Bài 2.30 trang 54 SBT toán 12 – Kết nối tri thức: Cho hình lập phương ABCD. A’B’C’D’ có độ dài mỗi cạnh bằng 1. Xét hệ tọa độ Oxyz gắn với hình lập phương như hình vẽ bên

Đề bài/câu hỏi:

Cho hình lập phương \(ABCD.A’B’C’D’\) có độ dài mỗi cạnh bằng 1. Xét hệ tọa độ \(Oxyz\) gắn với hình lập phương như hình vẽ bên.

a) Tìm tọa độ các đỉnh của hình lập phương.

b) Tìm tọa độ trọng tâm \(G\) của tam giác \(B’CD’\).

c) Chứng minh rằng ba điểm \(O,G,A\) thẳng hàng.

Hướng dẫn:

Ý a: Tìm tọa độ các đỉnh thuộc tia \(Ox,Oy,Oz\) trước, sau đó sử dụng các đẳng thức vectơ bằng nhau để tìm các điểm còn lại. Chú ý sử dụng giả thiết cạnh hình lập phương bằng 1.

Ý b: Dùng công thức tìm tọa độ trọng tâm.

Ý c: Chứng minh \(\overrightarrow {OA} \) và \(\overrightarrow {OG} \) cùng phương bằng đẳng thức \(\overrightarrow {OA} = k\overrightarrow {OG} \).

Lời giải:

a) Ta có gốc tọa độ là \(C’\) nên \(C’\left( {0;0;0} \right)\); \(B’\) thuộc tia \(Ox\) và \(OB’ = 1\) nên \(B’\left( {1;0;0} \right)\); \(D’\) thuộc tia \(Oy\) và \(OD’ = 1\) nên \(D’\left( {0;1;0} \right)\); \(C\) thuộc tia \(Oz\) và \(OC = 1\) nên \(C\left( {0;0;1} \right)\).

Ta có \(\overrightarrow {C’C} = \overrightarrow {D’D} \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}0 = {x_D}\\0 = {y_D} – 1\\1 = {z_D}\end{array} \right. \Leftrightarrow D\left( {0;1;1} \right)\); \(\overrightarrow {B’B} = \overrightarrow {C’C} \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_B} – 1 = 0\\{y_B} = 0\\{z_B} = 1\end{array} \right. \Leftrightarrow B\left( {1;0;1} \right)\);

\(\overrightarrow {B’A’} = \overrightarrow {C’D’} \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_{A’}} – 1 = 0\\{y_{A’}} = 1\\{z_{A’}} = 0\end{array} \right. \Leftrightarrow A’\left( {1;1;0} \right)\); \(\overrightarrow {A’A} = \overrightarrow {C’C} \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_A} – 1 = 0\\{y_A} – 1 = 0\\{z_A} = 1\end{array} \right. \Leftrightarrow A\left( {1;1;1} \right)\).

Vậy \(A\left( {1;1;1} \right)\), \(B\left( {1;0;1} \right)\), \(C\left( {0;0;1} \right)\), \(D\left( {0;1;1} \right)\), \(A’\left( {1;1;0} \right)\), \(B’\left( {1;0;0} \right)\), \(C’\left( {0;0;0} \right)\)

và \(D’\left( {0;1;0} \right)\).

b) Ta có \(B’\left( {1;0;0} \right)\), \(C\left( {0;0;1} \right)\) và \(D’\left( {0;1;0} \right)\) suy ra \(G\left( {\frac{1}{3};\frac{1}{3};\frac{1}{3}} \right)\).

c) Ta có \(\overrightarrow {OG} = \left( {\frac{1}{3};\frac{1}{3};\frac{1}{3}} \right)\); \(\overrightarrow {OA} = \left( {1;1;1} \right)\). Suy ra \(\overrightarrow {OA} = 3\overrightarrow {OG} \). Vậy ba điểm \(O,G,A\) thẳng hàng.