Trong không gian Oxyz, cho mặt cầu \((S):{{(x-1)}^{2}}+{{(y+1)}^{2}}+{{(z-1)}^{2}}=6\) tâm I. Gọi \((\alpha )\) là mặt phẳng vuông góc với đường thẳng \(d:\frac{x+1}{1}=\frac{y-3}{-4}=\frac{z}{1}\) và cắt mặt cầu (S) theo đường tròn (C) sao cho khối nón có đỉnh I, đáy là đường tròn (C) có thể tích lớn nhất. Biết \((\alpha )\) không đi qua gốc tọa độ, gọi \(H({{x}_{H}},{{y}_{H}},{{z}_{H}})\) là tâm của đường tròn (C). Giá trị của biểu thức \(T={{x}_{H}}+{{y}_{H}}+{{z}_{H}}\) bằng
A. \(\frac{1}{3}\)
B. \(\frac{4}{3}\)
C. \(\frac{2}{3}\)
D. \(\frac{-1}{2}\)
Lời giải của giáo viên
Mặt cầu (S) có tâm I(1;-1;1), bán kính \(R=\sqrt{6}\)
Gọi x là khoảng cách từ I đến mặt phẳng \((\alpha ), 0<x<\sqrt{6}\). Khi đó, thể tích khối nón đỉnh I, đáy là đường tròn (C) là: \(V=\frac{1}{3}x\left( 6-{{x}^{2}} \right)=-\frac{{{x}^{3}}}{3}+2x\)
Xét hàm số \(f(x)=-\frac{{{x}^{3}}}{3}+2x,\,\,\) với \(0<x<\sqrt{6}\)
\(f'(x)=-{{x}^{2}}+2;\,\,f'(x)=0\,\Leftrightarrow \,x=\pm \sqrt{2}\)
Hàm số y=f(x) liên tục trên \(\left[ 0;\sqrt{6} \right]\), có \(f(0)=f(\sqrt{6})=0,\,\,f(\sqrt{2})=\sqrt{2}\),
nên \(\underset{{}}{\mathop{\underset{\left( 0;\sqrt{6} \right)}{\mathop{Max}}\,\,f(x)}}\,=\sqrt{2}\), đạt được khi \(x=\sqrt{2}\).
Gọi \(\overrightarrow{u}=(1;-4;1)\) là một véc tơ chỉ phương của đường thẳng d. Vì \(IH\bot (\alpha )\) nên tồn tại số thực k sao cho \(\overrightarrow{IH}=k\overrightarrow{u}\), suy ra \(\left| \overrightarrow{IH} \right|=|k|.\left| \overrightarrow{u} \right|\,\,\Rightarrow \,|k|\,=\,\frac{\sqrt{2}}{\sqrt{18}}=\frac{1}{3}\,\Rightarrow k\,=\,\pm \frac{1}{3}\).
Với \(k=\frac{1}{3}:\overrightarrow{IH}=\frac{1}{3}\overrightarrow{u}\,\Rightarrow \,H\left( \frac{4}{3};-\frac{7}{3};\frac{4}{3} \right)\Rightarrow (\alpha ):x-4y+z-6=0\) (nhận vì \(O\notin (\alpha )\) )
Với \(k=-\frac{1}{3}:\overrightarrow{IH}=-\frac{1}{3}\overrightarrow{u}\,\Rightarrow \,H\left( \frac{2}{3};\frac{1}{3};\frac{2}{3} \right)\Rightarrow (\alpha ):x-4y+z=0\) ( loại vì \(O\in (\alpha )\) ).
Vậy \({{x}_{H}}+{{y}_{H}}+{{z}_{H}}=\frac{1}{3}\)
CÂU HỎI CÙNG CHỦ ĐỀ
Trong không gian Oxyz, cho mặt cầu \(\left( S \right):{{\left( x-2 \right)}^{2}}+{{\left( y+1 \right)}^{2}}+{{\left( z-1 \right)}^{2}}=9\). Tìm tọa độ tâm I và bán kính R của \(\left( S \right)\) là
Trong không gian với hệ toạ độ Oxyz, viết phương trình mặt phẳng \(\left( \alpha\right)\) chứa trục Ox và đi qua điểm \(M\left( 2;-1;3 \right)\).
Đường tiệm cận ngang của đồ thị hàm số \(y=\frac{3x-2}{x+4}\) là:
Cho hình chóp S.AB có đáy ABC là tam giác vuông cân tại B với AC=a, biết SA vuông góc với mặt phẳng \(\left( ABC \right)\) và SB hợp với \(\left( ABC \right)\) một góc \(60{}^\circ \). Thể tích của khối chóp S.ABC bằng
Cho hàm số \(y=f\left( x \right)\) có bảng biến thiên như sau
Hàm số \(y=f\left( x \right)\) nghịch biến trên khoảng nào dưới đây?
Cho số phức \(z=a+bi(a,b\in R)\) thỏa mãn: \(\left| \frac{z-1}{z-i} \right|=1\) và \(\left| \frac{z-3i}{z+i} \right|=1\). Tính 2a+b
Số giao điểm của đồ thị của hàm số \(y={{x}^{3}}-{{x}^{2}}-x-2\) với trục hoành?
Cho hàm số \(y=g\left( x \right)\) có bảng biến thiên như sau:
Điểm cực tiểu của hàm số đã cho là:
Cho \(\int\limits_{0}^{1}{f\left( x \right)\text{d}x}=-2\) và \(\int\limits_{1}^{5}{\left( 2f\left( x \right) \right)\text{d}x}=6\) khi đó \(\int\limits_{0}^{5}{f\left( x \right)\text{d}x}\) bằng
Tính tích phân \(I=\int\limits_{1}^{2}{\frac{1}{2x-1}\text{d}x}\)
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho \(A\left( 1;3;2 \right), B\left( 3;-1;4 \right)\). Tìm tọa độ trung điểm I của AB.
Cho khối trụ có bán kính đáy \(a\sqrt{3}\) và chiều cao \(2a\sqrt{3}\). Thể tích của nó là
Trong không gian Oxyz, cho mặt cầu \((S):{{(x-1)}^{2}}+{{(y+1)}^{2}}+{{(z-1)}^{2}}=6\) tâm I. Gọi \((\alpha )\) là mặt phẳng vuông góc với đường thẳng \(d:\frac{x+1}{1}=\frac{y-3}{-4}=\frac{z}{1}\) và cắt mặt cầu (S) theo đường tròn (C) sao cho khối nón có đỉnh I, đáy là đường tròn (C) có thể tích lớn nhất. Biết \((\alpha )\) không đi qua gốc tọa độ, gọi \(H({{x}_{H}},{{y}_{H}},{{z}_{H}})\) là tâm của đường tròn (C). Giá trị của biểu thức \(T={{x}_{H}}+{{y}_{H}}+{{z}_{H}}\) bằng
Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, phương trình mặt phẳng vuông góc với đường thẳng \(\frac{x-2}{1}=\frac{y+2}{-2}=\frac{z}{3}\) và đi qua điểm \(A\left( 3;-4;5 \right)\) là
Giá trị lớn nhất của hàm số \(f\left( x \right)=-{{x}^{4}}+12{{x}^{2}}+1\) trên đoạn \(\left[ -1;2 \right]\) bằng