Để tìm phương trình mặt phẳng đi qua gốc tọa độ O đồng thời vuông góc với cả hai mặt phẳng và , ta thực hiện các bước sau:
1. Xác định vectơ pháp tuyến của hai mặt phẳng đã cho:
- Mặt phẳng có vectơ pháp tuyến .
- Mặt phẳng có vectơ pháp tuyến .
2. Tìm vectơ pháp tuyến của mặt phẳng cần tìm:
- Mặt phẳng cần tìm vuông góc với cả hai mặt phẳng và , do đó vectơ pháp tuyến của mặt phẳng cần tìm sẽ là tích vector của và .
- Tích vector được tính như sau:
- Vậy vectơ pháp tuyến của mặt phẳng cần tìm là .
3. Lập phương trình mặt phẳng đi qua gốc tọa độ O:
- Mặt phẳng đi qua gốc tọa độ O và có vectơ pháp tuyến có phương trình:
Vậy phương trình mặt phẳng đi qua gốc tọa độ O đồng thời vuông góc với cả hai mặt phẳng và là:
Câu 4.
a) Ta thấy không thuộc vì không thỏa mãn phương trình tham số của .
b) Ta có và là các vectơ chỉ phương của và . Ta thấy và không cùng phương nên và không song song hoặc trùng nhau. Mặt khác, ta thấy và không cắt nhau vì không tồn tại giá trị nào của và sao cho . Do đó, và chéo nhau.
c) Đường thẳng đi qua vuông góc với có vectơ chỉ phương là (vì là vectơ pháp tuyến của ). Phương trình của đường thẳng này là .
d) Ta thấy không đối xứng với qua vì không nằm trên đường thẳng đi qua và vuông góc với .
Câu 1.
Để tính vận tốc của máy bay khi nó bắt đầu rời khỏi mặt đất, ta cần biết gia tốc của máy bay theo thời gian . Từ đó, ta sẽ tính được vận tốc của máy bay tại thời điểm giây.
Bước 1: Xác định phương trình của gia tốc .
Từ đồ thị, ta thấy rằng gia tốc là một hàm tuyến tính, tức là dạng . Ta cần xác định các hệ số và .
- Khi , . Do đó, .
- Khi , . Do đó, .
Vậy phương trình của gia tốc là:
Bước 2: Tính vận tốc của máy bay.
Vận tốc là tích phân của gia tốc :
Ở đây, là hằng số tích phân. Vì ban đầu (tức là khi ), vận tốc của máy bay là 0, nên .
Do đó, phương trình vận tốc là:
Bước 3: Tính vận tốc của máy bay khi giây.
Thay vào phương trình vận tốc:
Vậy vận tốc của máy bay khi nó bắt đầu rời khỏi mặt đất là 75 m/s.
Đáp số: 75 m/s.
Câu 2.
Ta có:
.
Câu 3.
Để tính khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng (P) chứa đường thẳng và tạo với mặt phẳng một góc , chúng ta thực hiện các bước sau:
Bước 1: Xác định vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (P)
- Đường thẳng có phương hướng là .
- Mặt phẳng có vectơ pháp tuyến là .
Do mặt phẳng (P) tạo với mặt phẳng một góc , vectơ pháp tuyến của (P) sẽ có dạng . Ta có:
Từ đó suy ra:
Bước 2: Tìm vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (P)
- Mặt phẳng (P) chứa đường thẳng , do đó phải vuông góc với :
Thay vào :
Vậy vectơ pháp tuyến của mặt phẳng (P) là . Chọn , ta có .
Bước 3: Viết phương trình mặt phẳng (P)
- Điểm thuộc đường thẳng và cũng thuộc mặt phẳng (P).
- Phương trình mặt phẳng (P) có dạng:
Bước 4: Tính khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng (P)
- Khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng là:
Áp dụng vào bài toán:
Vậy khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng (P) là .
Câu 4.
Khi bể hình lập phương được nghiêng, mặt nước tạo thành một hình bình hành ABCD. Các điểm A, B, C trên mặt nước có khoảng cách đến đáy bể lần lượt là 40 cm, 44 cm và 48 cm. Để tìm góc nghiêng của bể, chúng ta cần xác định chiều cao trung bình của mặt nước từ đáy bể.
Chiều cao trung bình của mặt nước từ đáy bể là:
Khi bể nghiêng, chiều cao trung bình này sẽ tạo thành một góc với đáy bể. Ta gọi góc này là . Chiều cao trung bình này là một cạnh của tam giác vuông, trong đó cạnh kia là cạnh đáy của bể (100 cm).
Ta có:
Từ đây, ta tính góc :
Vậy bể nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc khoảng 26.1 độ.
Đáp số: 26.1 độ.