Trong mặt phẳng tọa độ Oxyz, cho bốn điểm \(A\left( {0; – 1;2} \right), B\left( {2; – 3;0} \right), C\left( { – 2;1;1} \right), D\left( {0; – 1;3} \right)\). Gọi \(\left( L \right)\) là tập hợp tất cả các điểm M trong không gian thỏa mãn \(\overrightarrow {MA} .\overrightarrow {MB} = \overrightarrow {MC} .\overrightarrow {MD} = 1\). Biết rằng \(\left( L \right)\) là một đường tròn, đường tròn đó có bán kính r bằng bao nhiêu?
Suy nghĩ và trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo saiGọi \(M\left( {x;y;z} \right)\) là tập hợp các điểm thỏa mãn yêu cầu bài toán. Ta có
\(\overrightarrow {AM} = \left( {x;y + 1;z – 2} \right), \overrightarrow {BM} = \left( {x – 2;y + 3;z} \right), \overrightarrow {CM} = \left( {x + 2;y – 1;z – 1} \right), \overrightarrow {DM} = \left( {x;y + 1;z – 3} \right)\)
Từ giả thiết: \(\overrightarrow {MA} .\overrightarrow {MB} = \overrightarrow {MC} .\overrightarrow {MD} = 1 \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}\overrightarrow {MA} .\overrightarrow {MB} = 1\\\overrightarrow {MC} .\overrightarrow {MD} = 1\end{array} \right.\)
\( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}x\left( {x – 2} \right) + \left( {y + 1} \right)\left( {y + 3} \right) + z\left( {z – 2} \right) = 1\\x\left( {x + 2} \right) + \left( {y + 1} \right)\left( {y – 1} \right) + \left( {z – 1} \right)\left( {z – 3} \right) = 1\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x^2} + {y^2} + {z^2} – 2x + 4y – 2z + 2 = 0\\{x^2} + {y^2} + {z^2} + 2x – 4z + 1 = 0\end{array} \right.\)
Suy ra quỹ tích điểm M là đường tròn giao tuyến của mặt cầu tâm \({I_1}\left( {1; – 2;1} \right), {R_1} = 2\) và mặt cầu tâm \({I_2}\left( { – 1;0;2} \right), {R_2} = 2\).
Ta có: \({I_1}{I_2} = \sqrt 5 \).
Dễ thấy: \(r = \sqrt {R_1^2 – {{\left( {\frac{{{I_1}{I_2}}}{2}} \right)}^2}} = \sqrt {4 – \frac{5}{4}} = \frac{{\sqrt {11} }}{2}\).