Xét vị trí tương đối giữa đường thẳng và mặt phẳng bằng máy tính CASIO fx-580VN X

Nhut Nguyen Minh 06/08/202103/03/2023 0 Comments

Xin chào tất cả các bạn, hôm nay mình sẽ hướng dẫn các bạn xét vị trí tương đối giữa đường thẳng và mặt phẳng

Phương pháp Toán học thì đã có rất nhiều tài liệu hướng dẫn, mình không hướng dẫn lại

Phương pháp mà mình hướng dẫn ở đây chủ yếu dựa vào việc giải hệ ba phương trình ba ẩn tương ứng

Mục lục nội dung

1 Kiến thức Toán học

Trong không gian $Oxyz$ cho đường thẳng $(d)$ và mặt phẳng $(P)$ có phương trình tổng quát lần lượt là

$\left\{\begin{array}{c} A_1x+B_1y+C_1z+D_1=0 \\ A_2x+B_2y+C_2z+D_2=0 \end{array}\right.$ và $A_3x+B_3y+C_3z+D_3=0$

Xét hệ ba phương trình ba ẩn $\left\{\begin{array}{c} A_1x+B_1y+C_1z+D_1=0 \\ A_2x+B_2y+C_2z+D_2=0 \\ A_3x+B_3y+C_3z+D_3=0 \end{array}\right.$

Hệ có vô số nghiệm thì $(d)$ nằm trên $(P)$
Hệ có một nghiệm thì $(d)$ cắt $(P)$
Hệ vô nghiệm thì $(d)$ song song $(P)$

2 Thủ thuật máy tính CASIO fx-580VN X

Bước 1 Giải hệ ba phương trình ba ẩn $\left\{\begin{array}{c} A_1x+B_1y+C_1z+D_1=0 \\ A_2x+B_2y+C_2z+D_2=0 \\ A_3x+B_3y+C_3z+D_3=0 \end{array}\right.$

Bước 2 Nếu máy tính thông báo

Infinite Solution thì $(d)$ nằm trên $(P)$
$(x; y; z)$ thì $(d)$ cắt $(P)$
No Solution thì $(d)$ song song $(P)$

3 Ví dụ minh họa

Ví dụ 3.1

Trong không gian $Oxyz$ cho đường thẳng $(d): \left\{\begin{array}{ccccc} x&=&-3&+&2t \\ y&=&-1&+&3t \\ z&=&1&+&2t \end{array}\right.$ và mặt phẳng $(P): 2x-2y+z+3=0$ . Mệnh đề nào dưới đây là đúng?

A. $(d)$ nằm trên $(P)$

B. $(d)$ cắt $(P)$

C. $(d)$ vuông góc $(P)$

D. $(d)$ song song $(P)$

Dễ thấy phương trình tổng quát của đường thẳng $(d): \left\{\begin{array}{ccccc} 3x&-&2y&=&-7 \\ 2x&-&2z&=&-8 \end{array}\right.$

Bước 1 Giải hệ phương trình $\left\{\begin{array}{ccccccc} 3x&-&2y&+&0z&=&-7 \\ 2x&+&0y&-&2z&=&-8 \\ 2x&-&2y&+&1z&=&-3 \end{array}\right.$

Bước 2 Nhấn phím =

Vậy $(d)$ nằm trên $(P)$

Ví dụ 3.2

Trong không gian $Oxyz$ cho đường thẳng $(d): \left\{\begin{array}{CCCCC} x&=&1&-&2t \\ y&=&3t&-&1 \\ z&=&1&-&t \end{array}\right.$ và mặt phẳng $(P): 2x-3y+z-6=0$ . Mệnh đề nào dưới đây là đúng?

A. $(d)$ nằm trên $(P)$

B. $(d)$ cắt $(P)$

C. $(d)$ vuông góc $(P)$

D. $(d)$ song song $(P)$

Dễ thấy phương trình tổng quát của đường thẳng $(d): \left\{\begin{array}{ccccc} 3x&+&2y&=&1 \\ -x&+&2z&=&1 \end{array}\right.$

Bước 1 Giải hệ phương trình $\left\{\begin{array}{ccccccc} 3x&+&2y&+&0z&=&1 \\ -1x&+&0y&+&2z&=&1 \\ 2x&-&3y&+ &1z&=&6\end{array}\right.$

Bước 2 Nhấn phím =

Suy ra $(d)$ cắt $(P)$

Bước 3 Tính tích có hướng của $\vec{u_d}=(-2, 3, -1)$ và $\vec{n_p}=(2, -3, 1)$

Vậy $(d)$ vuông góc $(P)$

Ví dụ 3.3

Trong không gian $Oxyz$ cho đường thẳng $(d):\dfrac{x+1}{1}=\dfrac{y}{-3}=\dfrac{z-5}{-1}$ và mặt phẳng $(P): 3x-3y+2z+6=0$ . Mệnh đề nào dưới đây là đúng?

A. $(d)$ nằm trên $(P)$

B. $(d)$ cắt $(P)$

C. $(d)$ vuông góc $(P)$

D. $(d)$ song song $(P)$

Dễ thấy phương trình tổng quát của đường thẳng $(d): \left\{\begin{array}{ccccc} 3x&+&y&=&-3 \\ x&+&z&=&4 \end{array} \right.$

Bước 1 Giải hệ phương trình $\left\{\begin{array}{ccccccc} 3x&+&1y&+&0z&=&-3 \\ 1x&+&0y&+&1z&=&4 \\ 3x&-&3y&+ &2z&=&-6\end{array}\right.$

Bước 2 Nhấn phím =

Suy ra $(d)$ cắt $(P)$

Bước 3 Tính tích có hướng của $\vec{u_d}=(1, -3, -1)$ và $\vec{n_p}=(3, -3, 2)$

Vậy $(d)$ không vuông góc $(P)$

Ví dụ 3.4

Trong không gian $Oxyz$ cho đường thẳng $(d): \left\{\begin{array}{CCC} \dfrac{3}{2}y&=&\dfrac{3}{2} \\\\ -\dfrac{1}{2}x&=&0 \end{array} \right.$ và mặt phẳng $(P): 2x-y+2=0$ . Mệnh đề nào dưới đây là đúng?

A. $(d)$ nằm trên $(P)$

B. $(d)$ cắt $(P)$

C. $(d)$ vuông góc $(P)$

D. $(d)$ song song $(P)$

Bước 1 Giải hệ phương trình $\left\{\begin{array}{ccccccc} 0x&+&\dfrac{3}{2}y&+&0z&=&\dfrac{3}{2} \\ -\dfrac{1}{2}x&+ &0y&+&0z&=&0 \\ 2x&-&1y&+&0z&=&-2 \end{array}\right.$

Bước 2 Nhấn phím =

Vậy $(d)$ song song $(P)$

4 Chú ý

4.1 Phương trình đường thẳng không đưa được về dạng tổng quát

Nếu phương trình đường thằng được cho dưới dạng tham số hoặc chính tắc thì bạn cần chuyển sang dạng tổng quát trước khi áp dụng thủ thuật

$\left\{\begin{array}{c} x=x_{0}+pt \\ y=y_{0}+qt \\ z=z_{0}+rt \end{array}\right. \Leftrightarrow \dfrac{x-x_{0}}{p}=\dfrac{y-y_{0}}{q}=\dfrac{z-z_{0}}{r} \Leftrightarrow \left\{\begin{array}{c} \dfrac{x-x_{0}}{p}=\dfrac{y-y_{0}}{q} \\ \dfrac{x-x_{0}}{p}=\dfrac{z-z_{0}}{r} \end{array}\right.$

Trường hợp không chuyển được vì $p.q.r=0$ thì sử dụng kiến thức Toán học bên dưới để giải quyết

Trong không gian $Oxyz$ cho đường thẳng $(d)$ đi qua điểm $A$ và có véctơ chỉ phương $\vec{u_d}$ , mặt phẳng $(P)$ có véctơ pháp tuyến $\vec{n_p}$

Khi đó

$(d)$ nằm trên $(P)$ khi và chỉ khi $~$ $\left\{\begin{array}{c} \vec{u_d} \cdot \vec{n_p}=0 \\ A \in (P) \end{array}\right.$
$(d)$ cắt $(P)$ khi và chỉ khi $\vec{u_d} \cdot \vec{n_p} \neq 0$
$(d)$ song song $(P)$ khi và chỉ khi $\left\{\begin{array}{c} \vec{u_d} \cdot \vec{n_p}=0 \\ A \notin (P) \end{array}\right.$

4.2 Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng

Nếu $[\vec{u_d}, \vec{n_p}]=\vec{0}$ thì $(d)$ vuông góc $(P)$

4.3 Véc tơ chỉ phương của đường thẳng

Phương trình tổng quát của đường thẳng $(d)$ có một véc tơ chỉ phương là $\vec{u_d}=\left(\left|\begin{array}{cc}B_1&C_1 \\ B_2&C_2\end{array}\right|, \left|\begin{array}{cc}C_1&A_1 \\ C_2&A_2\end{array}\right|, \left|\begin{array}{cc}A_1&B_1 \\ A_2&B_2\end{array}\right|\right)$

5 Tài liệu tham khảo

Lê Hoàng Mai, Sử dụng định lý Kronecker-Capelli giải bài toán về vị trí tương đối của hình học giải tích trong không gian, Tạp chí khoa học Đại học Đồng Tháp, Năm 2021

1 Kiến thức Toán học

2 Thủ thuật máy tính CASIO fx-580VN X

3 Ví dụ minh họa

4 Chú ý

4.1 Phương trình đường thẳng không đưa được về dạng tổng quát

4.2 Đường thẳng vuông góc với mặt phẳng

4.3 Véc tơ chỉ phương của đường thẳng

5 Tài liệu tham khảo

Trả lời Hủy