Sử dụng kiến thức về vị trí tương đối của hai đường thẳng để xét vị trí tương đối của hai đường thẳng. Trả lời Giải bài tập 5.47 trang 63 SGK Toán 12 tập 2 – Kết nối tri thức – Bài tập cuối chương 5. Trong không gian Oxyz, cho hai đường thẳng d:…
Đề bài/câu hỏi:
Trong không gian Oxyz, cho hai đường thẳng d: \(\frac{{x + 2}}{1} = \frac{{y + 3}}{2} = \frac{{z – 3}}{{ – 2}}\) và \(d’:\left\{ \begin{array}{l}x = 1 – t\\y = – 2 + t\\z = 2t\end{array} \right.\).
a) Xác định vị trí tương đối của hai đường thẳng d và d’.
b) Tính góc giữa d và d’.
Hướng dẫn:
a) Sử dụng kiến thức về vị trí tương đối của hai đường thẳng để xét vị trí tương đối của hai đường thẳng: Trong không gian Oxyz, cho hai đường thẳng \({\Delta _1},{\Delta _2}\) lần lượt đi qua các điểm \({A_1}\left( {{x_1};{y_1};{z_1}} \right),{A_2}\left( {{x_2};{y_2};{z_2}} \right)\) và tương ứng có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow {{u_1}} = \left( {{a_1};{b_1};{c_1}} \right),\overrightarrow {{u_2}} = \left( {{a_2};{b_2};{c_2}} \right)\). Khi đó:
\({\Delta _1}//{\Delta _2} \Leftrightarrow \) \(\overrightarrow {{u_1}} \) cùng phương với \(\overrightarrow {{u_2}} \) và \({A_1}\not \in {\Delta _2}\)
\({\Delta _1} \equiv {\Delta _2} \Leftrightarrow \) \(\overrightarrow {{u_1}} \) cùng phương với \(\overrightarrow {{u_2}} \) và \({A_1} \in {\Delta _2}\)
\({\Delta _1}\) và \({\Delta _2}\) chéo nhau \( \Leftrightarrow \overrightarrow {{A_1}{A_2}} .\left[ {\overrightarrow {{u_1}} ,\overrightarrow {{u_2}} } \right] \ne 0\)
\({\Delta _1}\) và \({\Delta _2}\) cắt nhau \( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}\left[ {\overrightarrow {{u_1}} ,\overrightarrow {{u_2}} } \right] \ne \overrightarrow 0 \\\overrightarrow {{A_1}{A_2}} .\left[ {\overrightarrow {{u_1}} ,\overrightarrow {{u_2}} } \right] = 0\end{array} \right.\)
b) Sử dụng kiến thức về góc giữa hai đường thẳng để tính: Trong không gian Oxyz, cho hai đường thẳng \(\Delta \) và \(\Delta ‘\) tương ứng có vectơ chỉ phương \(\overrightarrow u = \left( {a;b;c} \right),\overrightarrow {u’} = \left( {a’;b’;c’} \right)\). Khi đó: \(\cos \left( {\Delta ,\Delta ‘} \right) = \left| {\cos \left( {\overrightarrow u ,\overrightarrow {u’} } \right)} \right| = \frac{{\left| {aa’ + bb’ + cc’} \right|}}{{\sqrt {{a^2} + {b^2} + {c^2}} .\sqrt {a{‘^2} + b{‘^2} + c{‘^2}} }}\).
Lời giải:
a) Đường thẳng d nhận \(\overrightarrow {{u_1}} \left( {1;2; – 2} \right)\) làm một vectơ chỉ phương và đi qua điểm \(A\left( { – 2; – 3;3} \right).\)
Đường thẳng d’ nhận \(\overrightarrow {{u_2}} \left( { – 1;1;2} \right)\) làm một vectơ chỉ phương và đi qua điểm \(B\left( {1; – 2;0} \right)\)
Ta có: \(\overrightarrow {AB} \left( {3;1; – 3} \right),\) \(\left[ {\overrightarrow {{u_1}} ,\overrightarrow {{u_2}} } \right] = \left( {\left| {\begin{array}{*{20}{c}}2&{ – 2}\\1&2\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}{ – 2}&1\\2&{ – 1}\end{array}} \right|;\left| {\begin{array}{*{20}{c}}1&2\\{ – 1}&1\end{array}} \right|} \right) = \left( {6;0;3} \right) \ne \overrightarrow 0 \)
Vì \(\left[ {\overrightarrow {{u_1}} ,\overrightarrow {{u_2}} } \right].\overrightarrow {AB} = 6.3 + 0.1 + 3.\left( { – 3} \right) = 18 + 0 – 9 = 9 \ne 0\) nên d, d’ chéo nhau.
b) Ta có: \(\cos \left( {d,d’} \right) = \left| {\cos \left( {\overrightarrow {{u_1}} ,\overrightarrow {{u_2}} } \right)} \right| = \frac{{\left| {1.\left( { – 1} \right) + 2.1 – 2.2} \right|}}{{\sqrt {{1^2} + {2^2} + {{\left( { – 2} \right)}^2}} .\sqrt {{{\left( { – 1} \right)}^2} + {1^2} + {2^2}} }} = \frac{3}{{3\sqrt 6 }} = \frac{{\sqrt 6 }}{6}\)
Do đó, góc giữa d và d’ xấp xỉ \(65,{9^o}\).