📌 Đề bài (Trắc nghiệm 4 lựa chọn):
Trong không gian $Oxyz$, cho ba điểm $A(1; 2; -1)$, $B(3; 0; 1)$ và $C(0; 3; 2)$. Gọi $M(a; b; c)$ là điểm thuộc mặt phẳng $(Oxz)$ sao cho biểu thức $T = MA^2 + MB^2 + 2MC^2$ đạt giá trị nhỏ nhất. Giá trị nhỏ nhất của $T$ bằng:
📚 Phương pháp giải & Lý thuyết trọng tâm
Để tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức dạng $T = \alpha MA^2 + \beta MB^2 + \gamma MC^2$ (với $\alpha + \beta + \gamma \neq 0$) khi $M$ di động trên một mặt phẳng hoặc đường thẳng, ta có hai cách giải phổ biến:
- Cách 1 (Tâm tỉ cự): Tìm điểm $I$ thỏa mãn $\alpha\overrightarrow{IA} + \beta\overrightarrow{IB} + \gamma\overrightarrow{IC} = \vec{0}$. Khi đó $T = (\alpha + \beta + \gamma)MI^2 + \alpha IA^2 + \beta IB^2 + \gamma IC^2$. Biểu thức $T$ đạt GTNN khi $MI$ nhỏ nhất, tức $M$ là hình chiếu vuông góc của $I$ lên mặt phẳng (hoặc đường thẳng) đã cho.
- Cách 2 (Tọa độ hóa trực tiếp): Tham số hóa tọa độ điểm $M \in (Oxz) \Rightarrow M(a; 0; c)$, sau đó viết biểu thức $T$ theo $a, c$ và nhóm thành tổng các bình phương để tìm giá trị nhỏ nhất.
💡 LỜI GIẢI CHI TIẾT & CÁCH GIẢI TỪNG BƯỚC (Nhấn để mở)
Bước 1: Xác định điểm $I(x_I; y_I; z_I)$ thỏa mãn $\overrightarrow{IA} + \overrightarrow{IB} + 2\overrightarrow{IC} = \vec{0}$.
Ta có công thức tọa độ tâm tỉ cự:
$$x_I = \frac{x_A + x_B + 2x_C}{1 + 1 + 2} = \frac{1 + 3 + 2 \cdot 0}{4} = 1$$$$y_I = \frac{y_A + y_B + 2y_C}{4} = \frac{2 + 0 + 2 \cdot 3}{4} = 2$$$$z_I = \frac{z_A + z_B + 2z_C}{4} = \frac{-1 + 1 + 2 \cdot 2}{4} = 1$$
Suy ra $I(1; 2; 1)$.
Bước 2: Biến đổi biểu thức $T$ theo điểm $I$:
$$T = (\overrightarrow{MI} + \overrightarrow{IA})^2 + (\overrightarrow{MI} + \overrightarrow{IB})^2 + 2(\overrightarrow{MI} + \overrightarrow{IC})^2$$$$T = 4MI^2 + 2\overrightarrow{MI}(\overrightarrow{IA} + \overrightarrow{IB} + 2\overrightarrow{IC}) + IA^2 + IB^2 + 2IC^2$$$$T = 4MI^2 + IA^2 + IB^2 + 2IC^2$$
Bước 3: Tìm giá trị nhỏ nhất của $T$. Vì $IA^2 + IB^2 + 2IC^2$ không đổi nên $T$ nhỏ nhất khi và chỉ khi $MI$ nhỏ nhất.
Do $M \in (Oxz)$ nên $MI$ nhỏ nhất khi $M$ là hình chiếu vuông góc của $I(1; 2; 1)$ lên mặt phẳng $(Oxz)$, suy ra $M(1; 0; 1)$ và $MI_{\min} = |y_I| = 2$.
Bước 4: Tính giá trị nhỏ nhất của $T$:
- $IA^2 = (1-1)^2 + (2-2)^2 + (-1-1)^2 = 4$
- $IB^2 = (3-1)^2 + (0-2)^2 + (1-1)^2 = 8$
- $IC^2 = (0-1)^2 + (3-2)^2 + (2-1)^2 = 3$
Vậy $T_{\min} = 4 \cdot 2^2 + 4 + 8 + 2 \cdot 3 = 16 + 4 + 8 + 6 = 34$.
👉 Chọn đáp án: A
✍️ 5 Bài tập tương tự tự luyện (Trắc nghiệm 4 đáp án A, B, C, D)
Bài tập 1: Trong không gian $Oxyz$, cho hai vectơ $\vec{a} = (1; -2; 3)$ và $\vec{b} = (-2; 1; 2)$. Độ dài của vectơ $\vec{u} = 2\vec{a} – \vec{b}$ bằng:
💡 Xem đáp án & Lời giải Bài tập 1
Ta có $2\vec{a} = (2; -4; 6)$.
Suy ra $\vec{u} = 2\vec{a} – \vec{b} = (2 – (-2); -4 – 1; 6 – 2) = (4; -5; 4)$.
Độ dài vectơ $\vec{u}$ là: $|\vec{u}| = \sqrt{4^2 + (-5)^2 + 4^2} = \sqrt{16 + 25 + 16} = \sqrt{57}$.
👉 Chọn đáp án: A

Để lại phản hồi