và vuông góc với mặt phẳng cắt mặt phẳng (P) tại B. Điểm M nằm trong mặt phẳng (P) sao cho M luôn nhìn AB dưới một góc vuông và độ dài MB lớn nhất. Tính độ dài MB.
Hướng dẫn:
Ta có đường thẳng d đi qua A và vuông góc với mặt phẳng có phương trình:
. Ta có giao điểm của d và mặt phẳng (P) là B:
Vậy .
Điểm M nằm trong mặt phẳng (P) sao cho M luôn nhìn AB dưới một góc vuông nên M nằm trên đường tròn (C) là giao của mặt cầu đường kính AB với mặt phẳng (P). Khi đó độ dài MB lớn nhất khi và chỉ khi độ dài MB bằng đường kính của (C). Gọi bán kính của đường tròn (C) là r, trung điểm của AB là
Ta có . Vậy độ dài MB lớn nhất là .
Câu 12: Vận dụng cao
Chọn vectơ chỉ phương thích hợp
Trong không gian với hệ tọa độ cho tam giác có phương trình đường phân giác trong góc A là Biết rằng điểm thuộc đường thẳng AB và điểm thuộc đường thẳng AC. Véc tơ nào sau đây là véc tơ chỉ phương của đường thẳng AC?
Hướng dẫn:
Giả sử , ta có:
Theo bài ra: Vì d là đường phân giác của góc A nên:
Vậy một véc tơ chỉ phương của AC là
Câu 13: Vận dụng
Tính giá trị của biểu thức
Trong không gian với hệ tọa độ , cho hai điểm . Giả sử là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác . Tính .
Hướng dẫn:
Ta có nên tam giác cân tại , vì vậy thuộc đường trung tuyến qua là
Do đó
Câu 14: Vận dụng cao
Tìm điểm thuộc đường thẳng
Trong không gian với hệ tọa độ , cho đường thẳng
, , , . Gọi là đường thẳng cắt cả bốn đường thẳng trên. Điểm nào sau đây thuộc đường thẳng ?
Hướng dẫn:
đi qua điểm và có VTCP .
đi qua điểm và có VTCP .
.
Vì và nên song song với .
Gọi là mặt phẳng chứa hai đường thẳng và .
đi qua điểm và có hay có phương trình .
Gọi . Xét hệ phương trình .
Gọi . Xét hệ phương trình .
đi qua điểm và có VTCP có phương trình .
Vì không cùng phương với nên thỏa mãn.
Dễ thấy .
Câu 15: Vận dụng cao
Tính thể tích V của khối tứ diện
Trong không gian với hệ tọa độ , cho hai đường thẳng và . Trên đường thẳng lấy hai điểm A; B sao cho . Trên đường thẳng lấy hai điểm sao cho . Tính thể tích V của khối tứ diện .
Hướng dẫn:
Ta có đường thẳng đi qua điểm và có vec tơ chỉ phương
Ta có đường thẳng đi qua điểm và có vec tơ chỉ phương
Ta có khoảng cách giữa là
Nhận xét rằng
Thể tích khối tứ diện cần tìm là .
Câu 16: Vận dụng cao
Viết phương trình đường thẳng
Trong không gian với hệ tọa độ , cho đường thẳng , , . Viết phương trình đường thẳng cắt ba đường thẳng lần lượt tại các điểm sao cho.
Hướng dẫn:
Ta có: .
.
.
Vì là trung điểm của nên
.
.
đi qua điểm và có VTCP có phương trình .
Câu 17: Vận dụng cao
Viết phương trình đường thẳng
Trong không gian , cho mặt phẳng và hai điểm . Trong các đường thẳng đi qua và song song, đường thẳng mà khoảng cách từ B đến đường thẳng đó là nhỏ nhất có phương trình là:
Hướng dẫn:
Gọi là mặt phẳng qua A và song song .
Ta có: => A; B nằm về hai phía với .
Gọi H là hình chiếu vuông góc của B lên => BH cố định và .
Gọi K là hình chiếu vuông góc của B lên bất kì qua A và nằm trong hay .
Ta có: bé nhất bằng BH khi .
Gọi là VTPT của .
d cần lập qua A, H và có VTCP .
Vậy phương trình đường thẳng d cần lập là:
Câu 18: Vận dụng cao
Tính tổng C
Trong không gian tọa độ cho các điểm và đường thẳng . Gọi sao cho chu vi tam giác đạt giá trị nhỏ nhất. Tính tổng ?
Hướng dẫn:
Ta có.
Từ đó ta có: .
Lập BBT ta có: .
Khi đó:
Đề xuất: Đánh giá như sau
Trong hệ trục Oxy, chọn , . Khi đó .
Đẳng thức xảy ra khi và chi khi cùng hướng.
Câu 19: Vận dụng cao
Xác định phương trình đường thẳng d
Trong không gian với hệ tọa độ , cho đường thẳng và mặt phẳng . Phương trình đường thẳng nằm trong mặt phẳng sao cho cắt và vuông góc với là
Hướng dẫn:
Đường thẳng có vectơ chỉ phương , và mặt phẳng có vectơ pháp tuyến suy ra .
Gọi
;
Suy ra .
Đường thẳng đi qua và nhận làm vectơ chỉ phương nên có phương trình là: .
Câu 20: Vận dụng cao
Tính giá trị của biểu thức
Trong hệ tọa độ không gian , cho mặt phẳng và hai đường thẳng . Biết rằng có 2 điểm trên và hai điểm trên sao cho song song mặt phẳng đồng thời cách mặt phẳng một khoảng bằng 2. Tính .
Hướng dẫn:
Gọi là mặt phẳng song song với sao cho khoảng cách giữa và bằng .
Suy ra có phương trình dạng và chứa hoặc .
Theo giả thiết khoảng cách từ mp đến bằng 2 nên ta có
Vậy có 2 mặt phẳng song song và cách một khoảng bằng 2 là:
và .
+ Theo giả thiết suy ra
suy ra
Vậy .
Câu 21: Vận dụng cao
Xác định số đường thẳng
Trong không gian với hệ tọa độ , cho đường thẳng , , , . Số đường thẳng trong không gian cắt cả đường thẳng trên là
Hướng dẫn:
đi qua điểm và có VTCP .
đi qua điểm và có VTCP .
.
Vì và nên song song với .
Gọi là mặt phẳng chứa hai đường thẳng và .
đi qua điểm và có hay có phương trình .
Gọi . Xét hệ phương trình
.
Gọi . Xét hệ phương trình .
Vì cùng phương với nên không thỏa mãn.
Câu 22: Vận dụng cao
Tìm tọa độ điểm M và tính chu vi tam giác
Trong không gian với hệ tọa độ cho hai điểm và đường thẳng . Một điểm thay đổi trên sao cho chu vi tam giác nhỏ nhất. Khi đó tọa độ điểm M và chu vi tam giác ABM là:
Hướng dẫn:
Cách 1. Phương pháp trắc nghiệm
- Kiểm tra thấy chỉ có điểm thuộc nên lại phương án
Bạn còn 1 lượt làm bài tập miễn phí. Hãy mua tài khoản VnDoc PRO để học không giới hạn nhé! Bạn đã HẾT lượt làm bài tập miễn phí! Hãy mua tài khoản VnDoc PRO để làm Trắc nghiệm không giới hạn và tải tài liệu nhanh nhé! Mua ngay
Theo Nghị định 147/2024/ND-CP, bạn cần xác thực tài khoản trước khi sử dụng tính năng này. Chúng tôi sẽ gửi mã xác thực qua SMS hoặc Zalo tới số điện thoại mà bạn nhập dưới đây: