VnDoc.com

Tìm điểm M thuộc mặt phẳng (P) để biểu thức MA - MB lớn nhất

Ôn thi THPT Quốc gia môn Toán có đáp án

Bài trước

Tải về

Bài sau

Lớp: Lớp 12

Môn: Toán

Dạng tài liệu: Chuyên đề

Loại: Tài liệu Lẻ

Mức độ: Khó

Loại File: Word + PDF

Phân loại: Tài liệu Tính phí

Bài toán tìm điểm thuộc mặt phẳng để biểu thức MA - MB đạt max

A. Cách tìm điểm M thuộc mặt phẳng (P) để biểu thức MA – MB đạt max
B. Bài tập minh họa tìm M ∈ (P) để MA - MB lớn nhất
C. Bài tập tự rèn luyện tìm M thuộc (P) để MA – MB đạt max

Trong quá trình ôn thi THPT Quốc gia môn Toán, các bài toán hình học không gian, đặc biệt là những bài liên quan đến biểu thức khoảng cách như MA - MB đạt giá trị lớn nhất thường xuất hiện trong đề thi. Bài toán Tìm điểm M thuộc mặt phẳng (P) để biểu thức MA - MB lớn nhất là một ví dụ điển hình yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức về hình học giải tích, mặt phẳng, vectơ và khoảng cách.

A. Cách tìm điểm M thuộc mặt phẳng (P) để biểu thức MA – MB đạt max

Phương pháp giải

Đối với mặt phẳng thì chúng ta có khái niệm hai điểm “Cùng phía hoặc khác phía”, nhưng đối với đường thẳng thì sao?

Do đó ta có phương pháp tổng quát cho bài toán tìm $\max|MA - MB|$ $\max|MA - MB|$ với vị trí của điểm M cần tìm thuộc mp$(P)$ hoặc đường thẳng $\Delta$ $\Delta$ bất kể cùng phía hay khác phía.

Gọi $H,K$ lần lượt là hình chiếu vuông góc của $A,B$ trên $(P)$ (hoặc $\Delta$ $\Delta$). Đặt $AH = d_{a},BK = d_{b}$ $AH = d_{a},BK = d_{b}$ và $t = d_{a}/d_{b}$ $t = d_{a}/d_{b}$.

Đối với bài $\max|MA - MB|$ $\max|MA - MB|$: Vị trí M ngoài đoạn $HK$ và thỏa mãn hệ thức vectơ:

$\overrightarrow{HM} -t\overrightarrow{KM} = \overrightarrow{0}$ $\overrightarrow{HM} -t\overrightarrow{KM} = \overrightarrow{0}$ $\Leftrightarrow\overrightarrow{OM} = \frac{\overrightarrow{OH} -t\overrightarrow{OK}}{1 - t},(t \neq 1).$ $\Leftrightarrow\overrightarrow{OM} = \frac{\overrightarrow{OH} -t\overrightarrow{OK}}{1 - t},(t \neq 1).$

B. Bài tập minh họa tìm M ∈ (P) để MA - MB lớn nhất

Ví dụ 1. Trong không gian $Oxyz$, cho mặt phẳng $(P):x + y + z - 1 = 0$ và hai điểm $A(1; - 3;0)$, $B(5; - 1; - 2)$. Điểm $M(a;b;c)$ thuộc $(P)$ và $|MA - MB|$ lớn nhất. Giá trị $abc$ bằng

A. $1$. B. $12$. C. $24$. D. $- 24$.

Hướng dẫn giải

Ghi $x + y + z - 1$ CALC nhập tọa độ A, kết quả $- 3$. CALC nhập tọa độ B, kết quả $1$.

Ta có tỉ số $t = d_{a}/d_{b} = 3/1 = 3$ $t = d_{a}/d_{b} = 3/1 = 3$. Tìm hình chiếu H, K của A, B trên (P).

Ghi $- \frac{x + y + z - 1}{3}$ $- \frac{x + y + z - 1}{3}$ bấm = STO B, Bấm 🞁 CALC nhập tọa độ A STO A.

Tọa độ M thỏa mãn $\overrightarrow{OM} = \frac{\overrightarrow{OH} - 3\overrightarrow{OK}}{1 - 3}$ $\overrightarrow{OM} = \frac{\overrightarrow{OH} - 3\overrightarrow{OK}}{1 - 3}$.

Đến đây ta ghi: $\frac{(A + 1) - 3(B + 5)}{1 - 3}$ $\frac{(A + 1) - 3(B + 5)}{1 - 3}$ bấm = thì $a = 6$, sửa thành $\frac{(A - 3) - 3(B - 1)}{1 - 3}$ $\frac{(A - 3) - 3(B - 1)}{1 - 3}$ bấm = thì $b = - 1$, sửa thành $\frac{(A + 0) - 3(B - 2)}{1 - 3}$ $\frac{(A + 0) - 3(B - 2)}{1 - 3}$ bấm = thì $c = - 4$.

Vậy $abc = 24$. Chọn C.

Ví dụ 2. Trong không gian $Oxyz$, cho đường thẳng $d:\left\{ \begin{matrix} x = 1 + 2t \\ y = 1 - t \\ z = t \end{matrix} \right.$ $d:\left\{ \begin{matrix} x = 1 + 2t \\ y = 1 - t \\ z = t \end{matrix} \right.$ và hai điểm $A(\ 1;\ 0\ ;\ - 1)$ $A(\ 1;\ 0\ ;\ - 1)$, $B(2\ ;\ 1\ ;\ 1)$ $B(2\ ;\ 1\ ;\ 1)$. Điểm $M(a\ ;\ b\ ;c)$ $M(a\ ;\ b\ ;c)$ thuộc đường thẳng $d$ sao cho $|MA - MB|$ lớn nhất. Tính giá trị của biểu thức $P = a^{2} + b^{2} + c^{2}$ $P = a^{2} + b^{2} + c^{2}$.

A.$30$. B. $10$. C. $22$. D. $6$.

Hướng dẫn giải

Ghi $x^{2} + y^{2} + z^{2} - \frac{(2x - y + z)^{2}}{6}$ $x^{2} + y^{2} + z^{2} - \frac{(2x - y + z)^{2}}{6}$ CALC nhập $0 = - 1 = - 1 = \ =$ $0 = - 1 = - 1 = \ =$ ta có ${d_{a}}^{2} = 2$ ${d_{a}}^{2} = 2$. CALC nhập $1 = 0 = 1 = \ =$ $1 = 0 = 1 = \ =$ có ${d_{b}}^{2} = \frac{1}{2}$ ${d_{b}}^{2} = \frac{1}{2}$ nên tỉ số $t = \frac{d_{a}}{d_{b}} = \frac{\sqrt{2}}{1/\sqrt{2}} = 2$ $t = \frac{d_{a}}{d_{b}} = \frac{\sqrt{2}}{1/\sqrt{2}} = 2$.

Sửa lại là $\frac{(2x - y + z)}{6}$ $\frac{(2x - y + z)}{6}$ bấm = STO B, bấm 🞁 bấm CALC nhập lại $0 = - 1 = - 1 = \ =$ $0 = - 1 = - 1 = \ =$STO A.

Điểm M thuộc $d$ thỏa mãn $\overrightarrow{HM} - 2\overrightarrow{KM} =\overrightarrow{0}$ $\overrightarrow{HM} - 2\overrightarrow{KM} =\overrightarrow{0}$

$\Leftrightarrow \overrightarrow{OM} =\frac{\overrightarrow{OH} - 2\overrightarrow{OK}}{1 - 2} = -\overrightarrow{OH} + 2\overrightarrow{OK}$ $\Leftrightarrow \overrightarrow{OM} =\frac{\overrightarrow{OH} - 2\overrightarrow{OK}}{1 - 2} = -\overrightarrow{OH} + 2\overrightarrow{OK}$.

Đến đây ghi: $- (1 + 2A) + 2(1 + 2B)$ bấm = thì $a = 3$, sửa thành $- (1 - A) + 2(1 - B)$ bấm = thì $b = 0$, sửa thành $- (A) + 2(B)$ bấm = thì $c = 1$.

Do đó tọa độ $M(3;0;1)$.

Vậy $P = a^{2} + b^{2} + c^{2} = 10$ $P = a^{2} + b^{2} + c^{2} = 10$. Chọn B.

Ví dụ 3: Trong không gian $Oxyz$, cho hai điểm $A(1; - 3; - 4)$ và $B( - 2;1;2).$ Xét hai điểm $M$ và $N$ thay đổi thuộc mặt phẳng $Oxy$ sao cho $MN = 2$. Giá trị lớn nhất của $|AM - BN|$ bằng:

A. $3\sqrt{5}$ $3\sqrt{5}$. B. $\sqrt{61}$ $\sqrt{61}$. C. $\sqrt{13}$ $\sqrt{13}$. D. $\sqrt{53}$ $\sqrt{53}$.

Hướng dẫn giải

Cách 1: Vẽ yếu tố phụ.

Vì A, B khác phía đối với mp $(Oxy)$ nên lấy $A'(1; - 3;4)$ đối xứng với $A$ qua $(Oxy)$.

Vẽ $\overrightarrow{BC} = \overrightarrow{NM}$ $\overrightarrow{BC} = \overrightarrow{NM}$, khi đó $|AM -BN| = |A'M - CM|\leq A'C$.

Dấu bằng xảy ra khi và chỉ khi A’, C, M thẳng hàng.

Gọi $H(1; - 3;0),K( - 2;1;0)$ là hình chiếu của A, B trên mp$(Oxy)$, độ dài $HK = 5$.

Suy ra $CD = 5 + 2 = 7 \Rightarrow A$ $CD = 5 + 2 = 7 \Rightarrow A'C = \sqrt{7^{2} + 2^{2}} = \sqrt{53}$. Chọn D.

Cách 2. Tổng quát – Khảo sát hàm số.

Gọi $H(1; - 3;0),K( - 2;1;0)$ là hình chiếu của A, B trên mp$(Oxy)$, độ dài $HK = 5$.

Ta chọn M, N ngoài đoạn HK (Điểm M càng xa điểm A càng tốt, điểm N càng gần B càng tốt; Kể cả A và B cùng phía hay khác phía đối với $(\alpha)$ $(\alpha)$, chúng ta cần quan tâm ở đây là $d_{a} > d_{b}$ $d_{a} > d_{b}$). Đặt $KN = t \geq 0$ $KN = t \geq 0$, ta xét hàm số:

$f(t) = AM - BN = \sqrt{(7 + t)^{2} + 16}- \sqrt{t^{2} + 4}$ $f(t) = AM - BN = \sqrt{(7 + t)^{2} + 16}- \sqrt{t^{2} + 4}$

$\Rightarrow f$ $\Rightarrow f'(t) = \frac{7 + t}{\sqrt{(7 +t)^{2} + 16}} - \frac{t}{\sqrt{t^{2} + 4}}$

$f'(t) = 0 \Leftrightarrow t = 7$. Suy ra $maxf(t) = f(7) = \sqrt{53}$ $maxf(t) = f(7) = \sqrt{53}$. Chọn D.

C. Bài tập tự rèn luyện tìm M thuộc (P) để MA – MB đạt max

Bài tập 1. Trong không gian với hệ tọa độ $Oxyz$, cho hai điểm $A(3;2;1)$, $B( - 1;4; - 3)$. Lấy điểm $M(a;b;c)$ thuộc mặt phẳng $(Oxy)$ sao cho $|MA - MB|$ lớn nhất. Tọa độ $M$ là:

A. $M( - 5;1;0)$. B. $M(5;1;0)$.

C. $M(5; - 1;0)$. D. $M( - 5; - 1;0)$.

Bài tập 2. Trong không gian $Oxyz$, cho đường thẳng $\Delta:\frac{x}{1} = \frac{y - 1}{1} = \frac{z}{1}$ $\Delta:\frac{x}{1} = \frac{y - 1}{1} = \frac{z}{1}$ và hai điểm$A(1;2; - 5)$, $B( - 1;0;2)$. Biết điểm $M$ thuộc $\Delta$ $\Delta$ sao cho biểu thức $|MA - MB|$ đạt giá trị lớn nhất $T_{\max}$ $T_{\max}$. Khi đó $T_{\max}$ $T_{\max}$ bằng bao nhiêu?

A. $T_{\max} = \sqrt{57}$ $T_{\max} = \sqrt{57}$. B. $T_{\max} = 3$ $T_{\max} = 3$.

C. $T_{\max} = 2\sqrt{6} - 3$ $T_{\max} = 2\sqrt{6} - 3$. D. $T_{\max} = 3\sqrt{6}$ $T_{\max} = 3\sqrt{6}$.

Bạn muốn xem toàn bộ tài liệu? Hãy nhấn Tải về ngay!

--------------------------------------------------------------

Qua bài toán Tìm điểm M thuộc mặt phẳng (P) để biểu thức MA - MB lớn nhất, chắc chắn bạn đã nắm được cách tiếp cận một dạng toán quen thuộc nhưng đầy thử thách trong phần hình học không gian. Việc luyện tập những bài toán có độ phân hóa như thế này sẽ giúp bạn củng cố kỹ năng phân tích, áp dụng các công thức hình học giải tích, đồng thời chuẩn bị tâm lý vững vàng hơn cho kỳ thi THPT Quốc gia môn Toán sắp tới.

Tải về

Chọn file muốn tải về: