Trong hệ trục \(Oxyz\), cho hai mặt cầu \(\left( {{S}_{1}} \right):{{\left( x-1 \right)}^{2}}+{{\left( y+3 \right)}^{2}}+{{\left( z-2 \right)}^{2}}=49\) và \(\left( {{S}_{2}} \right):{{\left( x-10 \right)}^{2}}+{{\left( y-9 \right)}^{2}}+{{\left( z-2 \right)}^{2}}=400\) và mặt phẳng \(\left( P \right):4x-3y+mz+22=0\). Có bao nhiêu số nguyên m để mp (P) cắt hai mặt cầu \(\left( {{S}_{1}} \right),\left( {{S}_{2}} \right)\) theo giao tuyến là hai đường tròn không có tiếp tuyến chung?
A. 5
B. 11
C. Vô số
D. 6
Lời giải của giáo viên
Mặt cầu \(\left( {{S}_{1}} \right)\) có tâm \(I\left( 1;-3;2 \right)\), bán kính \({{R}_{1}}=7\); mặt cầu \(\left( {{S}_{2}} \right)\) có tâm \(J\left( 10;9;2 \right)\), bán kính \({{R}_{2}}=20\). Ta có \(\overrightarrow{IJ}\left( 9;12;0 \right)\), \(IJ=15\).
Mặt phẳng \(\left( P \right):4x-3y+mz+22=0\) có vec tơ pháp tuyến \(\overrightarrow{{{n}_{P}}}\left( 4;-3;m \right)\)
Do \(\overrightarrow{IJ}.\overrightarrow{{{n}_{P}}}=0\) nên \(IJ\) song song hoặc chứa trong (P).
Bán kính đường tròn giao tuyến của hai mặt cầu \(\left( {{S}_{1}} \right),\left( {{S}_{2}} \right)\) là \(R=\frac{2\sqrt{p\left( p-7 \right)\left( p-20 \right)\left( p-15 \right)}}{15}=\frac{28}{5}\) với \(p=\frac{20+7+15}{2}=21\)
Phương trình mặt phẳng chứa đường tròn giao tuyến hai mặt cầu là (Q): \(3x+4y+30=0\)
Ta có \(d\left( I;(Q) \right)=\frac{21}{5}\), \(d\left( J;(Q) \right)=\frac{96}{5}\) nên \(d\left( I;(Q) \right)+IJ=d\left( J;(Q) \right)\)
Ta có mp(P) cắt hai mặt cầu \(\left( {{S}_{1}} \right),\left( {{S}_{2}} \right)\) theo giao tuyến là hai đường tròn, trong đó đường tròn nhỏ ở trong đường tròn lớn khi \(\frac{28}{5}
\(\Leftrightarrow \left\{ \begin{align} & 45{{m}^{2}}-140m>0 \\ & \frac{684}{25}{{m}^{2}}-140m-441<0 \\ \end{align} \right.\)
Và có m nguyên, nên \(m\in \left\{ -2;-1;4;5;6;7 \right\}\).
CÂU HỎI CÙNG CHỦ ĐỀ
Cho hàm số \(y={{x}^{3}}-3x-4\). Gọi \(M,m\) lần lượt là giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của hàm số trên đoạn \(\left[ 0;2 \right]\). Khẳng định nào sau đây đúng?
Bất phương trình mũ \({{5}^{{{x}^{2}}-3x}}\le \frac{1}{25}\) có tập nghiệm là
Trong không gian \(Oxyz,\) vectơnào dưới đây không phải là vectơ chỉ phương của đường thẳng \(d:\frac{x-1}{2}=\frac{y+1}{1}=\frac{z}{-2}\)?
Thể tích khối lăng trụ tam giác đều có cạnh đáy bằng 2 và chiều cao bằng một nửa cạnh đáy là
Có 30 chiếc thẻ được đánh số thứ tự từ 1 đến 30. Chọn ngẫu nhiên một chiếc thẻ. Tính xác suất để chiếc thẻ được chọn mang số chia hết cho 3.
Hàm số nào sau đây nghịch biến trên \(\mathbb{R}?\)
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho điểm \(M\left( -2\,;\,3\,;\,4 \right)\) . Viết phương trình đường thẳng \(\left( d \right)\) qua điểm \(M\) và vuông góc với mặt phẳng \(\left( Oxy \right)\).
Cho hàm số \(f\left( x \right),\) đồ thị của hàm số \(y={{f}^{/}}\left( x \right)\) là đường cong như hình vẽ. Giá trị nhỏ nhất của hàm số \(g\left( x \right)=f\left( 2x-1 \right)+6x\) trên đoạn \(\left[ \frac{1}{2};2 \right]\) bằng
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho hai điểm \(A\left( 1\,;\,1\,;\,0 \right)\) và \(B\left( 1\,;\,-1\,;\,-4 \right)\) . Viết phương trình mặt cầu \(\left( S \right)\) nhận \(AB\) làm đường kính
Đường cong ở hình dưới đây là đồ thị của một trong bốn hàm số dưới đây. Hàm số đó là hàm số nào ?
Biết \(\int\limits_{1}^{2}{f\left( x \right)\text{d}x}=3\), \(\int\limits_{1}^{5}{f\left( x \right)\text{d}x}=4\). Tính \(\int\limits_{2}^{5}{\left( 2f\left( x \right)+x \right)\text{d}x}\)
Đồ thị hàm số \(y=-\frac{{{x}^{4}}}{2}+{{x}^{2}}+\frac{3}{2}\) cắt trục hoành tại mấy điểm?
Tổng các nghiệm của phương trình sau \({{7}^{x-1}}=6{{\log }_{7}}\left( 6x-5 \right)+1\) bằng
Tổng các nghiệm của phương trình \({{3}^{{{x}^{4}}-3{{x}^{2}}}}=81\) bằng