Vị trí tương đối của đường thẳng và mặt phẳng
Bài viết Vị trí tương đối của đường thẳng và mặt phẳng với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Vị trí tương đối của đường thẳng và mặt phẳng.
Vị trí tương đối của đường thẳng và mặt phẳng
Bài giảng: Các dạng bài về vị trí tương đối của hai đường thẳng, đường thẳng và mặt phẳng - Cô Nguyễn Phương Anh (Giáo viên VietJack)
A. Phương pháp giải
Cho đường thẳng d đi qua M_0 (x_0,y_0,z_0 ) và có vectơ chỉ phương , cho mặt phẳng (P) có phương trình tổng quát là: Ax + By + Cz + D = 0
Gọi là vectơ pháp tuyến của (P). Để xét vị trí tương đối giữa đường thẳng d và mặt phẳng (P) ta có cách sau:
Cách 1:
Xét tích vô hướng n→.u→ và thay tọa độ điểm M_0 vào phương trình của (P) để kiểm tra, ta có các trường hợp sau:
- n→.u→ ≠ 0⇔d cắt (P)
-n→=ku→⇔d vuông góc với (P)
Cách 2:
Viết phương trình tham số của đường thẳng d:
Thay x, y, z ở phương trình tham số trên vào phương trình tổng quát của mặt phẳng (P): Ax + By + Cz + D = 0 ta được:
A(x0+ta)+B(y0+tb)+C(z0+tc) +D=0 hay mt+n=0 (1)
Xét số nghiệm t của phương trình (1) ta có các trường hợp sau:
- (1) vô nghiệm ⇔d song song với (P)
- (1) có một nghiệm t = t_0 ⇔d cắt (P) tại điểm M0(x0+t0a;y0+t0b;z0+t0c)
- (1) có vô số nghiệm ⇔d nằm trong (P)
- (A; B; C) = k (a; b; c) ⇔d vuông góc với (P)
B. Ví dụ minh họa
Ví dụ: 1
Xét vị trí tương đối của đường thẳng với mặt phẳng sau: (P): x + y + z + 2 = 0
A. Cắt nhau
B. (P) chứa d
C. Song song
D. Vuông góc
Lời giải:
Đường thẳng d đi qua M_0(1; 2; 3) và có vectơ chỉ phương
Mặt phẳng (P) có vectơ pháp tuyến là:
Ta có: n→.u→=2+4+1=7 ≠ 0.
Vậy d cắt (P).
Chọn A.
Ví dụ: 2
Xét vị trí tương đối của đường thẳng với mặt phẳng (P): x+ 2z – 7 = 0?
A. Cắt nhau
B. song song
C. (P) chứa d
D.Vuông góc
Lời giải:
+ đường thẳng d đíqua điểm A( 1; 0; -1) và có vecto chỉ phương
+ Mặt phẳng ( P) có vecto pháp tuyến
=> n→.u→ = 2. 1+ 0.1- 1.2= 0 và điểm A không thuộc mặt phẳng (P)
=> đường thẳng d song song với mặt phẳng (P)
Chọn B.
Ví dụ: 3
Cho đường thẳng và mặt phẳng (P): x + 2y + z – 1 = 0. Tìm mệnh đề đúng ?
A. d cắt (P) tại điểm có hoành độ 7/3
B.d cắt (P) tại điểm có tung độ (-2)/3
C. d và (P) không có điểm chung .
D. Tất cả sai.
Lời giải:
Phương trình tham số của d là:
Thay x, y, z vào phương trình tổng quát của (P) ta có:
(1+ 2t) + 2 (-1+t) + (-t) – 1 = 0 (1)
⇔ 3t = 2 nên t = 2/3
Phương trình (1) có 1 nghiệm t = 2/3. Vậy d cắt (P) tại điểm:
Chọn A.
Ví dụ: 4
Xét vị trí tương đối của đường thẳng d với mặt phẳng (P) biết và (P): x + z + 5 = 0?
A. Cắt nhau
B. (P) chứa d
C. Vuông góc
D. Song song
Lời giải:
Thay x, y, z trong phương trình tham số của đường thẳng d vào phương trình tổng quát của mặt phẳng (P) ta được:
( 2-t) + (2+t) + 5 = 0 ⇔ 0t + 9 = 0 ⇔ 0.t= -9
=> Phương trình vô nghiệm .
Vậy d // (P).
Ví dụ: 5
Xét vị trí tương đối của đường thẳng và mặt phẳng (P): x + y + z – 6 = 0
A. (P) chứa d
B. Cắt nhau
C. Song song
D. Vuông góc
Lời giải:
Thay x, y, z trong phương trình tham số của đường thẳng d vào phương trình tổng quát của mặt phẳng (P) ta được:
(3-t) + (2-t) + (1+2t) – 6 = 0 hay 0t = 0
Phương trình luôn thỏa mãn với mọi t.
Vậy (P) chứa d.
Chọn A.
Ví dụ: 6
Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng (P): x- 2y+ 3z – 4= 0 và đường thẳng . Với giá trị nào của m thì giao điểm của đường thẳng d và mặt phẳng (P) thuộc mặt phẳng (Oyz) .
A. m= 2
B. m= -1
C.m= 1
D.m= 3
Lời giải:
Ta có: d∩(P)=A( x; y; z) .
A thuộc mặt phẳng (Oyz) nên x= 0 => A( 0; y;z)
Lại có; A thuộc ( P) nên: 0- 2y+ 3z- 4= 0 ⇔
Chọn A.
Ví dụ: 7
Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng (P): 2x+ my – 3z + m- 2= 0 và đường thẳng . Với giá trị nào của m thì d cắt (P)
A.
B. m= 1
C.
D.
Lời giải:
Mặt phẳng (P) có vecto pháp tuyến
Đường thẳng d có vecto chỉ phương
Đường thẳng d cắt (P) ⇔ n→.u→ ≠ 0 ⇔ 2.4+ m.(-1)– 3.3 ≠ 0 hay -m-1 ≠ 0 nên m ≠ -1
Chọn D
Ví dụ: 8
Trong không gian Oxyz, cho đường thẳng và mặt phẳng (P): m2x- 2my + (6-3m)z- 5= 0. Tìm m để d// (P)
A.
B.
C.
D.
Lời giải:
Ta có đường thẳng d đi qua M( 2; -3; 1) và có vecto chỉ phương
Mặt phẳng (P) có vecto pháp tuyến
Để d song song với (P) thì m2x- 2my + (6-3m)z- 5= 0.
Chọn A.
Ví dụ: 9
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho đường thẳng và mặt phẳng (P): 2x+ y- z+ 3= 0. Xác định giá trị của m;n sao cho (P) chứa d?
A.
B.
C.
D.
Lời giải:
+ Đường thẳng d đi qua A( 2; n; 1) và có vecto chỉ phương
+ Mặt phẳng (P) có vecto pháp tuyến
+ Để mặt phẳng (P) chứa d khi và chỉ khi:
Chọn A.
C. Bài tập vận dụng
Câu 1:
Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng (P): 3x- 3y + 2z- 5= 0 và đường thẳng . Trong các mệnh đề sau, mệnh đề nào đúng?
A. d //(P)
B. d ⊂ (P)
C. d cắt (P).
D. d ⊥ (P) .
Lời giải:
Mặt phẳng (P) có vecto pháp tuyến
Ta có
Chọn đáp án A.
Câu 2:
Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng (P): x+y+ z- 4= 0 và đường thẳng . Số giao điểm của đường thẳng d và mặt phẳng (P) là:
A. Vô số.
B.1.
C. Không có.
D. 2.
Lời giải:
Mặt phẳng (P) có vecto pháp tuyến
đi qua A( 1; 1; 2) có vecto chỉ phương
=> n→.u→ = 1.1 + 1.2+ 1.(-3) = 0 và điểm A thuộc (P) ( vì 1+ 1+ 2- 4= 0)
=> Mặt phẳng (P) chứa d nên chúng có vô số điểm chung.
Chọn A.
Câu 3:
Cho đường thẳng và mặt phẳng (P): mx- 4y+ 2z – 2= 0. Tìm giá trị của m để đường thẳng d nằm trên mặt phẳng (P)
A.m= 10
B. m= 9
C. m= -8
D. m= 8
Lời giải:
Đường thẳng d đi qua A(0; -1; -1) và nhận vecto làm vecto chỉ phương
Mặt phẳng (P) có vecto pháp tuyến
Để đường thẳng d nằm trên mặt phẳng (P) khi và chỉ khi:
Chọn D.
Câu 4:
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho đường thẳng và mặt phẳng (P): 2x+ 2y – z- 5= 0. Khi đó d cắt (P) tại điểm I(a; b;c). Tìm giá trị M= a+ b+ c?
A.M= 2
B. M= -2
C. M= -4
D. M=4
Lời giải:
Phương trình đường thẳng d dạng tham số:
Tọa độ giao điểm I của d và mặt phẳng (P) là nghiệm của hệ:
Thay ( 1); (2); (3) vào (4) ta được:
2( 1+ t) + 2t – ( -1+ 2t) – 5= 0
⇔ 2+ 2t+ 2t + 1- 2t – 5= 0
⇔ 2t – 2= 0 nên t= 1
=> Tọa độ I( 2; 1; 1)
Suy ra M= a+ b+ c= 2+ 1+ 1= 4.
Chọn D.
Câu 5:
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho đường thẳng và mặt phẳng (P): x+ y- z+ 1= 0. Xác định giá trị của m;n sao cho (P) song song d?
A.m= - 4;n= -6.
B. m= 4;n ≠ 2.
C.m= 2;n∈R
D.m∈R;n= -3.
Lời giải:
+ Đường thẳng d đi qua A( 0; 1; n) và có vecto chỉ phương .
+ Mặt phẳng (P) có vecto pháp tuyến
+ Để mặt phẳng (P) song song d khi và chỉ khi:
Chọn B.
Câu 6:
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz; cho đường thẳng và mặt phẳng (P): x- 2y- mz = 0. Tìm m để đường thẳng d cắt mặt phẳng (P)?
A. m= - 2
B. m ≠ -2
C. m ≠ 1
D. m= 1
Lời giải:
+ Giao điểm nếu có của đường thẳng d và mặt phẳng (P) là nghiệm hệ phương trình
Thay(1) ; ( 2) ; (3) vào (4) ta được:
- 1+ 2t- 2.2- m.2t= 0 ⇔ - 5+ 2t- 2mt= 0
⇔ 2t – 2mt= 5 ⇔ ( 2- 2m) t= 5 ( *)
+Nếu m= 1 thì (*) trở thành: 0t= 5 vô lí
=> Khi đó đường thẳng d song song mp (P). ( loại)
+ Nếu m ≠ 1 từ (*)=>
=> Đường thẳng cắt mặt phẳng.
Vậy để đường thẳng cắt mặt phẳng (P) thì m ≠ 1
Chọn C.
Câu 7:
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz; cho đường thẳng ; cho ba điểm A( 1; 0;0); B( 0; 2; 0) và C(0; 0; 1). Xác định giao điểm của đường thẳng d và mặt phẳng (ABC)?
A.(1; 2;1)
B. ( -1; 0;2)
C. ( 0; 0; 1)
D. Đáp án khác
Lời giải:
+ Phương trình mặt phẳng (ABC):
Phương trình tham số của đường thẳng d:
Thay ( 1) vào (*) ta được:
2.(-t) + ( - 2+ 2t) + 2( 1+ t)- 2= 0
⇔ - 2t – 2+ 2t+ 2+ 2t- 2= 0
⇔ 2t – 2= 0 ⇔ t= 1
=> x= - 1; y= 0; z= 2
Vậy đường thẳng d cắt mặt phẳng (ABC) tại điểm M(-1; 0; 2)
Chọn B.
Câu 8:
Cho đường thẳng và mặt phẳng (P): x+ 2y- 3z+ 6= 0. Xác định vị trí tương đối giữa đường thẳng d và mặt phẳng (P)?
A. Cắt nhau
B. Song song
C. Vuông góc
D. Chưa kết luận được
Lời giải:
+ Đường thẳng d đi qua A(m;0; n) và có vecto chỉ phương
+ Mặt phẳng (P) có vecto pháp tuyến
+ Ta có: u→.n→= - 1.1+ 2.2+ 2.(-3) = -3 ≠ 0 với mọi m và n
=> Đường thẳng d luôn cắt mặt phẳng (P) với mọi giá trị của m và n.
Chọn A.
D. Bài tập tự luyện
Bài 1. Tìm k để đường thẳng d là giao tuyến của 2 mặt phẳng (P): 2kx + y – z + 1 = 0, (Q): x – ky + z – 1 = 0 nằm trong mặt phẳng (Oyz).
Bài 2. Xét vị trí tương đối của đường thẳng (d): a và mặt phẳng (P): x + 2y – 4z + 1 = 0.
Bài 3. Xét vị trí tương đối của đường thẳng (d): và mặt phẳng (P): 3x - 3y + 2z - 5 = 0.
Bài 4. Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng (P): x - 2y + 3z – 4 = 0 và đường thẳng d: . Với giá trị nào của m thì giao điểm của đường thẳng d và mặt phẳng (P) thuộc mặt phẳng (Oyz)?
Bài 5. Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng (P): 2x + my – 3z + m – 2 = 0 và đường thẳng d: . Với giá trị nào của m thì d cắt (P)?
Bài giảng: Cách viết phương trình đường thẳng cơ bản - Cô Nguyễn Phương Anh (Giáo viên VietJack)
Xem thêm các chuyên đề Toán lớp 12 có trong đề thi THPT Quốc gia khác:
- Vị trí tương đối của đường thẳng và mặt cầu
- Hình chiếu của một điểm lên đường thẳng, mặt phẳng
- Khoảng cách từ 1 điểm đến 1 đường thẳng; Khoảng cách giữa 2 đường thẳng chéo nhau
- Viết phương trình đường thẳng liên quan đến khoảng cách
- Góc giữa hai đường thẳng; Góc giữa đường thẳng và mặt phẳng
Sách VietJack thi THPT quốc gia 2024 cho học sinh 2k6:
Săn shopee siêu SALE :
- Sổ lò xo Art of Nature Thiên Long màu xinh xỉu
- Biti's ra mẫu mới xinh lắm
- Tsubaki 199k/3 chai
- L'Oreal mua 1 tặng 3
- Soạn Văn 12
- Soạn Văn 12 (bản ngắn nhất)
- Văn mẫu lớp 12
- Giải bài tập Toán 12
- Giải BT Toán 12 nâng cao (250 bài)
- Bài tập trắc nghiệm Giải tích 12 (100 đề)
- Bài tập trắc nghiệm Hình học 12 (100 đề)
- Giải bài tập Vật lý 12
- Giải BT Vật Lí 12 nâng cao (360 bài)
- Chuyên đề: Lý thuyết - Bài tập Vật Lý 12 (có đáp án)
- Bài tập trắc nghiệm Vật Lí 12 (70 đề)
- Luyện thi đại học trắc nghiệm môn Lí (18 đề)
- Giải bài tập Hóa học 12
- Giải bài tập Hóa học 12 nâng cao
- Bài tập trắc nghiệm Hóa 12 (80 đề)
- Luyện thi đại học trắc nghiệm môn Hóa (18 đề)
- Giải bài tập Sinh học 12
- Giải bài tập Sinh 12 (ngắn nhất)
- Chuyên đề Sinh học 12
- Đề kiểm tra Sinh 12 (có đáp án)(hay nhất)
- Ôn thi đại học môn Sinh (theo chuyên đề)
- Luyện thi đại học trắc nghiệm môn Sinh (18 đề)
- Giải bài tập Địa Lí 12
- Giải bài tập Địa Lí 12 (ngắn nhất)
- Giải Tập bản đồ và bài tập thực hành Địa Lí 12
- Bài tập trắc nghiệm Địa Lí 12 (70 đề)
- Luyện thi đại học trắc nghiệm môn Địa (20 đề)
- Giải bài tập Tiếng anh 12
- Giải bài tập Tiếng anh 12 thí điểm
- Giải bài tập Lịch sử 12
- Giải tập bản đồ Lịch sử 12
- Bài tập trắc nghiệm Lịch Sử 12
- Luyện thi đại học trắc nghiệm môn Sử (20 đề)
- Giải bài tập Tin học 12
- Giải bài tập GDCD 12
- Giải bài tập GDCD 12 (ngắn nhất)
- Bài tập trắc nghiệm GDCD 12 (37 đề)
- Luyện thi đại học trắc nghiệm môn GDCD (20 đề)
- Giải bài tập Công nghệ 12