Trong không gian với hệ tọa độ \(Oxyz,\) cho ba điểm \(A\left( 0;1;1 \right)\), \(B\left( 3;0;-1 \right)\), \(C\left( 0;21;-19 \right)\) và mặt cầu \(\left( S \right):{{\left( x-1 \right)}^{2}}+{{\left( y-1 \right)}^{2}}+{{\left( z-1 \right)}^{2}}=1\). Gọi điểm \(M\left( a;b;c \right)\) là điểm thuộc mặt cầu \(\left( S \right)\) sao cho biểu thức \(T=3M{{A}^{2}}+2M{{B}^{2}}+M{{C}^{2}}\) đạt giá trị nhỏ nhất. Tính tổng \(S=a+b+c\).
A. S = 12
B. \(S=\frac{14}{5}\).
C. \(S=\frac{12}{5}\).
D. S = 0
Lời giải của giáo viên
Gọi điểm \(K\left( x;y;z \right)\) sao cho \(3\overrightarrow{KA}+2\overrightarrow{KB}+\overrightarrow{KC}=\overrightarrow{0}\).
Ta có \(\left\{ \begin{array}{l} \overrightarrow {KA} = \left( { - x;1 - y;1 - z} \right)\\ \overrightarrow {KB} = \left( {3 - x; - y; - 1 - z} \right)\\ \overrightarrow {KC} = \left( { - x;21 - y; - 19 - z} \right) \end{array} \right.\).
\( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} - 3x + 2\left( {3 - x} \right) - x = 0\\ 3\left( {1 - y} \right) - 2y + 21 - y = 0\\ 3\left( {1 - z} \right) - 2\left( {1 + z} \right) - 19 - z = 0 \end{array} \right.\)
\(\Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l} x = 1\\ y = 4\\ z = - 3 \end{array} \right. \Rightarrow K\left( {1;4; - 3} \right)\)
Khi đó \(\left\{ \begin{array}{l} 3M{A^2} = 3{\left( {\overrightarrow {MK} + \overrightarrow {KA} } \right)^2} = 3M{K^2} + 6\overrightarrow {MK} .\overrightarrow {KA} + 3K{A^2}\\ 2M{B^2} = 2{\left( {\overrightarrow {MK} + \overrightarrow {KB} } \right)^2} = 2M{K^2} + 4\overrightarrow {MK} .\overrightarrow {KB} + 2K{B^2}\\ M{C^2} = {\left( {\overrightarrow {MK} + \overrightarrow {KC} } \right)^2} = M{K^2} + 2\overrightarrow {MK} .\overrightarrow {KC} + 2K{C^2} \end{array} \right.\).
\(\Rightarrow T=3M{{A}^{2}}+2M{{B}^{2}}+M{{C}^{2}}=5M{{K}^{2}}+2\overrightarrow{MK}\left( 3\overrightarrow{KA}+2\overrightarrow{KB}+\overrightarrow{KC} \right)+\left( 3K{{A}^{2}}+2K{{B}^{2}}+K{{C}^{2}} \right)\)
\(=5M{{K}^{2}}+\underbrace{\left( 3K{{A}^{2}}+2K{{B}^{2}}+K{{C}^{2}} \right)}_{const}\). Do đó \({{T}_{\min }}\) khi và chỉ khi \(M{{K}_{\min }}\).
Suy ra \(M=IK\cap \left( S \right)\) và đồng thời M nằm giữa I và K.
Ta có \(\overrightarrow{IK}=\left( 0;3;-4 \right)\Rightarrow IK:\left\{ \begin{align} & x=1 \\ & y=1+3t \\ & z=1-4t \\ \end{align} \right.\). Suy ra toạ độ điểm M thoả mãn:
\({{\left( 3t \right)}^{2}}+{{\left( 4t \right)}^{2}}=1\Leftrightarrow t=\pm \frac{1}{5}\). Vì M nằm giữa I và K nên \(t=\frac{1}{5}\) và \(M\left( 1;\frac{8}{5};\frac{1}{5} \right)\)
Vậy \(S=a+b+c=1+\frac{8}{5}+\frac{1}{5}=\frac{14}{5}\)
CÂU HỎI CÙNG CHỦ ĐỀ
Cho hàm số bậc bốn \(y=f\left( x \right)\). Đồ thị hình bên dưới là đồ thị của đạo hàm \(f'\left( x \right)\). Hàm số \(g\left( x \right)=f\left( \sqrt{{{x}^{2}}+2x+2} \right)\) có bao nhiêu điểm cực trị ?
Phương trình tham số của đường thẳng đi qua điểm \(M\left( 3;-1;2 \right)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}=\left( 4;5;-7 \right)\) là:
Cho hàm số \(y=\frac{2x-1}{x+5}\) Khi đó tiệm cận ngang của đồ thị hàm số là đường thẳng nào trong các đường thẳng sau đây?
Tập nghiệm của bất phương trình \({{\log }_{\frac{1}{2}}}\left( x-2 \right)\ge -1\)
Trong không gian với hệ tọa độ \(Oxyz\), cho đường thẳng \(\left( d \right):\left\{ \begin{align} & x=3+t \\ & y=1-2t \\ & z=2 \\ \end{align} \right.\) Một vectơ chỉ phương của d là
Đồ thị của hàm số nào dưới đây có dạng như đường cong trong hình bên?
Có bao nhiêu giao điểm của đồ thị hàm số \(y={{x}^{3}}+3x-3\) với trục Ox?
Điểm M trong hình vẽ bên là điểm biểu diễn số phức?
Gieo hai con súc sắc. Xác suất để tổng số chấm trên hai mặt bằng \(11\) là:
Cho mặt cầu \(\left( S \right):\,{{x}^{2}}+{{y}^{2}}+{{z}^{2}}-2x+4y+2z-3=0\) Tính bán kính R của mặt cầu \(\left( S \right)\)
Cho tập hợp M có 30 phần tử. Số tập con gồm 5 phần tử của M là
Cho hàm số \(f\left( x \right)\) có đạo hàm liên tục trên đoạn \(\left[ 1;3 \right]\) thỏa mãn \(f\left( 1 \right)=2\) và \(f\left( 3 \right)=9\). Tính \(I=\int\limits_{1}^{3}{{f}'\left( x \right)\text{d}x}\).
Trong không gian\(Oxyz\), cho hai điểm \(A\left( 2;3;-1 \right)\) và \(B\left( 0;-1;1 \right)\). Trung điểm của đoạn thẳng \(AB\) có tọa độ là
Có bao nhiêu giá trị nguyên dương của c để tồn tại các số thực \(a,\,\,b>1\) thỏa mãn \({{\log }_{9}}a={{\log }_{12}}b={{\log }_{16}}\frac{5b-a}{c}\).
Cho số phức z thỏa \(\left| z \right|=1\). Gọi m, M lần lượt là giá trị nhỏ nhất, giá trị lớn nhất của biểu thức \(P=\left| {{z}^{5}}+{{{\bar{z}}}^{3}}+6z \right|-2\left| {{z}^{4}}+1 \right|\). Tính M-m.