Giải SGK Toán 12 Bài 2 (Chân trời sáng tạo): Toạ độ của vectơ trong không gian

2.4 K

Tailieumoi.vn giới thiệu Giải bài tập Toán lớp 12 Bài 2: Toạ độ của vectơ trong không gian chi tiết sách Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo giúp học sinh xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập môn Toán 12. Mời các bạn đón xem:

Giải bài tập Toán 12 Bài 2: Toạ độ của vectơ trong không gian

Hoạt động khởi động trang 52 Toán 12 Tập 1: Trong kiểm soát không lưu, người ta dùng bộ ba số để xác định vị trí của máy bay. Người ta đã làm điều đó như thế nào?

Hoạt động khởi động trang 52 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Lời giải:

Xây dựng hệ tọa độ trong không gian tương tự như trong mặt phẳng, sử dụng bộ ba số để xác định hoành độ, tung độ và cao độ.

1. Hệ tọa độ trong không gian

Hoạt động khám phá 1 trang 52 Toán 12 Tập 1: Cho hình lập phương OABC.O'A'B'C' có cạnh bằng 1. Đặt i=OA,j=OC,k=OO' .

a) Nêu nhận xét về phương và độ dài của ba vectơ i,j,k .

b) Nêu nhận xét về ba trục tọa độ O;i,O;j,O;k .

Hoạt động khám phá 1 trang 52 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Lời giải:

a) Ba vectơ i,j,k có phương đôi một vuông góc với nhau và có cùng độ dài bằng 1.

b) Ba trục tọa độ O;i,O;j,O;k có cùng gốc tọa độ là O và có vectơ đơn vị lần lượt là i,j,k .

Thực hành 1 trang 53 Toán 12 Tập 1: Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình vuông cạnh bằng 1, SA vuông góc với mặt phẳng đáy và có độ dài bằng 1 (Hình 4). Vẽ hệ trục tọa độ Oxyz có gốc O trùng với điểm A, các điểm B, D, S lần lượt nằm trên các tia Ox, Oy, Oz và chỉ ra các vectơ đơn vị trên các trục tọa độ.

Thực hành 1 trang 53 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Lời giải:

Thực hành 1 trang 53 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Trục Ox có vectơ đơn vị là AB .

Trục Oy có vectơ đơn vị là AD .

Trục Oz có vectơ đơn vị là AS .

Vận dụng 1 trang 53 Toán 12 Tập 1: Một thiết kế cơ khí trong Hình 5a được biểu diễn trong không gian Oxyz như Hình 5b.

a) Hãy vẽ ba vectơ đơn vị i,j,k lần lượt trên ba trục tọa độ Ox, Oy, Oz (mỗi vectơ đơn vị có độ dài bằng 1 m).

b) Biểu diễn các vectơ OC,OB,OA,AB theo i,j,k .

Vận dụng 1 trang 53 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Lời giải:

a)

Vận dụng 1 trang 53 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

b) OC=2i; OB=2i+3j; OA=2j+5k;

 AB=OBOA=2i+3j2j+5k=2i+j5k .

2. Tọa độ của điểm và vectơ

Hoạt động khám phá 2 trang 53 Toán 12 Tập 1: Cho hình hộp chữ nhật OABC.O'A'B'C' có cạnh OA = 3, OC = 5, OO' = 2. Vẽ ba vectơ đơn vị i,j,k lần lượt trên các cạnh OA, OC, OO'. Biểu diễn OB' theo ba vectơ i,j,k .

Hoạt động khám phá 2 trang 53 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Lời giải:

 OA  i cùng hướng, OA = 3 nên OA=3i .

Tương tự, ta có: OC=5j;OO'=2k .

Vì OABC.O'A'B'C' là hình hộp chữ nhật nên theo quy tắc hình hộp, ta có:

OB'=OA+OC+OO'=3i+5j+2k.

Thực hành 2 trang 54 Toán 12 Tập 1: Cho hình lập phương ABCD.A'B'C'D' có cạnh bằng 5. Chọn hệ trục tọa độ Oxyz có gốc O trùng với A; các điểm B, D, A' lần lượt nằm trên các tia Ox, Oy, Oz. Xác định tọa độ các điểm B, C, C'.

Lời giải:

Thực hành 2 trang 54 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

 OB  i cùng hướng và OB = 5 nên OB=5i .

Tương tự, ta có OD=5j;OA'=5k .

Theo quy tắc hình bình hành, ta có: OC=OB+OD=5i+5j .

Theo quy tắc hình hộp, ta có: OC'=OB+OD+OA'=5i+5j+5k .

Do đó B(5; 0; 0), C(5; 5; 0), C'(5; 5; 5).

Hoạt động khám phá 3 trang 54 Toán 12 Tập 1: Trong không gian Oxyz, cho vectơ a. Vẽ điểm A sao cho OA=a. Gọi a1;a2;a3 là tọa độ của điểm A. Hãy biểu diễn a theo ba vectơ đơn vị i,j,k.

Lời giải:

Ta có Aa1;a2;a3 OA=a1i+a2j+a3k .

 OA=a nên a=a1i+a2j+a3k .

Thực hành 3 trang 56 Toán 12 Tập 1: Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình vuông cạnh bằng 2, SA vuông góc với mặt phẳng đáy và có độ dài bằng 3 (Hình 11).

a) Vẽ hệ trục tọa độ Oxyz có gốc O trùng với điểm A, các điểm B, D, S lần lượt nằm trên các tia Ox, Oy, Oz và chỉ ra các vectơ đơn vị trên các trục tọa độ.

b) Trong hệ tọa độ nói trên, tìm tọa độ các vectơ AB,AD,AS  AM với M là trung điểm của cạnh SC.

Thực hành 3 trang 56 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Lời giải:

a)

Thực hành 3 trang 56 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Ba vectơ đơn vị trên ba trục tọa độ lần lượt là i,j,k với độ dài của i,j,k lần lượt bằng 12AB,12AD,13AS .

b) Ta có: AB=2i;AD=2j;AS=3k .

Do đó AB=2;0;0 , AD=0;2;0 , AS=0;0;3 .

Theo quy tắc hình bình hành, ta có AC=AB+AD=2i+2j .

Vì M là trung điểm của SC nên AM=12AC+AS=122i+2j+3k =i+j+32k .

Do đó AM=1;1;32.

Vận dụng 2 trang 56 Toán 12 Tập 1: Một máy bay đang cất cánh từ phi trường. Với hệ tọa độ Oxyz được thiết lập như Hình 12, cho biết M là vị trí của máy bay, OM = 14, NOB^=32°,MOC^=65° . Tìm tọa độ điểm M.

Vận dụng 2 trang 56 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Lời giải:

Vì N  (Oxy) nên N(x; y; 0).

Xét NBO vuông tại B, ta có: tan32°=NBOB=xyvà x2 + y2 = ON2 (1).

Xét OMC có ON = MC = OM.sin65° = 14. sin65°  12,67 (2).

Từ (1) và (2), ta có hệ: xy=tan32°x2+y2=12,672x0,62y0,62y2+y2=12,672

x6,68y10,77

Suy ra N(6,68; 10,77; 0). Do đó ON=6,68i+10,77j

Xét OMC vuông tại C, ta có: OC=OM.cos65°=14.cos65°5,92.

Suy ra C(0; 0; 5,92). Do đó OC=5,92k.

Ta có OM=ON+OC=6,68i+10,77j+5,92k.

Vậy M(6,68; 10,77; 5,92).

Bài tập

Bài 1 trang 56 Toán 12 Tập 1: Trong không gian Oxyz, biết

a) a=5i+7j3k,b=2i+4k . Tìm tọa độ các vectơ a,b .

b) OM=4ij+3k,ON=8i5j . Tìm tọa độ điểm M, N.

Lời giải:

a) a=5;7;3,b=2;0;4.

b) M=4;1;3,N8;5;0 .

Bài 2 trang 56 Toán 12 Tập 1: Trong không gian Oxyz, biết:

a) a=2;5;7, b=4;0;1. Tính a,b theo các vectơ i,j,k .

b) A7;2;1,B0;5;0 . Tính OA,OB theo các vectơ i,j,k .

Lời giải:

a) a=2i+5j7k, b=4i+k .

b) A7;2;1OA=7i2j+k,B0;5;0OB=5j.

Bài 3 trang 56 Toán 12 Tập 1: Cho tứ diện SABC có ABC là tam giác vuông tại B, BC = 3, BA = 2, SA vuông góc với mặt phẳng (ABC) và có độ dài bằng 2 (Hình 13).

a) Xác định một hệ tọa độ dựa trên gợi ý của hình vẽ và chỉ ra các vectơ đơn vị trên các trục tọa độ.

b) Tìm tọa độ các điểm A, B, C, S.

Bài 3 trang 56 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Lời giải:

a)

Bài 3 trang 56 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Các vectơ đơn vị trên ba trục Ox, Oy, Oz lần lượt là i,j,kvới độ dài của i,j,k lần lượt bằng 13BC,12BA,12SA.

b) Vì B trùng với gốc tọa độ nên B(0; 0; 0).

 j BA cùng hướng và BA = 2 nên BA=2j. Suy ra A(0; 2; 0).

 i BC cùng hướng và BC = 3 nên BC=3i. Suy ra C(3; 0; 0).

Gọi E là hình chiếu của S lên trục Oz.

Ta có BE = AS = 2.

 k BE cùng hướng và BE = 2 nên BE=2k.

Theo quy tắc hình bình hành ta có:

BS=BA+BE=2j+2k. Suy ra S(0; 2; 2).

Bài 4 trang 57 Toán 12 Tập 1: Cho hình chóp S.ABC có đáy ABC là tam giác đều cạnh bằng 2, SA vuông góc với đáy và SA bằng 1 (Hình 14). Thiết lập hệ tọa độ như hình vẽ, hãy vẽ các vectơ đơn vị trên các trục Ox, Oy, Oz và tìm tọa độ của các điểm A, B, C, S.

Bài 4 trang 57 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Lời giải:

Bài 4 trang 57 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Các vectơ đơn vị trên các trục Ox, Oy, Oz lần lượt là i=OC,j=OE,k=OH với E là điểm thuộc tia Oy sao cho OE = 1 và H là điểm thuộc tia Oz sao cho OH = 1.

 ABC đều và AO  BC nên O là trung điểm của BC.

Mà BC = 2 nên OB = OC = 1 và OA=3.

 OB  i ngược hướng và OB = 1 nên OB=i. Suy ra B(−1; 0; 0).

 OC  i cùng hướng và OC = 1 nên OC=i. Suy ra C(1; 0; 0).

 OA  j cùng hướng và OA=3 nên OA=3j. Suy ra A0;3;0.

Theo quy tắc hình bình hành, ta có OS=OA+OH=3j+k. Suy ra S0;3;1.

Bài 5 trang 57 Toán 12 Tập 1: Trong không gian Oxyz, cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình thoi cạnh bằng 5, giao điểm hai đường chéo AC và BD trùng với gốc O. Các vectơ OB,OC,OS lần lượt cùng hướng với i,j,k và OA=OS=4 (Hình 15). Tìm tọa độ các vectơ AB,AC,AS  AM  với M là trung điểm của cạnh SC.

Bài 5 trang 57 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Lời giải:

Vì ABCD là hình thoi cạnh bằng 5, O là giao điểm của AC và BD nên O là trung điểm của AC và BD.

Xét OAB vuông tại O, có OB=AB2OA2=2516=3.

 OB  icùng hướng và OB = 3 nên OB=3i.

 OA  jcùng hướng và OA = 4 nên OA=4j.

Ta có AB=OBOA=3i+4j. Do đó AB=3;4;0.

Có AC = 2OA = 8 mà AC  jcùng hướng nên AC=8j. Do đó AC=0;8;0.

 OS  kcùng hướng và OS = 4 nên OS=4k.

 SB=OBOS=3i4k. Do đó SB=3;0;4.

Lại có AS=AB+BS=3i+4j3i4k=4j+4k. Do đó AS=0;4;4.

Vì M là trung điểm của SC nên AM=12AS+AC =124j+4k+8j=6j+2k.

Do đó AM=0;6;2.

Bài 6 trang 57 Toán 12 Tập 1: Một chiếc xe đang kéo căng sợi dây cáp AB trong công trường xây dựng, trên đó đã thiết lập hệ tọa độ Oxyz như Hình 16 với độ dài đơn vị trên các trục tọa độ bằng 1 m. Tìm tọa độ của vectơ AB.

Bài 6 trang 57 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Lời giải:

 OA  k cùng hướng và OA = 10 nên OA=10k.

Xét OBH vuông tại H, có BH = OB.sin30° = 7,5 m.

OH = OB.cos30° = 1532m.

 OH  j cùng hướng và OH=1532nên OH=1532j.

Có BH = OK = 7,5.

 OK  i cùng hướng và OK = 7,5 nên OK=7,5i.

 AB=OBOA=OH+OKOA=7,5i+1532j10k

Vậy AB=7,5;1532;10 .

Bài 7 trang 57 Toán 12 Tập 1: Ở một sân bay, vị trí của máy bay được xác định bởi điểm M trong không gian Oxyz như Hình 17. Gọi H là hình chiếu vuông góc của M xuống mặt phẳng (Oxy). Cho biết OM = 50, i,OH=64°, OH,OM=48°. Tìm tọa độ của điểm M.

Bài 7 trang 57 Toán 12 Tập 1 Chân trời sáng tạo | Giải Toán 12

Lời giải:

Giả sử M(x; y; z).

H  (Oxy)  H(x; y; 0).

Vì OBHA là hình bình hành nên BH = OA.

Vì OCMH là hình bình hành nên OC = MH.

Xét MHO vuông tại H, có OH = OM.cos48° = 50. cos48° ≈ 33,46.

MH = OM.sin48° = 50. sin48° ≈ 37,16.

Xét OAH vuông tại A, có BH = OA = OH.cos64° = 33,46. cos64° ≈ 14,67.

Xét OBH vuông tại B, có OB=OH2BH2=33,46214,67230,07 .

 OA  i cùng hướng và OA = 14,67 nên OA=14,67i .

 OB  j cùng hướng và OB = 30,07 nên OB=30,07j .

 OC  k cùng hướng và OC = 37,16 nên OC=37,16k .

Áp dụng quy tắc hình bình hành, ta có:

OM=OH+OC=OA+OB+OC=14,67i+30,07j+27,16k

Vậy M(14,67; 30,07; 27,16).

Xem thêm các bài giải bài tập Toán lớp 12 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 1. Vectơ và các phép toán trong không gian

Bài 2. Toạ độ của vectơ trong không gian

Bài 3. Biểu thức toạ độ của các phép toán vectơ

Bài tập cuối chương II

Bài 1. Khoảng biến thiên và khoảng tử phân vị của mẫu số liệu ghép nhóm

Bài 2. Phương sai và độ lệch chuẩn của mẫu số liệu ghép nhóm

Lý thuyết Toạ độ của vectơ trong không gian

1. Hệ trục tọa độ trong không gian

Trong không gian, cho ba trục Ox, Oy, Oz đôi một vuông góc. Gọi i,j,k lần lượt là ba vecto đơn vị trên các trục Ox, Oy, Oz. Hệ ba trục như vậy được gọi là hệ trục tọa độ Descartes vuông góc Oxyz, hay đơn giản gọi là hệ tọa độ Oxyz. 

2. Tọa độ của điểm và vecto

a) Tọa độ của điểm

Trong không gian Oxyz, cho điểm M. NếuOM=xi+yj+zkthì ta gọi bộ ba số (x;y;z) là tọa độ điểm M đối với hệ trục tọa độ Oxyz và viết M = (x;y;z) hoặc M (x;y;z); x là hoành độ, y là tung độ, z là cao độ của điểm M.

b) Tọa độ của vecto

Trong không gian Oxyz, cho a. Nếu a=a1i+a2j+a3k thì ta gọi bộ ba số (a1;a2;a3) là tọa độ của a đối với hệ tọa độ Oxyz và viết a=(a1;a2;a3) hoặc a(a1;a2;a3).

Ví dụ: Trong không gian Oxyz, cho hình lăng trụ tam giác ABC.A’B’C có A(1;0;2), B(3;2;5), C(7;-3;9)

a) Tìm tọa độ của AA.

b) Tìm tọa độ của các điểm B’, C’.

Lời giải

a) Ta có: AA=(xAxA;yAyA;zAzA)=(4;0;1).

b) Gọi tọa độ của điểm B’ là (x,y,z) thì BB = (x - 3; y - 2; z - 5). Vì ABC.A’B’C’ là hình lăng trụ nên ABB’A’ là hình bình hành, suy ra AA = BB.

Do đó {x3=4y2=0z5=1 hay x = 7, y = 2, z = 4.

Vậy B’(7;2;4).

Lập luận tương tự suy ra C’ (11;-3;8).

Đánh giá

0

0 đánh giá