a) Hình chiếu vuông góc của B lên các trục và mặt phẳng:
- Trục Ox: $( -2 ; 0 ; 0 )$
- Mặt phẳng Oxy: $( -2 ; 1 ; 0 )$
- Mặt phẳng Ozx: $( -2 ; 0 ; 3 )$
b) Tính $\overrightarrow{AB}, \overrightarrow{AC}, \overrightarrow{BC}$:
- $\overrightarrow{AB} = (-2 - 1, 1 - 0, 3 - 2) = (-3, 1, 1)$
- $\overrightarrow{AC} = (3 - 1, 2 - 0, 4 - 2) = (2, 2, 2)$
- $\overrightarrow{BC} = (3 - (-2), 2 - 1, 4 - 3) = (5, 1, 1)$
Tính $\overrightarrow{AB} - 4\overrightarrow{AC} + \overrightarrow{BC}$:
- $4\overrightarrow{AC} = 4(2, 2, 2) = (8, 8, 8)$
- $\overrightarrow{AB} - 4\overrightarrow{AC} + \overrightarrow{BC} = (-3, 1, 1) - (8, 8, 8) + (5, 1, 1) = (-3 - 8 + 5, 1 - 8 + 1, 1 - 8 + 1) = (-6, -6, -6)$
c) Tính góc $\widehat{B}$ và $\widehat{A}$ trong $\Delta ABC$:
- $\cos(\widehat{B}) = \frac{\overrightarrow{BA} \cdot \overrightarrow{BC}}{|\overrightarrow{BA}| |\overrightarrow{BC}|}$
- $\overrightarrow{BA} = (3, -1, -1)$
- $\overrightarrow{BC} = (5, 1, 1)$
- $\overrightarrow{BA} \cdot \overrightarrow{BC} = 3 \times 5 + (-1) \times 1 + (-1) \times 1 = 15 - 1 - 1 = 13$
- $|\overrightarrow{BA}| = \sqrt{3^2 + (-1)^2 + (-1)^2} = \sqrt{9 + 1 + 1} = \sqrt{11}$
- $|\overrightarrow{BC}| = \sqrt{5^2 + 1^2 + 1^2} = \sqrt{25 + 1 + 1} = \sqrt{27}$
- $\cos(\widehat{B}) = \frac{13}{\sqrt{11} \times \sqrt{27}} = \frac{13}{\sqrt{297}}$
- $\widehat{B} = \cos^{-1}\left(\frac{13}{\sqrt{297}}\right)$
- $\cos(\widehat{A}) = \frac{\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AC}}{|\overrightarrow{AB}| |\overrightarrow{AC}|}$
- $\overrightarrow{AB} = (-3, 1, 1)$
- $\overrightarrow{AC} = (2, 2, 2)$
- $\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AC} = -3 \times 2 + 1 \times 2 + 1 \times 2 = -6 + 2 + 2 = -2$
- $|\overrightarrow{AB}| = \sqrt{(-3)^2 + 1^2 + 1^2} = \sqrt{9 + 1 + 1} = \sqrt{11}$
- $|\overrightarrow{AC}| = \sqrt{2^2 + 2^2 + 2^2} = \sqrt{4 + 4 + 4} = \sqrt{12}$
- $\cos(\widehat{A}) = \frac{-2}{\sqrt{11} \times \sqrt{12}} = \frac{-2}{\sqrt{132}}$
- $\widehat{A} = \cos^{-1}\left(\frac{-2}{\sqrt{132}}\right)$
d) Tìm tọa độ điểm D sao cho B là trọng tâm của $\Delta ACD$:
- Trọng tâm G của $\Delta ACD$ là: $G = \left(\frac{x_A + x_C + x_D}{3}, \frac{y_A + y_C + y_D}{3}, \frac{z_A + z_C + z_D}{3}\right)$
- Vì B là trọng tâm, ta có: $B = \left(\frac{1 + 3 + x_D}{3}, \frac{0 + 2 + y_D}{3}, \frac{2 + 4 + z_D}{3}\right)$
- Suy ra: $-2 = \frac{4 + x_D}{3}$, $1 = \frac{2 + y_D}{3}$, $3 = \frac{6 + z_D}{3}$
- Giải các phương trình này:
- $-2 = \frac{4 + x_D}{3} \Rightarrow -6 = 4 + x_D \Rightarrow x_D = -10$
- $1 = \frac{2 + y_D}{3} \Rightarrow 3 = 2 + y_D \Rightarrow y_D = 1$
- $3 = \frac{6 + z_D}{3} \Rightarrow 9 = 6 + z_D \Rightarrow z_D = 3$
- Vậy tọa độ điểm D là: $D(-10, 1, 3)$
e) Tìm $E \in Oz$ sao cho $\Delta ABE$ vuông tại A:
- Điểm E thuộc Oz có tọa độ $(0, 0, z_E)$
- Điều kiện để $\Delta ABE$ vuông tại A là: $\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AE} = 0$
- $\overrightarrow{AB} = (-3, 1, 1)$
- $\overrightarrow{AE} = (0 - 1, 0 - 0, z_E - 2) = (-1, 0, z_E - 2)$
- $\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AE} = -3 \times (-1) + 1 \times 0 + 1 \times (z_E - 2) = 3 + z_E - 2 = 1 + z_E$
- Để $\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AE} = 0$, ta có: $1 + z_E = 0 \Rightarrow z_E = -1$
- Vậy tọa độ điểm E là: $E(0, 0, -1)$