Trong không gian Oxyz, cho mặt cầu \(\left( S \right):{\left( {x - 3} \right)^2} + {\left( {y - 1} \right)^2} + {\left( {z - 1} \right)^2} = 4\) và hai điểm A(-1;2;-3); B(5;2;3). Gọi M là điểm thay đổi trên mặt cầu (S). Tính giá trị lớn nhất của biểu thức \(2M{A^2} + M{B^2}\).
A. 5
B. 123
C. 65
D. 112
Lời giải của giáo viên
Ta xác định điểm H(x;y;z) sao cho \(2.\overrightarrow {HA} + \overrightarrow {HB} = \overrightarrow 0 \)
\(\overrightarrow {HA} = \left( { - 1 - x;2 - y; - 3 - z} \right)\); \(\overrightarrow {HB} = \left( {5 - x;2 - y;3 - z} \right)\) nên
\(\begin{array}{l}
2\overrightarrow {HA} + \overrightarrow {HB} = \overrightarrow 0 \Leftrightarrow \left( { - 2 - 2x;4 - 2y; - 6 - 2z} \right) + \left( {5 - x;2 - y;3 - z} \right) = \overrightarrow 0 \\
\Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}
- 2 - 2x + 5 - x = 0\\
4 - 2y + 2 - y = 0\\
- 6 - 2z + 3 - z = 0
\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}
x = 1\\
y = 2\\
z = - 1
\end{array} \right. \Rightarrow H\left( {1;2; - 1} \right)
\end{array}\)
Ta có
\(\begin{array}{l}
2M{A^2} + M{B^2} = 2{\overrightarrow {MA} ^2} + {\overrightarrow {MB} ^2} = 2.{\left( {\overrightarrow {MH} + \overrightarrow {HA} } \right)^2} + {\left( {\overrightarrow {MH} + \overrightarrow {HB} } \right)^2}\\
= 2.\left( {M{H^2} + 2\overrightarrow {MH} .\overrightarrow {HA} + H{A^2}} \right) + \left( {M{H^2} + 2.\overrightarrow {MH} .\overrightarrow {HB} + H{B^2}} \right)\\
= 3M{H^2} + 2H{A^2} + H{B^2} + 2\overrightarrow {MH} \left( {2\overrightarrow {HA} + \overrightarrow {HB} } \right)\\
= 3M{H^2} + 2H{A^2} + H{B^2}\left( {do\,\,2.\overrightarrow {HA} + \overrightarrow {HB} = \overrightarrow 0 } \right)
\end{array}\)
Ta có \(\overrightarrow {HA} = \left( { - 2;0; - 2} \right);\overrightarrow {HB} = \left( {4;0;4} \right) \Rightarrow H{A^2} = 8;H{B^2} = 32\) nên \(2M{A^2} + M{B^2} = 3M{H^2} + 2.8 + 32 = 3M{H^2} + 48\)
Từ đó \(2M{A^2} + M{B^2}\) lớn nhất khi \(MH^2\) lớn nhất hay MH lớn nhất.
Mặt cầu (S) có tâm I(3;1;1), bán kính R = 2.
Ta có \(M{H_{\max }} = HI + R = \sqrt {4 + 1 + 4} + 2 = 5\).
Như vậy \(2M{A^2} + M{B^2}\) đạt GTLN là \(3M{H^2} + 48 = 3.25 + 48 = 123\).
CÂU HỎI CÙNG CHỦ ĐỀ
Cho hình H là đa giác đều có 24 đỉnh. Chọn ngẫu nhiên 4 đỉnh của H. Tính xác suất sao cho 4 đỉnh được chọn tạo thành một hình chữ nhật nhưng không phải hình vuông.
Cho a là số thực dương bất kì khác 1. Tính \(S = {\log _a}\left( {{a^3}\sqrt[4]{a}} \right)\).
Trong không gian Oxyz, cho hai mặt phẳng \(\left( P \right):x + 2y - 2z - 6 = 0\) và \(\left( Q \right):x + 2y - 2z + 3 = 0\). Khoảng cách giữa hai mặt phẳng (P) và (Q) bằng
Xét hai số thực a, b dương khác 1. Mệnh đề nào sau đây đúng?
Trong không gian Oxyz, phương trình của mặt phẳng (P) đi qua điểm B(2;1;-3), đồng thời vuông góc với hai mặt phẳng \(\left( Q \right):x + y + 3z = 0,\left( R \right):2x - y + z = 0\) là:
Đồ thị hàm số \(y = \frac{{x + 1}}{{4x - 1}}\) có đường tiệm cận ngang là đường thẳng nào sau đây?
Trong không gian Oxyz, cho điểm \(A\left( { - 4;0;1} \right)\) và mặt phẳng \(\left( P \right):x - 2y - z + 4 = 0\). Mặt phẳng (Q) đi qua điểm A và song song với mặt phẳng (P) có phương trình là
Đường cong trong hình vẽ sau đây là đồ thị của hàm số nào?
Biết bất phương trình \({\log _5}\left( {{5^x} - 1} \right).{\log _{25}}\left( {{5^{x + 1}} - 5} \right) \le 1\) có tập nghiệm là đoạn [a;b]. Giá trị của \(a+b\) bằng
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho \(\overrightarrow a = \overrightarrow i + 3\overrightarrow j - 2\overrightarrow k \). Tọa độ của vectơ \(\overrightarrow a \) là
Tìm nghiệm của phương trình \({\log _2}\left( {x - 5} \right) = 4\).
Từ các chữ số 1; 5; 6; 7 có thể lập được bao nhiêu số tự nhiên có 4 chữ số đôi một khác nhau?
Hình nón có diện tích xung quanh bằng 24π và bán kính đường tròn đáy bằng 3. Đường sinh của hình nón có độ dài bằng:
Trong không gian Oxyz, cho mặt phẳng \(\left( P \right):2x - y + z + 4 = 0\). Khi đó mặt phẳng (P) có một vectơ pháp tuyến là
Cho một hình trụ có chiều cao bằng 2 và bán kính đáy bằng 3. Thể tích khối trụ đã cho bằng