Bài 2. PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG THẲNG

1. Véctơ chỉ phương của đường thẳng



Vectơ \(\overrightarrow{u}\) khác \(\overrightarrow{0}\) có giá song song hoặc trùng với đường thẳng \(d\) được gọi là vectơ chỉ phương của \(d\).

Image



2. Phương trình tham số và chính tắc của đường thẳng



Phương trình của đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M(x_0;y_0;z_0)\) và có véctơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}=(a;b;c)\)

Image


\(\bullet\quad\) Viết thep dạng tham số

\[\begin{cases}x=x_0+at\\ y=y_0+bt\\ z=z_0+ct.\end{cases}\]

\(\bullet\quad\) Viết theo dạng chính tắc

\[\dfrac{x-x_0}{a}=\dfrac{y-y_0}{b}=\dfrac{z-z_0}{c}.\]

<


3. Vị trí tương đối của hai đường thẳng. Điều kiện để hai đường thẳng vuông góc


Cho hai đường thẳng

\[d\colon \begin{cases}x=x_1+a_1t\\ y=y_1+b_1t\\ z=z_1+c_1t.\end{cases}\quad \text{và}\quad \Delta\colon \begin{cases}x=x_2+a_2s\\ y=y_2+b_2s\\ z=z_2+c_2s.\end{cases}\]

Ta có \(M(x_1;y_1;z_1)\in d\), \(\overrightarrow{u}_d=(a_1;b_1;c_1)\)\(N(x_2;y_2;z_2)\in \Delta\), \(\overrightarrow{u}_{\Delta}=(a_2;b_2;c_2)\).


Nếu \(\overrightarrow{u}_d\)\(\overrightarrow{u}_{\Delta}\) cùng phương, cách kiểm chứng:

\[\left[\overrightarrow{u}_d,\overrightarrow{u}_{\Delta}\right]=\overrightarrow{0}\quad \text{hoặc}\quad \dfrac{a_1}{a_2}=\dfrac{b_1}{b_2}=\dfrac{c_1}{c_2},\]

thì \(d\) song song hoặc trùng với \(\Delta\).

Image


+ Nếu \(M\in\Delta\) thì \(d\equiv\Delta\).

+ Nếu \(M\not\in\Delta\) thì \(d\parallel\Delta\).



Nếu \(\overrightarrow{u}_d\)\(\overrightarrow{u}_{\Delta}\) không cùng phương, cách kiểm chứng: \(\left[\overrightarrow{u}_d,\overrightarrow{u}_{\Delta}\right]\neq\overrightarrow{0}\), thì \(d\) cắt hoặc chéo nhau với \(\Delta\).

Để loại trừ, ta lập hệ phương trình

\[\begin{cases}x_1+a_1t=x_2+a_2s\\ y_1+b_1t=y_2+b_2s\\ z_1+c_1t=z_2+c_2s.\end{cases}\]

Nếu hệ có nghiệm duy nhất \((t;s)\) thì \(d\) cắt \(\Delta\). Ngược lại, \(d\) chéo nhau với \(\Delta\).


Chú ý:<\strong>

\[d\perp\Delta\Leftrightarrow \overrightarrow{u}_d\cdot\overrightarrow{u}_{\Delta}=0\Leftrightarrow a_1a_2+b_1b_2+c_1c_2=0.\]



3. Góc giữa hai đường thẳng


Image


Giả sử \(\overrightarrow{u}_a=(a_1;b_1;c_1)\)\(\overrightarrow{v}_b=(a_2;b_2;c_2)\).

Khi đó góc \(\varphi=\left(a,b\right)\) được tính theo công thức

\begin{eqnarray*}\cos\varphi&=&\left|\cos(\overrightarrow{u},\overrightarrow{v})\right|=\dfrac{|\overrightarrow{u}\cdot\overrightarrow{v}|}{|\overrightarrow{u}|\cdot |\overrightarrow{v}|}\\ &=&\dfrac{|a_1a_2+b_1b_2+c_1c_2|}{\sqrt{a_1^2+b_1^2+c_1^2}\cdot\sqrt{a_2^2+b_2^2+c_2^2}}.\end{eqnarray*}


4. Góc giữa đường thẳng và mặt phẳng


Image


Giả sử \(\overrightarrow{u}_d=(a;b;c)\)\(\overrightarrow{n}_P=(A;B;C)\).

Khi đó góc \(\varphi=\left(d,(P)\right)\) được tính theo công thức

\begin{eqnarray*}\sin\varphi&=&\left|\cos(\overrightarrow{u},\overrightarrow{n})\right|=\dfrac{\left|\overrightarrow{u}\cdot\overrightarrow{n}\right|}{\left|\overrightarrow{u}\right|\cdot\left|\overrightarrow{n}\right|}\\ &=&\dfrac{|aA+bB+cC|}{\sqrt{a^2+b^2+c^2}\cdot\sqrt{A^2+B^2+C^2}}.\end{eqnarray*}


5. Góc giữa hai mặt phẳng


Image


Giả sử \(\overrightarrow{n}_1=(A_1;B_1;C_1)\)\(\overrightarrow{n}_2=(A_2;B_2;C_2)\).

Khi đó góc \(\varphi=\left((P),(Q)\right)\) được tính theo công thức

\begin{eqnarray*}\cos\varphi&=&\left|\cos(\overrightarrow{n}_1,\overrightarrow{n}_2)\right|=\dfrac{\left|\overrightarrow{n}_1\cdot\overrightarrow{n}_2\right|}{\left|\overrightarrow{n}_1\right|\cdot\left|\overrightarrow{n}_2\right|}\\ &=&\dfrac{\left|A_1A_2+B_1B_2+C_1C_2\right|}{\sqrt{A_1^2+B_1^2+C_1^2}\cdot \sqrt{A_2^2+B_2^2+C_2^2}}.\end{eqnarray*}

Câu 1:

Trong không gian Oxyz, cho đường thẳng \(\Delta: \dfrac{x-1}{2}=\dfrac{y}{3}=\dfrac{z+2}{1}\). Hãy chỉ ra một điểm thuộc \(\Delta\) và một vectơ chỉ phương của \(\Delta\).

Đường thẳng \(\Delta\) có phương trình \(\dfrac{x-1}{2}=\frac{y-0}{3}=\dfrac{z-(-2)}{1}\) nên điểm \(A(1 ; 0 ;-2)\) thuộc \(\Delta\)\(\overrightarrow{u}=(2 ; 3 ; 1)\) là một vectơ chỉ phương của \(\Delta\).

Câu 2:

Cho đường thẳng \(d\) có phương trình tham số \(\left\{ \begin{array}{l}x=-1+8t\\y=-4t\\z=3+12t.\end{array}\right.\)

a) Tìm ba vectơ chỉ phương của \(d\).

b) Tìm các điểm trên \(d\) ứng với \(t\) lần lượt bằng \(-1;0;1\).

a) Ba vectơ chỉ phương của \(d\) lần lượt là \(\left(8;-4;12\right)\), \(\left(4;-2;6\right)\), \(\left(2;-1;3\right)\).

b) Thay \(t=-1\) vào phương trình tham số của \(d\) ta được

\(\left\{ \begin{array}{l}x=-1+8\cdot (-1)\\y=-4\cdot (-1)\\z=3+12\cdot (-1)\end{array}\right.\) hay \(\left\{ \begin{array}{l}x=-9\\y=4\\z=-9.\end{array}\right.\)

Vậy \(A=\left( -9;4;-9\right)\).

Tương tự, với \(t=0\) thì \(B\left( -1;0;3\right)\), với \(t=1\) thì \(C\left( 7;-4;15\right)\).

Câu 3:

Cho đường thẳng \(d\) có phương trình tham số \(\left\{\begin{array}{l}x=-2+6t\\y=11+2t\\z=4t\end{array}\right. \left(t\in \mathbb{R}\right)\).

a) Tìm hai vectơ chỉ phương của \(d\).

b) Tìm các điểm trên \(d\) ứng với \(t\) lần lượt bằng \(0;2;-3\).

a) Từ phương trình tham số, ta có \(\overrightarrow{a}=\left( 6;2;4 \right)\) là một vectơ chỉ phương của \(d\).

Chọn \(\overrightarrow{b}=\displaystyle\frac{1}{2}\overrightarrow{a}=\left( 3;1;2 \right)\), ta có \(\overrightarrow{b}\) cũng là một vectơ chỉ phương của \(d\).

b) Thay \(t=0\) vào phương trình tham số của \(d\), ta được:

\(\left\{\begin{array}{l}x=-2+6 \cdot 0\\y= 11+2 \cdot 0\\z=4 \cdot 0\end{array}\right.\) hay \(\left\{\begin{array}{l}x=-2\\y= 11\\z=0.\end{array}\right.\)

Vậy \(A\left( -2;11;0 \right)\).

Tương tự, với \(t=2\) thì \(B\left( 10;15;8 \right)\), với \(t=-3\) thì \(C\left( -20;5;-12 \right)\).

Câu 4:

Trong không gian \(Oxyz\), cho hình lăng trụ tam giác \(ABC. A^\prime B^\prime C^\prime \) với \(A\left( 1;2;1 \right),B\left( 7;5;3 \right)\), \(C\left( 4;2;0 \right), A^\prime \left( 4;9;9 \right)\). Tìm toạ độ một vectơ chỉ phương của mỗi đường thẳng \(AB, A^\prime C^\prime \)\(B B^\prime \).

Một vectơ chỉ phương của \(AB\)\(\overrightarrow{AB}=\left(6;3;2\right)\).

Một vectơ chỉ phương của \(A'C'\)\(\overrightarrow{A'C'}=\overrightarrow{AC}=\left(3;0;-1\right)\).

Một vectơ chỉ phương của \(BB'\)\(\overrightarrow{BB'}=\overrightarrow{AA'}=\left(3;7;8\right)\).

Câu 5:

Trong không gian \(Oxyz\), cho hình chóp \(O.ABC\)\(A\left( 2;0;0 \right),B\left( 0;4;0 \right)\)\(C\left( 0;0;7 \right)\).

a) Tìm tọa độ một vectơ chỉ phương của đường thẳng \(AB\), \(AC\).

b) Vectơ \(\overrightarrow{v}=\left( -1;2;0\right)\) có là vectơ chỉ phương của đường thẳng \(AB\) không?

a) Ta có \(\overrightarrow{AB}=\left( -2;4;0 \right)\) là một vectơ chỉ phương của đường thẳng \(AB\); \(\overrightarrow{AC}=\left( -2;0;7 \right)\) là một vectơ chỉ phương của đường thẳng \(AC\).

b) Vì \(\overrightarrow{v}=\left( -1;2;0 \right)=\displaystyle\frac{1}{2}\overrightarrow{AB}\) nên \(\overrightarrow{v}\) là một vectơ chỉ phương của đường thẳng \(AB\).

Câu 6:

Cho đường thẳng \(\Delta\) có phương trình tham số \(\begin{cases}x=1-t\\ y=3+2t\\z=-1+3t\end{cases}\) (\(t\) là tham số).

a) Chỉ ra tọa độ hai điểm thuộc đường thẳng \(\Delta\).

b) Điểm nào trong các điểm \(C(6;-7;-16)\), \(D(-3;11;-11)\) thuộc đường thẳng \(\Delta\)?

a) Với \(t=0\), ta có \(x=1\); \(y=3\); \(z=-1\). Suy ra \(A(1;3;-1)\in\Delta\).

Với \(t=1\), ta có \(x=0\); \(y=5\); \(z=2\). Suy ra \(B(0;5;2)\in\Delta\).

b) Thay tọa độ điểm \(C(6;-7;-16)\) vào phương trình tham số của \(\Delta\) ta có

\(\begin{cases}6=1-t\\-7=3+2t\\-16=-1+3t\end{cases}\Leftrightarrow\begin{cases}t=-5\\t=-5\\t=-5\end{cases}\Leftrightarrow t=-5.\)

Vậy điểm \(C\in\Delta\).

Thay tọa độ điểm \(D(-3;11;-11)\) vào phương trình tham số của \(\Delta\) ta có

\(\begin{cases}-3=1-t\\11=3+2t\\-11=-1+3t\end{cases}\Leftrightarrow\begin{cases}t=4\\t=4\\t=-\displaystyle\frac{10}{3}\end{cases}\Leftrightarrow t\in\varnothing.\)

Vậy điểm \(D\notin\Delta\).

Câu 7:

Cho hai đường thẳng \(\Delta_1: \displaystyle\frac{x-1}{3}=\displaystyle\frac{y}{2}=\displaystyle\frac{z+1}{1}, \Delta_2: \displaystyle\frac{x}{-1}=\displaystyle\frac{y-2}{2}=\displaystyle\frac{z-3}{-1}.\)

Chứng minh rằng \(\Delta_1 \perp \Delta_2\).

Đường thẳng \(\Delta_1\)\(\Delta_2\) có véc-tơ chỉ phương lẩn lượt là \(\overrightarrow{u}_1=(3 ; 2 ; 1), \overrightarrow{u}_2=(-1 ; 2 ;-1)\).

Ta có \(\overrightarrow{u}_1 \cdot \overrightarrow{u}_2=3 \cdot(-1)+2 \cdot 2+1 \cdot(-1)=0\).

Suy ra \(\Delta_1 \perp \Delta_2\).

Câu 8:

Kiểm tra tính vuông góc của các cặp đường thẳng sau

a) \(d\colon \displaystyle\frac{x-2}{3}=\displaystyle\frac{y-1}{5}=\displaystyle\frac{z-3}{1}\)\(d'\colon\begin{cases} x=-2+t\\y=7+t\\z=9-8t; \end{cases}\)

b) \(d\colon\displaystyle\frac{x-2}{3}=\displaystyle\frac{y-1}{5}=\displaystyle\frac{z-3}{1}\)\(d'\colon\displaystyle\frac{x+2}{2}=\displaystyle\frac{y-7}{1}=\displaystyle\frac{z-9}{1}\).

a) \(d\)\(d'\) có vectơ chỉ phương lần lượt là \(\overrightarrow{a}=(3;5;1)\)\(\overrightarrow{a}'=(1;1;-8)\).

Ta có \(\overrightarrow{a}\cdot\overrightarrow{a}'=3+5-8=0\). Vậy \(d\)\(d'\) vuông góc với nhau.

b) \(d\)\(d'\) có vectơ chỉ phương lần lượt là \(\overrightarrow{a}=(3;5;1)\)\(\overrightarrow{a}'=(2;1;1)\).

Ta có \(\overrightarrow{a}\cdot\overrightarrow{a}'=6+5+1\ne 0\). Vậy \(d\)\(d'\) không vuông góc với nhau.

Câu 9:

Kiểm tra tính vuông góc của các cặp đường thẳng sau

a) \(d\colon\displaystyle\frac{x}{1}=\displaystyle\frac{y+1}{-3}=\displaystyle\frac{z}{1}\)\(d'\colon\begin{cases} x=-2+t\\y=t\\z=-6+2t; \end{cases}\)

b) \(d\colon\displaystyle\frac{x+2}{7}=\displaystyle\frac{y+1}{3}=\displaystyle\frac{z+1}{1}\)\(d'\colon\displaystyle\frac{x+2}{2}=\displaystyle\frac{y-5}{2}=\displaystyle\frac{z-5}{2}\).

a) \(d\)\(d'\) có vectơ chỉ phương lần lượt là \(\overrightarrow{a}=(1;-3;1)\)\(\overrightarrow{a}'=(1;1;2)\).

Ta có \(\overrightarrow{a}\cdot\overrightarrow{a}'=1\cdot 1+(-3)\cdot 1+1\cdot 2=0\). Vậy \(d\)\(d'\) vuông góc với nhau.

b) \(d\)\(d'\) có vectơ chỉ phương lần lượt là \(\overrightarrow{a}=(7;3;1)\)\(\overrightarrow{a}'=(2;2;2)\).

Ta có \(\overrightarrow{a}\cdot\overrightarrow{a}'=7\cdot 2+3\cdot 2+1\cdot 2=22\ne 0\). Vậy \(d\)\(d'\) không vuông góc với nhau.

Câu 10:

Tính góc giữa hai đường thẳng \(d\)\(d'\) trong mỗi trường hợp sau

a) \(d\colon\displaystyle\frac{x-1}{1}=\displaystyle\frac{y+2}{2}=\displaystyle\frac{z-1}{1}\)\(d'\colon\displaystyle\frac{x-1}{1}=\displaystyle\frac{y+2}{1}=\displaystyle\frac{z-1}{2}\);

b) \(d\colon\displaystyle\frac{x+2}{1}=\displaystyle\frac{y+4}{2}=\displaystyle\frac{z+1}{2}\)\(d'\colon\begin{cases} x=2-2t\\y=2-2t\\z=1+t; \end{cases}\)

c) \(d\colon\begin{cases} x=1+t\\y=-1+2t\\z=-2-t \end{cases}\)\(d'\colon\begin{cases} x=2+2t'\\y=3+4t'\\z=10t'.\end{cases}\)

a) \(d\)\(d'\) có vectơ chỉ phương lần lượt là \(\overrightarrow{a}=(1;2;1)\)\(\overrightarrow{a}'=(1;1;2)\).

Ta có \(\cos (d,d')=\displaystyle\frac{\left |1\cdot 1+2\cdot 1+1\cdot 2 \right |}{\sqrt{1^2+2^2+1^2}\cdot\sqrt{1^2+1^2+2^2}}=\displaystyle\frac{5}{6}\).

Suy ra \((d,d')\approx 33^{\circ}33'\).

b) \(d\)\(d'\) có vectơ chỉ phương lần lượt là \(\overrightarrow{a}=(1;2;2)\)\(\overrightarrow{a}'=(-2;-2;1)\).

Ta có \(\cos (d,d')=\displaystyle\frac{\left |1\cdot (-2)+2\cdot (-2)+2\cdot 1 \right |}{\sqrt{1^2+2^2+2^2}\cdot\sqrt{(-2)^2+(-2)^2+1^2}}=\displaystyle\frac{4}{9}\).

Suy ra \((d,d')\approx 63^{\circ}36'\).

c) \(d\)\(d'\) có vectơ chỉ phương lần lượt là \(\overrightarrow{a}=(1;2;-1)\)\(\overrightarrow{a}'=(2;4;10)\).

Ta có \(\cos (d,d')=\displaystyle\frac{\left |1\cdot 2+2\cdot 4+(-1)\cdot 10 \right |}{\sqrt{1^2+2^2+(-1)^2}\cdot\sqrt{2^2+4^2+10^2}}=0\).

Suy ra \((d,d')=90^{\circ}\).

Câu 11:

Tính góc giữa đường thẳng \(d\) và mặt phẳng \((P)\) trong mỗi trường hợp sau

a) \(d\colon\begin{cases} x=11+3t\\y=-11+t\\z=-21-2t\end{cases}\)\((P)\colon 6x+2y-4z+7=0\);

b) \(d\colon\displaystyle\frac{x-3}{2}=\displaystyle\frac{y+4}{4}=\displaystyle\frac{z-5}{2}\)\((P)\colon 2x+2y-4z+1=0\);

c) \(d\colon \displaystyle\frac{x+3}{4}=\displaystyle\frac{y+5}{4}=\displaystyle\frac{z+11}{2}\)\((P)\colon 2y-4z+7=0\).

a) Đường thẳng \(d\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(3;1;-2)\). Mặt phẳng \((P)\) có vectơ pháp tuyến \(\overrightarrow{n}=(6;2;-4)\).

Ta có \(\sin (d,(P))=\displaystyle\frac{\left |3\cdot 6+1\cdot 2+(-2)\cdot (-4) \right |}{\sqrt{3^2+1^2+(-2)^2}\cdot\sqrt{6^2+2^2+(-4)^2}}=1\).

Suy ra \((d,(P))=90^{\circ}\).

b) Đường thẳng \(d\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(2;4;2)\). Mặt phẳng \((P)\) có vectơ pháp tuyến \(\overrightarrow{n}=(2;2;-4)\).

Ta có \(\sin (d,(P))=\displaystyle\frac{\left |2\cdot 2+4\cdot 2+2\cdot (-4) \right |}{\sqrt{2^2+4^2+2^2}\cdot\sqrt{2^2+2^2+(-4)^2}}=\displaystyle\frac{1}{6}\).

Suy ra \((d,(P))\approx 9^{\circ}36'\).

c) Đường thẳng \(d\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(4;4;2)\). Mặt phẳng \((P)\) có vectơ pháp tuyến \(\overrightarrow{n}=(0;2;-4)\).

Ta có \(\sin (d,(P))=\displaystyle\frac{\left |4\cdot 0+4\cdot 2+2\cdot (-4) \right |}{\sqrt{4^2+4^2+2^2}\cdot\sqrt{0^2+2^2+(-4)^2}}=0\).

Suy ra \((d,(P))=0^{\circ}\).

Câu 12:

Tính góc giữa hai đường thẳng \(d\colon\displaystyle\frac{x-3}{2}=\displaystyle\frac{y+5}{4}=\displaystyle\frac{z-7}{2}\)\(d'\colon\displaystyle\frac{x-1}{3}=\displaystyle\frac{y+7}{3}=\displaystyle\frac{z-12}{6}\).

\(d\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(2;4;2)\)\(d'\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}'=(3;3;6)\).

Ta có \(\cos (d,d')=\displaystyle\frac{|2\cdot 3+4\cdot 3+2\cdot 6|}{\sqrt{2^2+4^2+2^2}\cdot\sqrt{3^2+3^2+6^2}}=\displaystyle\frac{5}{6}\).

Suy ra \((d,d')\approx 33^{\circ}33'\).

Câu 13:

Tính góc giữa đường thẳng \(d\colon\displaystyle\frac{x+2}{2}=\displaystyle\frac{y+2}{2}=\displaystyle\frac{z-1}{1}\) và mặt phẳng \((P)\colon 3y-3z+1=0\).

Đường thẳng \(d\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(2;2;1)\).

Mặt phẳng \((P)\) có vectơ pháp tuyến \(\overrightarrow{n}=(0;3;-3)\).

Ta có \(\sin (d,(P))=\displaystyle\frac{\left |2\cdot 0+2\cdot 3+1\cdot (-3) \right |}{\sqrt{2^2+2^2+1^2}\cdot\sqrt{0^2+3^2+(-3)^2}}=\displaystyle\frac{\sqrt{2}}{6}\).

Suy ra \(\left (d,(P) \right )\approx 13^{\circ}38'\).

Câu 14:

Cho mặt phẳng \((P)\) có véc-tơ pháp tuyến \(\overrightarrow{n}=(1 ; 2 ; 2)\) và đường thẳng \(\Delta\) có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}=(2 ; 2 ;-1)\). Tính sin của góc giữa đường thẳng \(\Delta\) và mặt phẳng \((P)\). Góc giữa đường thẳng \(\Delta\) và mặt phẳng \((P)\) bằng bao nhiêu độ (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị)?

Ta có

\(\sin (\Delta,(P))=\displaystyle\frac{|1 \cdot 2+2 \cdot 2+2 \cdot(-1)|}{\sqrt{1^2+2^2+2^2} \cdot \sqrt{2^2+2^2+(-1)^2}}=\displaystyle\frac{4}{9}\).

Suy ra \((\Delta,(P)) \approx 26^{\circ}\).

Câu 15:

Tính góc giữa hai đường thẳng \(\Delta_1, \Delta_2\) biết:

\(\Delta_1:\begin{cases}x=1+t_1\\y=2-\sqrt{3} t_1\\z=3\end{cases}\)\(\Delta_2:\begin{cases}x=4-\sqrt{3} t_2\\ y=5+t_2\\ z=6\end{cases}\) (\(t_1, t_2\) là tham số).

Hai đường thẳng \(\Delta_1\)\(\Delta_2\) có véc-tơ chỉ phương lần lượt là \(\overrightarrow{u}_1=(1;-\sqrt{3}; 0)\), \(\overrightarrow{u}_2=(-\sqrt{3}; 1; 0)\).

Ta có:

\(\cos \left(\Delta_1, \Delta_2\right)=\frac{|1\cdot(-\sqrt{3})+(-\sqrt{3}) \cdot 1+0\cdot 0|}{\sqrt{1^2+(-\sqrt{3})^2+0^2} \cdot \sqrt{(-\sqrt{3})^2+1^2+0^2}}=\frac{2\sqrt{3}}{4}=\frac{\sqrt{3}}{2}.\)

Suy ra \(\left(\Delta_1, \Delta_2\right)=30^{\circ}\).

}

Câu 16:

Trong không gian \(Oxyz\), tính góc giữa hai đường thẳng \(\Delta:\begin{cases}x=1+t \\y=-1+t \\z=3\end{cases}\)\(\Delta':\begin{cases}x=1+2s \\y=-2+2s \\z=4+s.\end{cases}\)

Hai đường thẳng \(\Delta\)\(\Delta'\) tương ứng có các vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}=(1; 1; 0), \overrightarrow{u'}=(2; 2; 1)\).

Khi đó

\(\cos \left(\Delta, \Delta'\right)=\left|\cos \left(\overrightarrow{u}, \overrightarrow{u}'\right)\right|=\displaystyle\frac{|1 \cdot 2+1 \cdot 2+0 \cdot 1|}{\sqrt{1^2+1^2+0^2} \cdot \sqrt{2^2+2^2+1^2}}=\displaystyle\frac{2 \sqrt{2}}{3}.\)

Vậy \(\left(\Delta, \Delta'\right) \approx 19{,}5^\circ\).

Câu 17:

Tính góc giữa hai đường thẳng \(\Delta_1\), \(\Delta_2\) trong mỗi trường hợp sau (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị của độ):

a) \(\Delta_1\colon\begin{cases}x=-1+t_1\\y=4+\sqrt{3}t_1\\z=0\end{cases}\)\(\Delta_2\colon\begin{cases}x=-1+\sqrt{3}t_2\\y=4+t_2\\z=5\end{cases}\) (\(t_1\), \(t_2\) là tham số);

b) \(\Delta_1\colon\begin{cases}x=-1+2t\\y=3+t\\z=4-t\end{cases}\) (\(t\) là tham số) và \(\Delta_2\colon\displaystyle\frac{x+1}{3}=\displaystyle\frac{y-1}{1}=\displaystyle\frac{z-4}{-2}\);

c) \(\Delta_1\colon\displaystyle\frac{x+3}{1}=\displaystyle\frac{y-2}{1}=\displaystyle\frac{z-1}{-1}\)\(\Delta_2\colon\displaystyle\frac{x+2}{-1}=\displaystyle\frac{y-2}{3}=\displaystyle\frac{z-4}{1}\).

a) \(\Delta_1\), \(\Delta_2\) lần lượt có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_1=\left(1;\sqrt{3};0\right)\)\(\overrightarrow{u}_2=\left(\sqrt{3};1;0\right)\).

Ta có \(\cos\left(\Delta_1,\Delta_2\right)=\displaystyle\frac{\left|\overrightarrow{u}_1\cdot\overrightarrow{u}_2\right|}{\left|\overrightarrow{u}_1\right|\cdot\left|\overrightarrow{u}_2\right|}=\displaystyle\frac{\left|1\cdot\sqrt{3}+\sqrt{3}\cdot1+0\cdot0\right|}{\sqrt{1^2+\left(\sqrt{3}\right)^2+0^2}\cdot\sqrt{\left(\sqrt{3}\right)^2+1^2+0^2}}=\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2}\).

Vậy \(\left(\Delta_1,\Delta_2\right)=30^\circ\).

b) \(\Delta_1\), \(\Delta_2\) lần lượt có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_1=(2;1;-1)\)\(\overrightarrow{u}_2=(3;1;-2)\).

Ta có \(\cos\left(\Delta_1,\Delta_2\right)=\displaystyle\frac{\left|\overrightarrow{u}_1\cdot\overrightarrow{u}_2\right|}{\left|\overrightarrow{u}_1\right|\cdot\left|\overrightarrow{u}_2\right|}=\displaystyle\frac{|2\cdot3+1\cdot1+(-1)\cdot(-2)|}{\sqrt{2^2+1^2+(-1)^2}\cdot\sqrt{3^2+1^2+(-2)^2}}=\displaystyle\frac{3\sqrt{21}}{14}\).

Vậy \(\left(\Delta_1,\Delta_2\right)\approx11^\circ\).

c) \(\Delta_1\), \(\Delta_2\) lần lượt có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_1=(1;1;-1)\)\(\overrightarrow{u}_2=(-1;3;1)\).

Ta có \(\cos\left(\Delta_1,\Delta_2\right)=\displaystyle\frac{\left|\overrightarrow{u}_1\cdot\overrightarrow{u}_2\right|}{\left|\overrightarrow{u}_1\right|\cdot\left|\overrightarrow{u}_2\right|}=\displaystyle\frac{|1\cdot(-1)+1\cdot3+(-1)\cdot1|}{\sqrt{1^2+1^2+(-1)^2}\cdot\sqrt{(-1)^2+3^2+1^2}}=\displaystyle\frac{\sqrt{33}}{33}\).

Vậy \(\left(\Delta_1,\Delta_2\right)\approx80^\circ\).

Câu 18:

Tính góc giữa đường thẳng \(\Delta\) và mặt phẳng \((P)\) trong mỗi trường hợp sau (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị của độ):

a) \(\Delta\colon\begin{cases}x=1+\sqrt{3}t\\y=2\\z=3+t\end{cases}\) (\(t\) là tham số) và \((P)\colon\sqrt{3}x+z-2=0\);

b) \(\Delta\colon\begin{cases}x=1+t\\y=2-t\\z=3+t\end{cases}\) (\(t\) là tham số) và \((P)\colon x+y+z-4=0\);

a) \(\Delta\) có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}=\left(\sqrt{3};0;1\right)\)\((P)\) có véc-tơ pháp tuyến \(\overrightarrow{n}=\left(\sqrt{3};0;1\right)\).

Ta có \(\overrightarrow{u}\) cùng phương với \(\overrightarrow{n}\) nên \(\Delta\perp(P)\).

Vậy \(\left(\Delta,(P)\right)=90^\circ\).

b) \(\Delta\) có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}=(1;-1;1)\)\((P)\) có véc-tơ pháp tuyến \(\overrightarrow{n}=(1;1;1)\).

Ta có \(\sin\left(\Delta,(P)\right)=\displaystyle\frac{\left|\overrightarrow{u}\cdot\overrightarrow{n}\right|}{\left|\overrightarrow{u}\right|\cdot\left|\overrightarrow{n}\right|}=\displaystyle\frac{|1\cdot1+(-1)\cdot1+1\cdot1|}{\sqrt{1^2+(-1)^2+1^2}\cdot\sqrt{1^2+1^2+1^2}}=\displaystyle\frac{1}{3}\).

Vậy \(\left(\Delta_1,\Delta_2\right)=71^\circ\).

Câu 19:

Tính góc giữa đường thẳng \(\Delta\colon \displaystyle\frac{x+1}{-1}=\displaystyle\frac{y-3}{2}=\displaystyle\frac{z+2}{3}\) và mặt phẳng \((P)\colon x+y+z+3=0\).

Đường thẳng \(\Delta\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}=(-1; 2; 3)\), mặt phẳng \((P)\) có vectơ pháp tuyến \(\overrightarrow{n}=(1;1;1)\).

Ta có

\(\sin (\Delta,(P))=\displaystyle\frac{|(-1) \cdot 1+2 \cdot1+3 \cdot 1|}{\sqrt{(-1)^2+2^2+3^2} \cdot \sqrt{1^2+1^2+1^2}}=\displaystyle\frac{2\sqrt{42}}{21}.\)

Vậy \(\left(\Delta, (P)\right) \approx 38{,}11^\circ\).

Câu 20:

Tính góc giữa hai đường thẳng \(\Delta_1\)\(\Delta_2\) biết \(\Delta_1 \colon \begin{cases}x=1+t_1 \\y=2-\sqrt{2}t_1 \\ z=3+t_1\end{cases}\)\(\Delta_2 \colon \begin{cases}x=-3+t_2 \\y=1+t_2\\z=5-\sqrt{2} t_2\end{cases}\) (\(t_1\), \(t_2\) là tham số) (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị của độ).

Ta có \(\overrightarrow{u}_1=(1;-\sqrt{2};1)\), \(\overrightarrow{u}_2=(1;1;-\sqrt{2})\).

Ta có \(\cos \left(\Delta_1; \Delta_2\right) = \displaystyle\frac{\left|\overrightarrow{u}_1 \cdot \overrightarrow{u}_2\right| }{\left|\overrightarrow{u}_1\right| \cdot \left|\overrightarrow{u}_2\right| } = \displaystyle\frac{\left|1-\sqrt{2}-\sqrt{2}\right|}{\sqrt{1^2+(-\sqrt{2})^2+1^2} \cdot \sqrt{1^2+1^2+(-\sqrt{2})^2}} = \displaystyle\frac{1-2\sqrt{2}}{2\sqrt{2}}\).

Suy ra \(\left(\Delta_1; \Delta_2\right)\approx 50^{\circ}\).

Câu 21:

Tính góc giữa đường thẳng \(\Delta\) và mặt phẳng \((P)\) (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị của độ), biết \(\Delta \colon \begin{cases} x=-1+2t \\y=4-3t \\ z=-1+4t\end{cases}\) (\(t\) là tham số) và \((P) \colon x+y+z+3=0\).

Ta có \(\overrightarrow{u}_{\Delta}= (2;-3;4)\)\(\overrightarrow{n}_{P}=(1;1;1)\).

\(\sin \left(\Delta; (P)\right) = \left|\cos\left(\overrightarrow{u}_{\Delta}; \overrightarrow{n}_{P}\right)\right| = \displaystyle\frac{\left|\overrightarrow{u}_{\Delta}\cdot \overrightarrow{n}_{P}\right|}{\left|\overrightarrow{u}_{\Delta}\right| \cdot \left| \overrightarrow{n}_{P}\right|} = \displaystyle\frac{3}{\sqrt{29}\cdot \sqrt{3}} =\displaystyle\frac{\sqrt{87}}{29}\).

Suy ra \(\left(\Delta; (P)\right) \approx 19^{\circ}\).

Câu 22:

Viết phương trình tham số của đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(A(1;0;1)\) và song song với đường thẳng \(d'\colon \displaystyle\frac{x+1}{3}=\displaystyle\frac{y-1}{2}=\displaystyle\frac{z-1}{4}\).

\(d'\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}=(3;2;4)\).

\(d\parallel d'\) nên \(d\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}\), khi đó \(d\) có phương trình tham số là

\(\begin{cases} x=1+3t\\y=2t\\z=1+4t.\end{cases}\)

Câu 23:

Viết phương trình tham số của đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M_0\left( 1;2;3 \right)\) và nhận \(\overrightarrow{a}=\left( 4;5;-7 \right)\) làm vectơ chỉ phương. Đường thẳng \(d\) có đi qua điểm \(A\left( 1;1;5 \right)\) không?

Ta có phương trình tham số của \(d\) là:

\(\left\{ \begin{array}{l}x=1+4t\\y=2+5t\\z=3-7t.\end{array}\right.\)

Thay \(x=1\) vào phương trình \(x=1+4t\), ta được \(1=1+4t\), suy ra \(t=0\).

Thay \(y=1\)\(t=0\) vào phương trình \(y=2+5t\), ta thấy phương trình không thoả mãn. Suy ra đường thẳng \(d\) không đi qua điểm \(A\).

Câu 24:

Viết phương trình tham số của đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(A\left( 5;0;-7 \right)\) và nhận \(\overrightarrow{v}=\left( 9;0;-2 \right)\) làm vectơ chỉ phương. Đường thẳng \(d\) có đi qua có điểm \(M\left( -4;0;-5 \right)\) không?

Ta có phương trình tham số của \(d\) là: \(\left\{ \begin{array}{l}x=5+9t\\y=0\\z=-7-2t.\end{array}\right.\)

Thay \(x=-4\) vào phương trình \(x=5+9t\), ta được \(-4=5+9t\), suy ra \(t=-1\).

Thay \(y=0\), \(z=-5\)\(t=-1\) vào các phương trình \(z=-7-2t\)\(y=0\), ta thấy thoả mãn. Suy ra đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M\).

Câu 25:

Viết phương trình chính tắc của đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M_0\left( 1;2;3 \right)\) và nhận \(\overrightarrow{a}=\left( 4;5;-7 \right)\) làm vectơ chỉ phương.

Đường thẳng \(d\) có phương trình chính tắc là: \(\displaystyle\frac{x-1}{4}=\displaystyle\frac{y-2}{5}=\displaystyle\frac{z-3}{-7}\).

Câu 26:

Viết phương trình chính tắc của đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M_0\left( 5;0;-6 \right)\) và nhận \(\overrightarrow{a}=\left( 3;2;-4 \right)\) làm vectơ chỉ phương.

Phương trình chính tắc của đường thẳng \(d\)

\(\displaystyle\frac{x-5}{3}=\displaystyle\frac{y}{2}=\displaystyle\frac{z+6}{-4}\)

Câu 27:

Viết phương trình tham số và phương trình chính tắc của đường thẳng \(AB\), biết \(A\left( 1;1;5 \right)\)\(B\left( 3;5;8 \right)\).

Đường thẳng \(AB\) có vectơ chỉ phương là \(\overrightarrow{AB}=\left( 2;4;3 \right)\) nên có phương trình tham số:

\(\left\{ \begin{array}{l}x=1+2t\\y=1+4t\\z=5+3t\end{array}\right.\)

và phương trình chính tắc:

\(\displaystyle\frac{x-1}{2}=\displaystyle\frac{y-1}{4}=\displaystyle\frac{z-5}{3}\)

Câu 28:

Viết phương trình tham số và phương trình chính tắc của đường thẳng \(MN\), biết \(M\left( 2;0;-1 \right)\)\(N\left( 4;3;1 \right)\).

Đường thẳng \(MN\) có một vectơ chỉ phương là \(\overrightarrow{MN}=\left( 2;3;2\right)\) nên có phương trình tham số:

\(\left\{\begin{array}{l}x=4+2t\\y=3+3t\\z=1+2t\end{array}\right.\)

và phương trình chính tắc:

\(\displaystyle\frac{x-4}{2}=\displaystyle\frac{y-3}{3}=\displaystyle\frac{z-1}{2}.\)

Câu 29:

Viết phương trình tham số của đường thẳng \(a\) trong mỗi trường hợp sau

a) Đường thẳng \(a\) đi qua điểm \(M(0;-2;-3)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(1;-5;0)\).

b) Đường thẳng \(a\) đi qua hai điểm \(A(0;0;2)\)\(B(3;-2;5)\).

a) Phương trình tham số của \(a\)\(\begin{cases} x=t\\y=-2-5t\\z=-3. \end{cases}\)

b) Đường thẳng \(a\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{AB}=(3;-2;3)\) nên có phương trình tham số: \(\begin{cases} x=3t\\y=-2t\\z=2+3t. \end{cases}\)

Câu 30:

Viết phương trình chính tắc của đường thẳng \(b\) trong mỗi trường hợp sau

a) Đường thẳng \(b\) đi qua điểm \(M(1;-2;-3)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(5;-3;2)\).

b) Đường thẳng \(b\) đi qua hai điểm \(A(4;7;1)\)\(B(6;1;5)\).

a) Đường thẳng \(b\) có phương trình chính tắc là \(\displaystyle\frac{x-1}{5}=\displaystyle\frac{y+2}{-3}=\displaystyle\frac{z+3}{2}\).

b) Đường thẳng \(b\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{AB}=(-2;-6;4)\) nên có phương trình chính tắc là \(\displaystyle\frac{x-4}{-2}=\displaystyle\frac{y-7}{-6}=\displaystyle\frac{z-1}{4}.\)

Câu 31:

Cho đường thẳng \(d\) có phương trình chính tắc \(\displaystyle\frac{x-3}{1}=\displaystyle\frac{y+3}{3}=\displaystyle\frac{z-2}{7}\).

a) Tìm một vectơ chỉ phương của \(d\) và một điểm trên \(d\).

b) Viết phương trình tham số của \(d\).

a) \(d\) qua \(A(3;-3;2)\) có một vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}=(1;3;7)\).

b) Phương trình tham số của \(d \)\(\begin{cases} x=3+t\\y=-3+3t\\z=2+7t.\end{cases}\)

Câu 32:

Trong không gian Oxyz, cho đường thẳng \(\Delta:\left\{\begin{array}{l}x=-1+3 t \\ y=1 \\ z=2 t .\end{array}\right.\)

a) Hãy chỉ ra một điểm thuộc \(\Delta\) và một vectơ chỉ phương của \(\Delta\).

b) Viết phương trình tham số của đường thẳng \(\Delta^{\prime}\) đi qua \(A(2 ; 1 ; 0)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{v}=(3 ; 0 ; 2)\).

a) Do \(\Delta\) có phương trình \(\left\{\begin{array}{l}x=-1+3 t \\ y=1+0 t \\ z=0+2 t\end{array}\right.\)

nên điểm \(M(-1 ; 1 ; 0)\) thuộc \(\Delta\)\(\overrightarrow{u}(3 ; 0 ; 2)\) là một vectơ chỉ phương của \(\Delta\).

b) Đường thẳng \(\Delta^{\prime}\) có phương trình tham số là \(\left\{\begin{array}{l}x=2+3 s \\ y=1 \\ z=2 s .\end{array}\right.\)

Câu 33:

Trong không gian \(O x y z\), viết phương trình tham số và phương trình chính tắc của đường thẳng \(\Delta\) đi qua điểm \(M(1 ;-2 ; 4)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}=(3 ;-5 ; 1)\).

Đường thẳng \(\Delta\) có phương trình tham số là: \(\left\{\begin{array}{l}x=1+3 t \\ y=-2-5 t \\ z=4+t\end{array}\right.\) và có phương trình chính tắc là \(\dfrac{x-1}{3}=\dfrac{y+2}{-5}=\dfrac{z-4}{1}\)

Câu 34:

Trong không gian \(O x y z\), viết phương trình tham số của đường thẳng \(\Delta\) đi qua điểm \(M(-1 ; 4 ; 5)\) và vuông góc với mặt phẳng \((\alpha): 3 x+2 y=0\).

Mặt phẳng \((\alpha)\) có vectơ pháp tuyến \(\overrightarrow{n}=(3 ; 2 ; 0)\). Giá của \(\overrightarrow{n}=(3 ; 2 ; 0)\)\(\Delta\) cùng vuông góc với \((\alpha)\) nên chúng trùng nhau hoặc song song với nhau. Do đó \(\Delta\) nhận \(\overrightarrow{n}=(3 ; 2 ; 0)\) làm một véc-tơ chỉ phương.

Vậy \(\Delta\) có phương trình tham số là: \(\left\{\begin{array}{l}x=-1+3 t \\ y=4+2 t \\ z=5 .\end{array}\right.\)

Câu 35:

Trong không gian \(O x y z\), viết phương trình tham số và phương trình chính tắc của đường thẳng đi qua hai điểm \(A(1 ; 2 ;-1)\)\(B(2 ; 4 ; 0)\).

Đường thẳng \(A B\) đi qua \(A(1 ; 2 ;-1)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{A B}=(1 ; 2 ; 1)\). Do đó \(A B\) có phương trình chính tắc là \(\frac{x-1}{1}=\frac{y-2}{2}=\frac{z+1}{1}\) và có phương trình tham số là \(\left\{\begin{array}{l}x=1+t \\ y=2+2 t \\ z=-1+t\end{array}\right.\)

Câu 36:

a) Viết phương trình tham số của đường thẳng \(\Delta\) đi qua điểm \(A(2;-1;4)\) và có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}=(3;4;-5)\).

b) Cho đường thẳng \(\Delta\) có phương trình tham số là \(\begin{cases}x=-1+2 t \\ y=5-7 t \\ z=9 t\end{cases}\) ( \(t\) là tham số).

Chỉ ra tọa độ một véc-tơ chỉ phương của \(\Delta\) và một điểm thuộc đường thẳng \(\Delta\).

a) Phương trình tham số của đường thẳng \(\Delta\)

\(\begin{cases}x=2+3 t \\ y=-1+4 t \,\text {(t là tham số)} \\z=4-5 t\end{cases}\)

b) Toạ độ của một véc-tơ chỉ phương của \(\Delta\)

\(\overrightarrow{u}=(2;-7;9).\)

Ứng vớii \(t=0\) ta có: \(\begin{cases}x=-1+2 \cdot 0=-1 \\ y=5-7 \cdot 0=5 \\ z=9 \cdot 0=0.\end{cases}\)

Suy ra điểm \(B(-1;5;0)\) thuộc đường thẳng \(\Delta\).

Câu 37:

Viết phương trình tham số của đường thẳng \(\Delta\), biết \(\Delta\) đi qua điểm \(C(1;2;-4)\) và vuông góc với mặt phẳng \((P)\colon 3 x-y+2 z-1=0\).

\(\Delta\) vuông góc với \((P)\) nên véc-tơ chỉ phương của \(\Delta\) chính là véc-tơ pháp tuyến của \((P)\)\((3;-1;2)\), \(\Delta\) qua \(C\) nên phương trình là \(\begin{cases}x=1+3t\\y=2-t\\z=-4+2t\end{cases}(t\in \mathbb{R})\).

Câu 38:

Viết phương trình chính tắc của đường thẳng \(\Delta\) đi qua điểm \(A(1;3;6)\) và có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}=(9;2;13)\).

Phương trình chính tắc của đường thẳng \(\Delta\) đi qua điểm \(A(1;3;6)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}=(9;2;13)\)

\(\displaystyle\frac{x-1}{9}=\displaystyle\frac{y-3}{2}=\displaystyle\frac{z-6}{13}.\)

Câu 39:

Viết phương trình chính tắc của đường thẳng \(\Delta\), biết phương trình tham số của \(\Delta\)\(\begin{cases}x=-1+2 t \\ y=3-5 t \\ z=6+9 t.\end{cases}\)

Phương trình đường thẳng \(\Delta\)\(\begin{cases}M(-1;3;6)\\\text{VTCP}\, \overrightarrow{u}=(2;-5;9).\end{cases}\)

\(\Rightarrow \displaystyle\frac{x+1}{2}=\displaystyle\frac{3-y}{5}=\displaystyle\frac{z-6}{9}\).

Câu 40:

Xác định vị trí tương đối của hai đường thẳng \(\Delta_1\)\(\Delta_2\) trong mỗi trường hợp sau

a) \(\Delta_1 \colon \displaystyle\frac{x+1}{3}=\displaystyle\frac{y+5}{4}=\displaystyle\frac{z-5}{-1}\)\(\Delta_2 \colon \displaystyle\frac{x+13}{5}=\displaystyle\frac{y-5}{-2}=\displaystyle\frac{z+17}{7}\).

b) \(\Delta_1 \colon \displaystyle\frac{x-2}{2}=\displaystyle\frac{y+1}{3}=\displaystyle\frac{z-4}{-7}\)\(\Delta_2 \colon \displaystyle\frac{x+10}{-6}=\displaystyle\frac{y+19}{-9}=\displaystyle\frac{z-45}{21}\).

c) \(\Delta_1 \colon \displaystyle\frac{x+3}{1}=\displaystyle\frac{y-5}{1}=\displaystyle\frac{z-2}{3}\)\(\Delta_2 \colon \displaystyle\frac{x+13}{5}=\displaystyle\frac{y-9}{-2}=\displaystyle\frac{z+13}{7}\).

a) Ta có \(\Delta_1\) đi qua \(M_1 (-1;-5;5)\) và có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_1=(3;4;-1)\); \(\Delta_2\) đi qua \(M_2 (-13;5;-17)\) và có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_2 = (5;-2;7)\); \(\overrightarrow{M_1M_2 }= (-12;10;-22)\).

Ta có \(\left[\overrightarrow{u}_1; \overrightarrow{u}_2\right]= (26;-26;-26)\)\(\left[\overrightarrow{u}_1; \overrightarrow{u}_2\right] \cdot \overrightarrow{M_1M_2}= 0\) suy ra \(\Delta_1\)\(\Delta_2\) cắt nhau.

b) Ta có \(\Delta_1\) đi qua \(M_1 (2;-1;4)\) và có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_1=(2;3;-7)\); \(\Delta_2\) đi qua \(M_2 (-10;-19;45)\) và có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_2 = (-6;-9;21)\); \(\overrightarrow{M_1M_2 }= (-12;-18;41)\).

Ta có \(\left[\overrightarrow{u}_1; \overrightarrow{u}_2\right]= (0;0;0)\)\(\left[\overrightarrow{u}_1; \overrightarrow{M_1M_2}\right] = 160 \ne 0\) nên \(\Delta_1 \parallel \Delta_2\).

c) Ta có \(\Delta_1\) đi qua \(M_1 (-3;5;2)\) và có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_1=(1;1;3)\); \(\Delta_2\) đi qua \(M_2 (-13;9;-13)\) và có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_2 = (5;-2;7)\); \(\overrightarrow{M_1M_2 }= (-10;4;-15)\).

Ta có \(\left[\overrightarrow{u}_1; \overrightarrow{u}_2\right]= (13;8;-7)\)\(\left[\overrightarrow{u}_1; \overrightarrow{u}_2\right] \cdot \overrightarrow{M_1M_2}= 7 \ne 0\) suy ra \(\Delta_1\)\(\Delta_2\) chéo nhau.

Câu 41:

Xác định vị trí tương đối của hai đường thẳng \(\Delta_1\), \(\Delta_2\) trong mỗi trường hợp sau:

a) \(\Delta_1\colon\displaystyle\frac{x-1}{2}=\displaystyle\frac{y-2}{1}=\displaystyle\frac{z-3}{-1}\)\(\Delta_2\colon\begin{cases}x=-11-6t\\y=-6-3t\\z=10+3t\end{cases}\) (\(t\) là tham số);

b) \(\Delta_1\colon\begin{cases}x=1+3t\\y=2+4t\\z=3+5t\end{cases}\) (\(t\) là tham số) và \(\Delta_2\colon\displaystyle\frac{x+3}{1}=\displaystyle\frac{y+6}{2}=\displaystyle\frac{z-15}{-3}\);

c) \(\Delta_1\colon\displaystyle\frac{x+1}{4}=\displaystyle\frac{y-1}{3}=\displaystyle\frac{z}{1}\)\(\Delta_2\colon\displaystyle\frac{x-1}{1}=\displaystyle\frac{y-3}{2}=\displaystyle\frac{z-1}{2}\).

a) \(\Delta_1\) đi qua \(M(1;2;3)\) và có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_1=(2;1;-1)\); \(\Delta_2\) đi qua \(N(-11;-6;10)\) và có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_2=(-6;-3;3)\).

Khi đó \(\overrightarrow{MN}=(-12;-8;7)\). Suy ra \(\begin{cases}\overrightarrow{u}_1 \text{ cùng phương }\overrightarrow{u_2}\\\overrightarrow{u}_1\text{ không cùng phương }\overrightarrow{MN}.\end{cases}\)

Vậy \(\Delta_1\parallel\Delta_2 \).

b) \(\Delta_1\) đi qua \(M(1;2;3)\) và có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_1=(3;4;5)\); \(\Delta_2\) đi qua \(N(-3;-6;15)\) và có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_2=(1;2;-3)\).

Khi đó \(\overrightarrow{MN}=(-4;-8;12)\). Suy ra \(\begin{cases}\overrightarrow{u}_1\text{ không cùng phương }\overrightarrow{u}_2\\\left[\overrightarrow{u}_1,\overrightarrow{u}_2\right]\cdot\overrightarrow{MN}=0.\end{cases}\)

Vậy \(\Delta_1\) cắt \(\Delta_2 \).

c) \(\Delta_1\) đi qua \(M(-1;1;0)\) và có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_1=(4;3;1)\); \(\Delta_2\) đi qua \(N(1;3;1)\) và có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}_2=(1;2;2)\).

Khi đó \(\overrightarrow{MN}=(2;2;1)\). Suy ra \(\left[\overrightarrow{u}_1,\overrightarrow{u}_2\right]\cdot\overrightarrow{MN}=-1\ne0.\)

Vậy \(\Delta_1\), \(\Delta_2 \) chéo nhau.

Câu 42:

Trong không gian \(O x y z\), chứng minh rằng hai đường thẳng sau vuông góc với nhau:

\(\Delta_1:\left\{\begin{array}{l}x=1+2 t \\y=-1-3 t \\z=2-t\end{array}\right.\); \(\Delta_2:\left\{\begin{array}{l}x=2+s \\y=1-2 s \\z=3+8 s.\end{array}\right.\)

Các đường thẳng \(\Delta_{1}, \Delta_{2}\) tương ứng có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{u_{1}}=(2 ;-3 ;-1), \overrightarrow{u_{2}}=(1 ;-2 ; 8)\).

Do \(\overrightarrow{u_{1}}\cdot \overrightarrow{u_{2}}=2 \cdot 1+(-3) \cdot(-2)+(-1) \cdot 8=0\) nên \(\Delta_{1}\perp \Delta_{2}\).

Câu 43:

Trong không gian \(\mathrm{Oxyz}\), chứng minh rằng hai đường thẳng sau vuông góc với nhau và chéo nhau:

\(\Delta_{1}:\left\{\begin{array}{l}x=1+t \\y=2-t \\z=-1+2 t\end{array}\right.\)\(\Delta_{2}: \frac{x-4}{3}=\frac{y+1}{1}=\frac{z}{-1}\)

Đường thẳng \(\Delta_{1}\) đi qua điểm \(A_{1}(1 ; 2 ;-1)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{u_{1}}=(1 ;-1 ; 2)\).

Đường thẳng \(\Delta_{2}\) đi qua điểm \(A_{2}(4 ;-1 ; 0)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{u_{2}}=(3 ; 1 ;-1)\).

\(\overrightarrow{u_{1}}\cdot \overrightarrow{u_{2}}=1 \cdot 3+(-1) \cdot 1+2 \cdot(-1)=0\) nên \(\overrightarrow{u_{1}}\) vuông góc với \(\overrightarrow{u_{2}}\). Do đó \(\Delta_{1}\) vuông góc với \(\Delta_{2}\).

Ta có \(\overrightarrow{A_{1}A_{2}}=(3 ;-3 ; 1)\)\(\left[\overrightarrow{u_{1}}, \overrightarrow{u_{2}}\right]=(-1 ; 7 ; 4)\).

Do \(\overrightarrow{A_{1}A_{2}}\cdot\left[\overrightarrow{u_{1}}, \overrightarrow{u_{2}}\right]=3 \cdot(-1)+(-3) \cdot 7+1 \cdot 4=-20 \neq 0\) nên \(\Delta_{1}\)\(\Delta_{2}\) chéo nhau.

Câu 44:

Trong không gian \(O x y z\), chứng minh rằng hai đường thẳng sau cắt nhau:

\(\Delta_{1}:\left\{\begin{array}{l}x=1-t \\y=2+t \\z=-1+2 t\end{array}\right.\)\(\Delta_{2}:\left\{\begin{array}{l}x=-6+s \\y=5+s \\z=5+2 s\end{array}\right.\)

Đường thẳng \(\Delta_{1}\) đi qua \(A_{1}(1 ; 2 ;-1)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{u_{1}}=(-1 ; 1 ; 2)\). Đường thẳng \(\Delta_{2}\) đi qua \(A_{2}(-6 ; 5 ; 5)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{u_{2}}=(1 ; 1 ; 2)\). Ta có \(\overrightarrow{A_{1}A_{2}}=(-7 ; 3 ; 6)\)\(\left[\overrightarrow{u_{1}}, \overrightarrow{u_{2}}\right]=(0 ; 4 ;-2)\).

Do \(\overrightarrow{A_{1}A_{2}}\cdot\left[\overrightarrow{u_{1}}, \overrightarrow{u_{2}}\right]=(-7) \cdot 0+3 \cdot 4+6 \cdot(-2)=0\)\(\left[\overrightarrow{u_{1}}, \overrightarrow{u_{2}}\right] \neq \overrightarrow{0}\) nên hai đường thẳng \(\Delta_{1}\)\(\Delta_{2}\) cắt nhau.

Câu 45:

Xét vị trí tương đối giữa các cặp đường thẳng sau

a) \(d\colon\begin{cases} x=1+t\\y=-1+2t\\z=-2+t \end{cases}\)\(d'\colon\begin{cases} x=2+2t'\\y=3+4t'\\z=2t';\end{cases}\)

b) \(d\colon \displaystyle\frac{x-1}{1}=\displaystyle\frac{y-2}{2}=\displaystyle\frac{z-3}{2}\)\(d'\colon\displaystyle\frac{x-2}{1}=\displaystyle\frac{y-1}{5}=\displaystyle\frac{z-1}{1}\).

a) Đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M(1;-1;-2)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(1;2;1)\), đường thẳng \(d'\) đi qua điểm \(M'(2;3;0)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}'=(2;4;2)\).

Ta có \(\overrightarrow{MM}'=(1;4;2)\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]=\overrightarrow{0}\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{MM}' \right ]=(0;-1;2)\ne\overrightarrow{0}\).

Vậy \(d\parallel d'\).

b) Đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M(1;2;3)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(1;2;2)\), đường thẳng \(d'\) đi qua điểm \(M'(2;1;1)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}'=(1;5;1)\).

Ta có \(\overrightarrow{MM}'=(1;-1;-2)\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]=(-8;1;3)\ne \overrightarrow{0}\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]\cdot\overrightarrow{MM}'=-15\ne 0\).

Vậy \(d\)\(d'\) chéo nhau.

Câu 46:

Kiểm tra tính song song hoặc trùng nhau của các cặp đường thẳng sau:

a) \(d:\left\{ \begin{array}{l}x=1+t\\y=2+t\\z=1+2t\end{array}\right.\)\(d':\left\{ \begin{array}{l}x=2+2t'\\y=5+2t'\\z=1+4t'\end{array}\right.\)

b) \(d:\displaystyle\frac{x-1}{1}=\displaystyle\frac{y-2}{1}=\displaystyle\frac{z-1}{2}\)\(d':\displaystyle\frac{x-2}{3}=\displaystyle\frac{y-3}{3}=\displaystyle\frac{z-3}{6}\).

a) Đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M\left( 1;2;1 \right)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=\left( 1;1;2 \right)\).

Đường thẳng \(d'\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a'}=\left( 2;2;4 \right)=2\overrightarrow{a}\)

Thay toạ độ điểm \(M\) vào phương trình của \(d'\), ta được:

\(\left\{ \begin{array}{l}1=2+2t'\\2=5+2t'\\1=1+4t'\end{array}\right.\Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}t'=-\displaystyle\frac{1}{2}\\t'=-\displaystyle\frac{3}{2}\\t'=0\end{array}\right. \text{(vô nghiệm)}\)

Suy ra \(M\) không thuộc \(d'\). Vậy \(d \parallel d'\).

b) Đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M\left( 1;2;1 \right)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=\left( 1;1;2 \right)\).

Đường thẳng \(d'\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a'}=\left( 3;3;6\right)=3\overrightarrow{a}\).

Thay toạ độ điểm \(M\) vào phương trình của \({d}'\), ta được:

\(\displaystyle\frac{1-2}{3}=\displaystyle\frac{2-3}{3}=\displaystyle\frac{1-3}{6}.\)

Phương trình nghiệm đúng, suy ra \(M\) thuộc \(d'\). Vậy \(d \equiv d'\)

Câu 47:

Kiểm tra tính song song hoặc trùng nhau của các cặp đường thẳng sau:

a) \(d:\left\{ \begin{array}{l}x=7+4t\\y=3-2t\\z=2-2t\end{array}\right.\)\(d': d':\displaystyle\frac{x-3}{2}=\displaystyle\frac{y-5}{-1}=\displaystyle\frac{z-4}{-1}\);

b) \(d:\displaystyle\frac{x}{3}=\displaystyle\frac{y}{3}=\displaystyle\frac{z-1}{4}\)\(d':\displaystyle\frac{x-2}{3}=\displaystyle\frac{y-9}{3}=\displaystyle\frac{z-5}{4}\).

a) Đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M\left( 7;3;2 \right)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=\left( 4;-2;-2 \right)\), đường thẳng \({d}'\) đi qua điểm \({M}'\left( 3;5;4 \right)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a'}=\left( 2;-1;-1 \right)\).

Ta có \(\overrightarrow{MM'}=\left( -4;2;2 \right)\).

Ta có \(\overrightarrow{a'} =\displaystyle\frac{1}{2}\overrightarrow{a}=-\displaystyle\frac{1}{2}\overrightarrow{MM'}\), suy ra ba vectơ \(\overrightarrow{a},\overrightarrow{a’},\overrightarrow{MM'}\) cùng phương. Vậy \(d\equiv d'\).

b) Đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M\left( 0;0;1 \right)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=\left( 3;3;4 \right)\), đường thẳng \({d}'\) đi qua điểm \({M}'\left( 2;9;5 \right)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a'}=\left( 3;3;4 \right)\). Ta có \(\overrightarrow{MM'}=\left( 2;9;4 \right)\).

Ta có \(\overrightarrow{a'} =\overrightarrow{a}\), suy ra \(\overrightarrow{a},\overrightarrow{a'}\) cùng phương và \(\displaystyle\frac{3}{2}\ne \displaystyle\frac{3}{9}\), suy ra \(\overrightarrow{a},\overrightarrow{MM'}\) không cùng phương. Vậy \(d//d'\).

Câu 48:

Xét vị trí tương đối giữa hai đường thẳng \(d\)\(d'\) trong mỗi trường hợp sau:

a) \(d:\left\{ \begin{array}{l}x=t\\y=1+t\\z=2+t\end{array}\right.\)\(d:\left\{ \begin{array}{l}x=1+2t'\\y=2+5t'\\z=3+t'\end{array}\right.\);

b) \(d:\left\{ \begin{array}{l}x=1+t\\y=2+t\\z=3+t\end{array}\right.\)\(d': \displaystyle\frac{x-1}{2}=\displaystyle\frac{y-2}{5}=\displaystyle\frac{z-9}{6}.\)

a) \(d\)\(d'\) có vectơ chỉ phương lần lượt là \(\overrightarrow{a}=\left( 1;1;1 \right)\)\(\overrightarrow{a’}=\left( 2;5;1 \right)\).

Ta có \(\displaystyle\frac{1}{2}\ne \displaystyle\frac{1}{5}\), suy ra \(\overrightarrow{a}\)\(\overrightarrow{a’}\) không cùng phương. Vậy \(d\)\({d}'\) hoặc cắt nhau hoặc chéo nhau.\\

Xét hệ phương trình \(\left\{ \begin{array}{l}t=1+2{t}'\\ 1+t=2+5{t}'\\ 2+t=3+{t}' \end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}t-2{t}'=1 (1)\\t-5{t}'=1 (2)\\t-{t}'=1. (3) \end{array} \right. \)

Từ (1) và (2) suy ra \(t=1;t'=0\). Thay vào (3) ta thấy phương trình thoả mãn.

Vậy \(d\) cắt \(d'\) tại điểm \(M\left( 1;2;3 \right)\).

b) \(d\)\(d'\) có vectơ chỉ phương lần lượt là \(\overrightarrow{a}=\left( 1;1;1 \right)\)\(\overrightarrow{a’}=\left( 2;5;6 \right)\).

Ta có \(\displaystyle\frac{1}{2}\ne \displaystyle\frac{1}{5}\), suy ra \(\overrightarrow{a}\)\(\overrightarrow{a’}\) không cùng phương. Vậy \(d\)\(d'\) hoặc cắt nhau hoặc chéo nhau.\\

\({d}'\) có phương trình tham số là: \(\left\{ \begin{array}{l}x=1+2t’ \\y=2+5t’ \\z=9+6t’\end{array} \right.\)

Xét hệ phương trình \(\left\{ \begin{array}{l}1+t=1+2t’ \\2+t=2+5t’ \\3+t=9+6t’ \end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}t-2t’=0 \\t-5t’=0 \\t-6t’=6 \end{array} \right. \)

Từ (1) và (2) suy ra \(t=0;t’=0\). Thay vào (3) ta thấy phương trình không thoả mãn \(\left( 0\ne 6 \right)\).

Vậy \(d\)\(d’\) chéo nhau.

Câu 49:

Xét vị trí tương đối giữa hai đường thẳng \(d\)\(d'\) trong mỗi trường hợp sau

a) \(d\colon \begin{cases} x=1+2t\\y=2+t\\z=3+t \end{cases}\)\(d'\colon\begin{cases} x=3+4t'\\y=3+2t'\\z=4+2t'; \end{cases}\)

b) \(d\colon \displaystyle\frac{x+1}{3}=\displaystyle\frac{y-2}{2}=\displaystyle\frac{z}{1}\)\(d'\colon\displaystyle\frac{x-4}{9}=\displaystyle\frac{y-4}{6}=\displaystyle\frac{z-2}{3}\);

c) \(d\colon\begin{cases} x=1-t\\y=2+t\\z=-2t \end{cases}\)\(d'\colon\displaystyle\frac{x-3}{2}=\displaystyle\frac{y}{3}=\displaystyle\frac{z-4}{4}\);

d) \(d\colon \displaystyle\frac{x-1}{2}=\displaystyle\frac{y-2}{3}=\displaystyle\frac{z-1}{2}\)\(d'\colon\begin{cases} x=1-t\\y=2+t\\z=-2t.\end{cases}\)

a) Đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M(1;2;3)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(2;1;1)\), đường thẳng \(d'\) đi qua điểm \(M'(3;3;4)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}'=(4;2;2)\).

Ta có \(\overrightarrow{MM}'=(2;1;1)\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]=\overrightarrow{0}\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{MM}' \right ]=\overrightarrow{0}\), suy ra ba vectơ \(\overrightarrow{a}\), \(\overrightarrow{a}'\), \(\overrightarrow{MM}'\) cùng phương. Vậy \(d\equiv d'\).

b) Đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M(-1;2;0)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(3;2;1)\), đường thẳng \(d'\) đi qua điểm \(M'(4;4;2)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}'=(9;6;3)\).

Ta có \(\overrightarrow{MM}'=(5;2;2)\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]=\overrightarrow{0}\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{MM}' \right ]=(2;-1;-4)\ne\overrightarrow{0}\). Vậy \(d\parallel d'\).

c) Đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M(1;2;0)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(-1;1;-2)\), đường thẳng \(d'\) đi qua điểm \(M'(3;0;4)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}'=(2;3;4)\).

Ta có \(\overrightarrow{MM}'=(2;-2;4)\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]=(10;0;-5)\ne \overrightarrow{0}\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]\cdot\overrightarrow{MM}'=0\). Vậy \(d\)\(d'\) cắt nhau.

d) Đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M(1;2;1)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(2;3;2)\), đường thẳng \(d'\) đi qua điểm \(M'(1;2;0)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}'=(-1;1;-2)\).

Ta có \(\overrightarrow{MM}'=(0;0;-1)\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]=(-8;2;5)\ne\overrightarrow{0}\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]\cdot\overrightarrow{MM}'=-5\ne 0\). Vậy \(d\)\(d'\) chéo nhau.

Câu 50:

Xét vị trí tương đối giữa hai đường thẳng \(d\)\(d'\) trong mỗi trường hợp sau

a) \(d\colon \begin{cases} x=2t\\y=1-t\\z=2-3t \end{cases}\)\(d'\colon\displaystyle\frac{x-2}{4}=\displaystyle\frac{y}{7}=\displaystyle\frac{z+1}{11}\);

b) \(d\colon\displaystyle\frac{x-4}{1}=\displaystyle\frac{y-1}{2}=\displaystyle\frac{z-1}{2}\)\(d'\colon\displaystyle\frac{x-2}{3}=\displaystyle\frac{y-1}{2}=\displaystyle\frac{z-1}{9}\).

a) Đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M(0;1;2)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(2;-1;-3)\), đường thẳng \(d'\) đi qua điểm \(M'(2;0;-1)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}'=(4;7;11)\).

Ta có \(\overrightarrow{MM}'=(2;-1;-3)\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]=(10;-34;18)\ne\overrightarrow{0}\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]\cdot\overrightarrow{MM}'=0\).

Vậy \(d\)\(d'\) cắt nhau

b) Đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M(4;1;1)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(1;2;2)\), đường thẳng \(d'\) đi qua điểm \(M'(2;1;1)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}'=(3;2;9)\).

Ta có \(\overrightarrow{MM}'=(-2;0;0)\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]=(14;-3;-4)\ne\overrightarrow{0}\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]\cdot\overrightarrow{MM}'=-28\ne 0\).

Vậy \(d\)\(d'\) chéo nhau.

Câu 51:

Xác định vị trí tương đối của hai đường thẳng \(\Delta_1, \Delta_2\) trong mỗi trường hợp sau

a) \(\Delta_1:\begin{cases}x=1+5t_1\\y=2-t_1\\z=3+2t_1\end{cases}, \Delta_2:\begin{cases}x=2+10t_2\\y=4-2t_2\\z=1+4t_2\end{cases}\);

b) \(\Delta_1: \displaystyle\frac{x-2}{3}=\displaystyle\frac{y-3}{2}=\displaystyle\frac{z+4}{1}, \Delta_2: \displaystyle\frac{x+2}{2}=\displaystyle\frac{y-1}{1}=\displaystyle\frac{z-2}{-3}\);

c) \(\Delta_1: \displaystyle\frac{x+3}{1}=\displaystyle\frac{y-1}{-1}=\displaystyle\frac{z-2}{2}, \Delta_2:\begin{cases}x=6+3t \\y=8+2t \\z=-1-t\end{cases}\)

a) Đường thẳng \(\Delta_1\) đi qua điểm \(M_1(1;2;3)\) và có \(\overrightarrow{u}_1=(5;-1;2)\) là véc-tơ chỉ phương. Đường thẳng \(\Delta_2\) đi qua điểm \(M_2(2;4;1)\) và có \(\overrightarrow{u}_2=(10;-2;4)\) là véc-tơ chỉ phương.

Ta có: \(2 \overrightarrow{u}_1=(10;-2;4)=\overrightarrow{u}_2\), suy ra \(\overrightarrow{u}_1, \overrightarrow{u}_2\) cùng phương; \(\overrightarrow{M_1 M_2}=(1 ; 2 ;-2)\)\(\displaystyle\frac{1}{5} \neq \displaystyle\frac{2}{-1}\) nên \(\overrightarrow{u}_1, \overrightarrow{M_1 M_2}\) không cùng phương.

Vậy \(\Delta_1\parallel \Delta_2\).

b) Đường thẳng \(\Delta_1\) đi qua điểm \(M_1(2;3;-4)\) và có \(\overrightarrow{u}_1=(3;2;1)\) là véc-tơ chỉ phương. Đường thẳng \(\Delta_2\) đi qua điểm \(M_2(-2;1;2)\) và có \(\overrightarrow{u}_2=(2;1;-3)\) là véc-tơ chỉ phương.

Ta có \(\displaystyle\frac{2}{3} \neq \displaystyle\frac{1}{2}\), suy ra \(\overrightarrow{u}_1, \overrightarrow{u}_2\) không cùng phương;

\(\overrightarrow{M_1 M_2}=(-4 ;-2 ; 6),\left[\overrightarrow{u}_1, \overrightarrow{u}_2\right]=\left(\left|\begin{array}{cc}2 & 1 \\1 & -3\end{array}\right| ;\left|\begin{array}{cc}1 & 3 \\-3 & 2\end{array}\right| ;\left|\begin{array}{cc}3 & 2 \\2 & 1\end{array}\right|\right)=(-7 ; 11 ;-1).\)

Do \(\left[\overrightarrow{u}_1, \overrightarrow{u}_2\right] \cdot \overrightarrow{M_1 M_2}=(-7) \cdot(-4)+11 \cdot(-2)+(-1) \cdot 6=0\) nên \(\overrightarrow{u}_1, \overrightarrow{u}_2, \overrightarrow{M_1 M_2}\) đồng phẳng.

Vậy \(\Delta_1\) cắt \(\Delta_2\).

c) Đường thẳng \(\Delta_1\) đi qua điểm \(M_1(-3;1;2)\) và có \(\overrightarrow{u}_1=(1;-1;2)\) là véc-tơ chỉ phương. Đường thẳng \(\Delta_2\) đi qua điểm \(M_2(6;8;-1)\) và có \(\overrightarrow{u}_2=(3;2;-1)\) là véc-tơ chỉ phương. Ta có

\(\overrightarrow{M_1 M_2}=(9 ; 7 ;-3),\left[\overrightarrow{u}_1, \overrightarrow{u}_2\right]=\left(\left|\begin{array}{cc}-1 & 2 \\2 & -1\end{array}\right| ;\left|\begin{array}{cc}2 & 1 \\-1 & 3\end{array}\right| ;\left|\begin{array}{cc}1 & -1 \\3 & 2\end{array}\right|\right)=(-3;7;5).\)

Do \(\left[\overrightarrow{u}_1, \overrightarrow{u}_2\right] \cdot \overrightarrow{M_1 M_2}=(-3) \cdot 9+7 \cdot 7+5 \cdot(-3)=7 \neq 0\) nên \(\overrightarrow{u}_1, \overrightarrow{u}_2, \overrightarrow{M_1 M_2}\) không đồng phằng.

Vậy \(\Delta_1\)\(\Delta_2\) chéo nhau.

Câu 52:

Trên một sân khấu đã thiết lập sẵn một hệ tọa độ \(Oxyz\). Tính góc giữa tia sáng có phương trình \(d\colon\begin{cases} x=2\\y=1+t\\z=1+t \end{cases}\) và mặt sàn sân khấu có phương trình \(z=0\).

Image

Đường thẳng \(d\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(0;1;1)\). Mặt phẳng \((P)\) có vectơ pháp tuyến \(\overrightarrow{n}=(0;0;1)\).

Ta có \(\sin (d,(P))=\displaystyle\frac{\left |0\cdot 0+1\cdot 0+1\cdot 1 \right |}{\sqrt{0^2+1^2+1^2}\cdot\sqrt{0^2+0^2+1^2}}=\displaystyle\frac{1}{\sqrt{2}}\).

Suy ra \((d,(P))=45^{\circ}\).

Câu 53:

Trên một phần mềm đã thiết kế sân khấu 3D trong không gian \(Oxyz\). Tính góc giữa hai tia sáng có phương trình lần lượt là \(d\colon\displaystyle\frac{x}{2}=\displaystyle\frac{y}{1}=\displaystyle\frac{z}{-1}\text{ và }d'\colon\displaystyle\frac{x-1}{3}=\displaystyle\frac{y-1}{3}=\displaystyle\frac{z-1}{9}.\)

Image

\(d\)\(d'\) có vectơ chỉ phương lần lượt là \(\overrightarrow{a}=(2;1;-1)\)\(\overrightarrow{a}'=(3;3;9)\).

Ta có \(\cos (d,d')=\displaystyle\frac{\left |2\cdot 3+1\cdot 3+(-1)\cdot 9 \right |}{\sqrt{2^2+1^2+(-1)^2}\cdot\sqrt{3^2+3^2+9^2}}=0\).

Suy ra \((d,d')=90^{\circ}\).

Câu 54:

Một phần mềm mô phỏng vận động viên đang tập bắn súng trong không gian \(Oxyz\). Cho biết trục \(d\) của nòng súng và cọc đỡ bia \(d'\) có phương trình lần lượt là \(d\colon\begin{cases} x=t\\y=20\\z=9\end{cases}\)\(d'\colon\begin{cases} x=10\\y=20\\z=1+3t'.\end{cases}\)

Xét vị trí tương đối giữa \(d\)\(d'\), chúng có vuông góc với nhau không?

Image

\(d\)\(d'\) có vectơ chỉ phương lần lượt là \(\overrightarrow{a}=(1;0;0)\)\(\overrightarrow{a}'=(0;0;3)\).

Ta có \(\overrightarrow{a}\cdot\overrightarrow{a}'=1\cdot 0+0\cdot 0+0\cdot 3=0\). Vậy \(d\)\(d'\) vuông góc với nhau.

Câu 55:

Trên phần mềm thiết kế chiếc cầu treo, cho đường thẳng \(d\) trên trụ cầu và đường thẳng \(d'\) trên sàn cầu có phương trình lần lượt là \(d\colon\begin{cases} x=0\\y=0\\z=50+t \end{cases}\)\(d'\colon\begin{cases} x=20\\y=t'\\z=50. \end{cases}\)

Xét vị trí tương đối giữa \(d\)\(d'\).

Image

Đường thẳng \(d\) đi qua điểm \(M(0;0;50)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}=(0;0;1)\), đường thẳng \(d'\) đi qua điểm \(M'(20;0;50)\) và có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{a}'=(0;1;0)\).

Ta có \(\overrightarrow{MM}'=(20;0;0)\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]=(-1;0;0)\ne\overrightarrow{0}\), \(\left [\overrightarrow{a},\overrightarrow{a}' \right ]\cdot\overrightarrow{MM}'=-20\ne 0\).

Vậy \(d\)\(d'\) chéo nhau.

Câu 56:

Trên phần mềm mô phỏng 3D một máy khoan trong không gian \(Oxyz\), cho biết phương trình trục \(a\) của mũi khoan và một đường rãnh \(b\) trên vật cần khoan (tham khảo hình vẽ bên) lần lượt là \(a\colon\begin{cases} x=1\\y=2\\z=3t \end{cases}\)\(b\colon\begin{cases} x=1+4t'\\y=2+2t'\\z=6.\end{cases}\)

a) Chứng minh \(a\), \(b\) vuông góc và cắt nhau.

b) Tìm giao điểm của \(a\)\(b\).

Image

a) \(a\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{m}=(0;0;3)\)\(b\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{n}=(4;2;0)\).

Ta có \(\overrightarrow{m}\cdot\overrightarrow{n}=0\cdot 4+0\cdot 2+3\cdot 0=0\).

Do đó \(\overrightarrow{m}\perp\overrightarrow{n}\) hay \(a\perp b\).

b) Gọi \(M\) là giao điểm của \(a\)\(b\), ta có \(\begin{cases} M\in a\\M\in b \end{cases}\Rightarrow\begin{cases} M(1;2;3t)\\M(1+4t';2+2t';6)\end{cases}\).

Khi đó ta có \(\begin{cases} 1=1+4t'\\2=2+2t'\\3t=6\end{cases}\Rightarrow \begin{cases} t=2\\t'=0 \end{cases}\Rightarrow M(1;2;6).\)

Vậy giao điểm của \(a\)\(b\)\(M(1;2;6)\).

Câu 57:

Trong một trò chơi mô phỏng bắn súng 3D trong không gian \(Oxyz\), một xạ thủ đang ngắm với tọa độ khe ngắm và đầu ruồi lần lượt là \(M(3;3;1{,}5)\), \(N(3;4;1{,}5)\). Viết phương trình tham số của đường ngắm bắn của xạ thủ (xem như đường thẳng \(MN\)).

Image

Đường thẳng \(MN\) có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow{MN}=(0;1;0)\) nên có phương trình tham số là \(\begin{cases} x=3\\y=3+t\\z=1{,}5.\end{cases}\)

Câu 58:

Trong không gian \(Oxyz\), một cabin cáp treo xuất phát từ điểm \(A(10;3;0)\) và chuyển động đều theo đường cáp có véc-tơ chỉ phương là \(\overrightarrow{u}=(2;-2;1)\) với tốc độ là \(4{,}5\) m/s (đơn vị trên mỗi trục tọa độ là mét).

a) Viết phương trình đường cáp.

b) Giả sử sau \(t\) (s) kể từ lúc xuất phát \((t\ge0)\), cabin đến điểm \(M\). Tìm tọa độ điểm \(M\).

c) Cabin dừng ở điểm \(B\) có hoành độ \(x_B=550\). Tìm độ dài quãng đường \(AB\) (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị của mét).

d) Đường cáp \(AB\) tạo với mặt phẳng \((Oxy)\) góc bao nhiêu độ (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị của độ)?

Image

a) Phương trình chính tắc của đường cáp là \(\displaystyle\frac{x-10}{2}=\displaystyle\frac{y-3}{-2}=\displaystyle\frac{z}{1}\).

b) Do tốc độ chuyển động của cabin là \(4{,}5\) m/s nên độ dài \(AM=4{,}5t\) (m).

Vì vậy \(\left|\overrightarrow{AM}\right|=4{,}5t\) (\(t\ge0\)).

Do hai véc-tơ \(\overrightarrow{AM}\)\(\overrightarrow{u}\) là cùng hướng nên \(\overrightarrow{AM}=k\overrightarrow{u}\) với \(k\) là số thực dương nào đó.

Suy ra \(\left|\overrightarrow{AM}\right|=k\left|\overrightarrow{u}\right|=k\cdot\sqrt{2^2+(-2)^2+1^2}=3k\). Do đó \(3k=4{,}5t\Leftrightarrow k=\displaystyle\frac{3t}{2}\).

Vì thế, ta có \(\overrightarrow{AM}=\displaystyle\frac{3t}{2}\overrightarrow{u}=\left(3t;-3t;\displaystyle\frac{3t}{2}\right)\).

Gọi tọa độ của điểm \(M\)\((x_M;y_M;z_M)\).

Do \(\overrightarrow{AM}=(x_M-x_A;y_M-y_A;z_M-z_A)=\left(3t;-3t;\displaystyle\frac{3t}{2}\right)\) nên \(\begin{cases}=x_M=3t+x_A\\=y_M=-3t+y_A\\=z_M=\displaystyle\frac{3t}{2}+z_A\end{cases}\Leftrightarrow\begin{cases}=x_M=3t+10\\=y_M=-3t+3\\=z_M=\displaystyle\frac{3t}{2}.\end{cases}\)\\

Vậy điểm \(M\) có tọa độ là \(\left(3t+10;-3t+3;\displaystyle\frac{3t}{2}\right)\).

c) Do \(x_B=550\) nên \(3t+10=550\), tức là \(t=180\) (s). Do đó, ta có điểm \(B(550;-537;270)\).

Vậy \(AB=\sqrt{(550-10)^2+(-537-3)^2+(270-0)^2}=\sqrt{656100}=810\) (m).

d) Đường thẳng \(AB\) có véc-tơ chỉ phương \(\overrightarrow{u}=(2;-2;1)\) và mặt phẳng \((Oxy)\) có véc-tơ pháp tuyến \(\overrightarrow{k}=(0;0;1)\). Do đó, ta có

\(\sin\left(\Delta,(Oxy)\right)=\left|\cos\left(\overrightarrow{u},\overrightarrow{k}\right)\right|=\displaystyle\frac{\left|\overrightarrow{u}\cdot\overrightarrow{k}\right|}{\left|\overrightarrow{u}\right|\cdot\left|\overrightarrow{k}\right|}=\displaystyle\frac{1}{3\cdot1}=\displaystyle\frac{1}{3}.\)

Vậy \(\left(\Delta,(Oxy)\right)\approx 19^\circ\).

Câu 59:

Trên một sườn núi (có độ nghiêng không đều), người ta trồng một cây thông và muốn giữ nó không bị nghiêng bằng hai sợi dây neo như hình. Giả thiết cây thông mọc thẳng đứng và trong một hệ tọa độ phù hợp, các điểm \(O\) (gốc cây thông) và \(A\), \(B\) (nơi buộc dây neo) có tọa độ tương ứng là \(O(0;0;0)\), \(A(3;-4;2)\), \(B(-5;-2;1)\), đơn vị trên mỗi trục tọa độ là mét. Biết rằng hai dây neo đều được buộc vào cây thông tại điểm \((0;0;5)\) và được kéo căng tạo thành các đoạn thẳng.

Image

a) Tính độ dài của mỗi dây neo được sử dụng.

b) Tính góc tạo bởi mỗi dây neo và mặt phẳng sườn núi (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị của độ).

a) Do điểm \(C(0;0;5)\) nên \begin{center}

\(AC=\sqrt{(3-0)^2+(-4-0)^2+(2-5)^2}=\sqrt{24}\) (m);

\(BC=\sqrt{(-5-0)^2+(-2-0)^2+(1-5)^2}=3\sqrt{5}\) (m).

\end{center}

b) Ta có \(\overrightarrow{OA}=(3;-4;2)\), \(\overrightarrow{OB}=(-5;-2;1)\) nên

\(\left[\overrightarrow{OA},\overrightarrow{OB}\right]=\left( \left| \begin{matrix}-4 & 2 \\-2 & 1\\\end{matrix} \right|;\left| \begin{matrix}2 & 3\\1 & -5\\\end{matrix} \right|;\left| \begin{matrix}3 & -4\\-5& -2\\\end{matrix} \right| \right)=(0;-13;-26).\)

Vì thế véc-tơ \(\overrightarrow{n}=(0;1;2)\) là một véc-tơ pháp tuyến của mặt phẳng \((OAB)\).

Mặt khác, do \(\overrightarrow{CA}=(3;-4;-3)\), \(\overrightarrow{BC}=(5;2;4)\) nên ta có

\(\sin\left(CA,(OAB)\right)=\left|\cos\left(\overrightarrow{CA},\overrightarrow{n}\right)\right|=\displaystyle\frac{\left|\overrightarrow{CA}\cdot\overrightarrow{n}\right|}{\left|\overrightarrow{CA}\right|\cdot\left|\overrightarrow{n}\right|}=\displaystyle\frac{\left|3\cdot0+(-4)\cdot1+(-3)\cdot2\right|}{\sqrt{34}\cdot\sqrt{5}}=\displaystyle\frac{10}{\sqrt{170}}\),

suy ra \(\left(CA,(OAB)\right)\approx 50^\circ\).

Vậy góc tạo bởi dây neo \(CA\) và mặt phẳng sườn núi là khoảng \(50^\circ\).

\(\sin\left(BC,(OAB)\right)=\left|\cos\left(\overrightarrow{BC},\overrightarrow{n}\right)\right|=\displaystyle\frac{\left|\overrightarrow{BC}\cdot\overrightarrow{n}\right|}{\left|\overrightarrow{BC}\right|\cdot\left|\overrightarrow{n}\right|}=\displaystyle\frac{\left|5\cdot0+2\cdot1+4\cdot2\right|}{3\sqrt{5}\cdot\sqrt{5}}=\displaystyle\frac{2}{3}\),\\

suy ra \(\left(BC,(OAB)\right)\approx 42^\circ\).

Vậy góc tạo bởi dây neo \(BC\) và mặt phẳng sườn núi là khoảng \(42^\circ\).