Câu 2.
Để giải quyết từng phần của câu hỏi, chúng ta sẽ thực hiện các bước sau:
Phần a)
Ta cần kiểm tra tính đúng đắn của khẳng định $\overrightarrow{GA} + \overrightarrow{GB} + \overrightarrow{GC} = \overrightarrow{0}$, trong đó G là trọng tâm tam giác ABC.
Trọng tâm G của tam giác ABC có tọa độ:
\[ G = \left( \frac{x_A + x_B + x_C}{3}, \frac{y_A + y_B + y_C}{3}, \frac{z_A + z_B + z_C}{3} \right) \]
Thay tọa độ của A, B, C vào:
\[ G = \left( \frac{0 + (-2) + 3}{3}, \frac{-2 + (-2) + 1}{3}, \frac{1 + (-1) + (-2)}{3} \right) = \left( \frac{1}{3}, -1, -\frac{2}{3} \right) \]
Tính các vectơ từ G đến các đỉnh:
\[ \overrightarrow{GA} = \left( 0 - \frac{1}{3}, -2 - (-1), 1 - \left( -\frac{2}{3} \right) \right) = \left( -\frac{1}{3}, -1, \frac{5}{3} \right) \]
\[ \overrightarrow{GB} = \left( -2 - \frac{1}{3}, -2 - (-1), -1 - \left( -\frac{2}{3} \right) \right) = \left( -\frac{7}{3}, -1, -\frac{1}{3} \right) \]
\[ \overrightarrow{GC} = \left( 3 - \frac{1}{3}, 1 - (-1), -2 - \left( -\frac{2}{3} \right) \right) = \left( \frac{8}{3}, 2, -\frac{4}{3} \right) \]
Kiểm tra tổng các vectơ:
\[ \overrightarrow{GA} + \overrightarrow{GB} + \overrightarrow{GC} = \left( -\frac{1}{3} - \frac{7}{3} + \frac{8}{3}, -1 - 1 + 2, \frac{5}{3} - \frac{1}{3} - \frac{4}{3} \right) = \left( 0, 0, 0 \right) = \overrightarrow{0} \]
Vậy khẳng định a) là đúng.
Phần b)
Ta cần kiểm tra tọa độ của điểm D sao cho tứ giác ABCD là hình bình hành.
Trong hình bình hành, vectơ đối diện bằng nhau:
\[ \overrightarrow{AB} = \overrightarrow{DC} \]
Tính vectơ $\overrightarrow{AB}$:
\[ \overrightarrow{AB} = \left( -2 - 0, -2 - (-2), -1 - 1 \right) = \left( -2, 0, -2 \right) \]
Giả sử tọa độ của D là $(x, y, z)$, ta có:
\[ \overrightarrow{DC} = \left( 3 - x, 1 - y, -2 - z \right) \]
Đặt $\overrightarrow{AB} = \overrightarrow{DC}$:
\[ \left( -2, 0, -2 \right) = \left( 3 - x, 1 - y, -2 - z \right) \]
Từ đây suy ra:
\[ 3 - x = -2 \Rightarrow x = 5 \]
\[ 1 - y = 0 \Rightarrow y = 1 \]
\[ -2 - z = -2 \Rightarrow z = 0 \]
Vậy tọa độ của D là $(5, 1, 0)$, không phải $(5, 1, 4)$. Khẳng định b) là sai.
Phần c)
Ta cần kiểm tra hình chiếu vuông góc của điểm B lên mặt phẳng (Oxz).
Hình chiếu vuông góc của điểm B lên mặt phẳng (Oxz) giữ nguyên tọa độ x và z, và tọa độ y bằng 0:
\[ B' = (-2, 0, -1) \]
Khẳng định c) là đúng.
Phần d)
Ta cần tìm điểm M trên mặt phẳng (Oxy) sao cho $|2\overrightarrow{MA} - \overrightarrow{MB} + 3\overrightarrow{MC}|$ là nhỏ nhất.
Trên mặt phẳng (Oxy), tọa độ của M là $(x, y, 0)$. Ta cần tính các vectơ:
\[ \overrightarrow{MA} = (0 - x, -2 - y, 1 - 0) = (-x, -2 - y, 1) \]
\[ \overrightarrow{MB} = (-2 - x, -2 - y, -1 - 0) = (-2 - x, -2 - y, -1) \]
\[ \overrightarrow{MC} = (3 - x, 1 - y, -2 - 0) = (3 - x, 1 - y, -2) \]
Tính biểu thức:
\[ 2\overrightarrow{MA} - \overrightarrow{MB} + 3\overrightarrow{MC} = 2(-x, -2 - y, 1) - (-2 - x, -2 - y, -1) + 3(3 - x, 1 - y, -2) \]
\[ = (-2x, -4 - 2y, 2) - (-2 - x, -2 - y, -1) + (9 - 3x, 3 - 3y, -6) \]
\[ = (-2x + 2 + x + 9 - 3x, -4 - 2y + 2 + y + 3 - 3y, 2 + 1 - 6) \]
\[ = (-4x + 11, -4y + 1, -3) \]
Để biểu thức này nhỏ nhất, ta cần tọa độ của M sao cho các thành phần của vectơ này nhỏ nhất. Điều này xảy ra khi:
\[ -4x + 11 = 0 \Rightarrow x = \frac{11}{4} \]
\[ -4y + 1 = 0 \Rightarrow y = \frac{1}{4} \]
Vậy tọa độ của M là $\left( \frac{11}{4}, \frac{1}{4}, 0 \right)$.
Khẳng định d) là đúng.
Kết luận
- Khẳng định a) là đúng.
- Khẳng định b) là sai.
- Khẳng định c) là đúng.
- Khẳng định d) là đúng.