Giải SGK Toán 12 Bài 8 (Kết nối tri thức): Biểu thức toạ độ của các phép toán vectơ

Giải bài tập Toán 12 Bài 8: Biểu thức toạ độ của các phép toán vectơ

I. Biểu thức tọa độ của phép cộng hai vectơ, phép trừ hai vectơ, phép nhân một số với một vectơ

HĐ1 trang 67 Toán 12 Tập 1: Trong không gian Oxyz, cho hai vectơ a=(1;0;5) và b=(1;3;9).

a) Biểu diễn hai vectơ a và b qua các vectơ đơn vị i,j,k.

b) Biểu diễn hai vectơ a+b và 2a qua các vectơ đơn vị i,j,k, từ đó xác định tọa độ của hai vectơ đó.

Lời giải:

a) Ta có: a=(1;0;5)=i+5kb=(1;3;9)=i+3j+9k.

b) Ta có: a+b=i+5k+i+3j+9k=2i+3j+14k. Do đó, a+b=(2;3;14)

2a=2(i+5k)=2i+10k. Do đó, 2a=(2;0;10)

Câu hỏi trang 67 Toán 12 Tập 1: Nếu tọa độ của vectơ a là (x; y; z) thì tọa độ của vectơ đối của a là gì?

Lời giải:

Vectơ đối của a là a.

Tọa độ của vectơ đối của a là: (x;y;z).

Luyện tập 1 trang 68 Toán 12 Tập 1: Trong không gian Oxyz, cho ba vectơ u=(1;8;6),v=(1;3;2) và w=(0;5;4). Tìm tọa độ của vectơ u2v+w.

Lời giải:

u2v+w=(1;8;6)2(1;3;2)+(0;5;4)=(1+2;86+5;6+4+4)=(3;7;14)

HĐ2 trang 68 Toán 12 Tập 1: Trong không gian Oxyz, cho tam giác ABC có A(xA;yA;zA),B(xB;yB;zB) và C(xC;yC;zC).

a) Gọi M là trung điểm của đoạn thẳng AB. Tìm tọa độ của M theo tọa độ của A và B.

b) Gọi G là trọng tâm của tam giác ABC. Tìm tọa độ của G theo tọa độ của A và B và C.

Lời giải:

Ta có: OA=(xA;yA;zA),OB=(xB;yB;zB),OC=(xC;yC;zC)

a) Vì M là trung điểm của AB nên OM=12(OA+OB){xM=xA+xB2yM=yA+yB2zM=zA+zB2.

Do đó, M(xA+xB2;yA+yB2;zA+zB2).

b) Vì G là trọng tâm của tam giác ABC nên OG=13(OA+OB+OC)

{xG=xA+xB+xC3yG=yA+yB+yC3zG=zA+zB+zC3. Do đó, G(xA+xB+xC3;yA+yB+yC3;zA+zB+zC3).

Luyện tập 2 trang 69 Toán 12 Tập 1: Trong không gian Oxyz, cho ba điểm A(2;9;1),B(9;4;5) và G(3;0;4). Tìm tọa độ điểm C sao cho tam giác ABC nhận G là trọng tâm.

Lời giải:

Để G là trọng tâm của tam giác ABC thì

{xG=xA+xB+xC3yG=yA+yB+yC3zG=zA+zB+zC3{xC=3xGxAxB=3.329=2yC=3yGyAyB=3.094=13zC=3zGzAzB=3.4+15=8

Vậy C(2;13;8)

2. Biểu thức tọa độ của tích vô hướng

HĐ3 trang 69 Toán 12 Tập 1: Trong không gian Oxyz, cho hai vectơ a=x; y; z và b=x; y; z

a) Giải thích vì sao i.i=1và i.j=i. k=0

b) Sử dụng biểu diễn a=xi+yj+zk để tính các tích vô hướng a.i; a. j; a. k

c) Sử dụng biểu diễn b=xi+yj+zk để tính tích vô hướng a.b

Lời giải:

a) Ta có: i.i=|i|.|i|.cos00=|i|2=1

Vì iji.j=0;iki.k=0

b) Ta có: a.i=(xi+yj+zk)i=x.i2+y.j.i+z.k.i=x

a.j=(xi+yj+zk)j=xi.j+yj2+zk.j=y

a.k=(xi+yj+zk).k=xi.k+yj.k+z.k2=z

c) Ta có: a.b=(xi+yj+zk).(xi+yj+zk)

=xxi2+xy.i.j+xzi.k+xy.i.j+yy.j2+yzj.k+zx.k.i+zy.kj+zzk2

Mà i.k=0;i.j=0;j.k=0 nên: a.b=xx+yy+zz

Luyện tập 3 trang 69 Toán 12 Tập 1: Trong ví dụ 3, tính a+b2

Lời giải:

Ta có: a2=12+42+22=21;b2=(4)2+12+0=17;a.b=0

Do đó, (a+b)2=a2+2.a.b+b2=21+2.0+17=38

Luyện tập 4 trang 70 Toán 12 Tập 1: Trong không gian Oxyz, cho A(0; 2; 1), B(3; -2; 1) và C(-2; 5; 7).

a) Tính chu vi của tam giác ABC.

b) Tính BAC^

Lời giải:

a) Ta có: AB(3;4;0)AB=32+(4)2=5;

AC(2;3;6)AC=(2)2+32+62=7

Vậy chu vi tam giác ABC là:

b) Vì cos(AB;AC)=AB.AC|AB|.|AC|=3.(2)+(4).3+0.65.7=1835cos(AB;AC)120,90

Nên BAC^=1800120,90=59,10.

3. Vận dụng tọa độ của vectơ trong một số bài toán có liên quan đến thực tiễn

Luyện tập 5 trang 71 Toán 12 Tập 1: Với các giả thiết như trong Ví dụ 5, hãy xác định tọa độ của các chiếc máy bay sau 10 phút tiếp theo (tính từ thời điểm máy bay ở điểm B).

Lời giải:

Gọi D(x; y; z) là vị trí của máy bay sau 10 phút bay tiếp theo (tính từ thời điểm máy bay ở điểm B). Vì hướng của máy bay không đổi nên AB và BD cùng hướng. Do vận tốc máy bay không đổi và thời gian bay từ A đến B bằng thời gian bay từ B đến D nên AB=BD. Do đó, BD=AB=(140;50;1).

Mặt khác: BD=(x940;y550;z8) nên {x940=140y550=50z8=1{x=1080y=600z=9

Vậy D(1 080; 600; 9). Vậy tọa độ của máy bay trong 10 phút tiếp theo là (1 080; 600; 9).

Luyện tập 6 trang 71 Toán 12 Tập 1: Trong tình huống mở đầu, hãy tính độ lớn của góc α.

Lời giải:

Tài liệu VietJack

Theo Ví dụ 6 ta có: AB=(120;0;300);|AB|=6029cm,O(0;450;0),A(240;450;0)

Do đó, AO=(240;0;0)|AO|=240cm

Ta có: cos(AB;AO)=AB.AO|AB|.|AO|=(120)(240)+0.0+300.06029.240=22929

BAO^680. Vậy α680

Luyện tập 7 trang 72 Toán 12 Tập 1: Trong Ví dụ 7, khinh khí cầu thứ nhất hay thứ hai ở xa điểm xuất phát hơn? Giải thích vì sao.

Lời giải:

Theo Ví dụ 7 ta có, khinh khí cầu thứ nhất có tọa độ là A(2; 1; 0,5), khinh khí cầu thứ hai có tọa độ là B(1;1,5;0,8).

Ta có: OA=22+12+0,52=212kmOB=(1)2+(1,5)2+0,82=38910km.

Vì gốc O đặt tại điểm xuất phát và OA>OB nên khinh khí cầu thứ hai gần điểm xuất phát hơn.

Bài tập (trang 72)

Đề bài

Bài 2.20 trang 72 Toán 12 Tập 1: Trong không gian Oxyz, cho ba vectơ a=(3;1;2)b=(3;0;4) và c=(6;1;0)

a) Tìm tọa độ của các vectơ a+b+c và 2a3b5c.

b) Tính các tích vô hướng a.(b) và (2a).c.

Lời giải:

a) a+b+c=(3+(3)+6;1+01;2+4+0)=(6;0;6)

2a3b5c=(2.33.(3)5.6;2.13.05.(1);2.23.45.0)=(15;7;8)

b) a(b)=a.b=(3.(3)+1.0+2.4)=1

Ta có: 2a=(6;2;4) nên (2a).c=6.6+2.(1)+4.0=34

Bài 2.21 trang 72 Toán 12 Tập 1: Trong không gian Oxyz, cho ba vectơ a=(3;1;2)b=(3;0;4) và c=(6;1;0)

a) Tìm tọa độ của các vectơ a+b+c và 2a3b5c.

b) Tính các tích vô hướng a.(b) và (2a).c.

Lời giải:

a) Ta có: MN=(4(4);43;23)=(8;7;1),MP(7;3;4)

Vì 877314 nên hai vectơ MN,MP không cùng phương. Do đó, ba điểm M, N, P không thẳng hàng.

b)

 Giải SGK Toán 12 Bài 8 (Kết nối tri thức): Biểu thức toạ độ của các phép toán vectơ (ảnh 1)

Ta có: NM(8;7;1),NP(1;10;3).

Suy ra: NM+NP=((8)+(1);7+10;13)=(9;17;2)

Gọi tọa độ điểm Q là Q(x; y; z), ta có: NQ(x4;y+4;z2)

Để tứ giác MNPQ là hình bình hành thì NM+NP=NQ

Suy ra: {x4=9y+4=17z2=2{x=5y=13z=0. Vậy Q(5;13;0)

c) Ta có: NM=|NM|=(8)2+72+12=114NP=|NP|=(1)2+102+(3)2=110

Vậy chu vi hình bình hành MNPQ là: C=2(NP+NM)=2(114+110)

Bài 2.22 trang 72 Toán 12 Tập 1: Trong không gian Oxyz, cho tam giác ABC có A(1;0;1),B(0;3;1) và C(4;1;4).

a) Tìm tọa độ trọng tâm của tam giác ABC.

b) Chứng minh rằng BAC^=900.

c) Tính ABC^.

Lời giải:

a) Gọi G là trọng tâm của tam giác ABC. Khi đó, {xG=xA+xB+xC3=53yG=yA+yB+yC3=43zG=zA+zB+zC3=2.

Vậy tọa độ trọng tâm của tam giác ABC là: G(53;43;2).

b) Ta có: AB(1;3;0),AC(3;1;3)

Vì AB.AC=(1).3+(3)(1)+0.3=0 nên ABAC. Do đó, BAC^=900.

c) Ta có: BA=12+32=10;AC=32+(1)2+32=19

Vì tam giác ABC vuông tại A nên tanABC^=ACBA=1910ABC^540

Bài 2.23 trang 72 Toán 12 Tập 1: Một phòng học có thiết kế dạng hình hộp chữ nhật với chiều dài là 8m, chiều rộng là 6m và chiều cao là 3m. Một chiếc đèn được treo tại chính giữa trần nhà của phòng học. Xét hệ trục tọa độ Oxyz có gốc O trùng với một góc phòng và mặt phẳng (Oxy) trùng với mặt sàn, đơn vị đo được lấy theo mét (H.2.51). Hãy tìm tọa độ của điểm treo đèn.

Giải SGK Toán 12 Bài 8 (Kết nối tri thức): Biểu thức toạ độ của các phép toán vectơ (ảnh 2)

Lời giải:

Giải SGK Toán 12 Bài 8 (Kết nối tri thức): Biểu thức toạ độ của các phép toán vectơ (ảnh 3)

Đặt tên các điểm như hình vẽ.

Khi đó, O(0;0;3),B(8;6;3).

Vì phòng học thiết kế dạng hình hộp chữ nhật nên hình O’C’B’A’ là hình chữ nhật. Gọi là giao điểm của hai đường chéo O’B’ và A’C’ nên I là trung điểm của O’B’.

Vì đèn được treo tại chính giữa trần nhà của phòng học nên đèn trùng với I.

Do đó: {xI=xO+xB2=4yI=yO+yB2=3zI=zO+zB2=3. Suy ra, I(4; 3; 3). Vậy tọa độ của điểm treo đèn là (4; 3; 3).

Bài 2.24 trang 72 Toán 12 Tập 1: Trong không gian, xét hệ tọa độ Oxyz có gốc O trùng với vị trí của một giàn khoan trên biển, mặt phẳng (Oxy) trùng với mặt biển (được coi là phẳng) với trục Ox hướng về phía tây, trục Oy hướng về phía nam và trục Oz hướng thẳng đứng lên trời (H.2.52). Đơn vị đo trong không gian Oxyz lấy theo kilômét. Một chiếc ra đa đặt tại giàn khoan có phạm vi theo dõi là 30km. Hỏi ra đa có thể phát hiện được một chiếc tàu thám hiểm có tọa độ là (25; 15; -10) đối với hệ tọa độ nói trên hay không? Hãy giải thích vì sao.

Giải SGK Toán 12 Bài 8 (Kết nối tri thức): Biểu thức toạ độ của các phép toán vectơ (ảnh 5)

Lời giải:

Vì OM(25;15;10)OM=252+152+(10)2=538>30

Do đó, ra đa không thể phát hiện được một chiếc tàu thám hiểm có tọa độ là (25; 15; -10) đối với hệ tọa độ nói trên.

Xem thêm các bài giải bài tập Toán lớp 12 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 7. Hệ trục toạ độ trong không gian

Bài 8. Biểu thức toạ độ của các phép toán vectơ

Bài tập cuối chương 2

Bài 9. Khoảng biến thiên và khoảng tứ phân vị

Bài 10. Phương sai và độ lệch chuẩn

Bài tập cuối chương 3

Lý thuyết Biểu thức toạ độ của các phép toán vectơ

1. Biểu thức tọa độ của phép cộng hai vecto, phép trừ hai vecto, phép nhân một số với một vecto

Các phép toán vecto cơ bản

Trong không gian Oxyz, cho hai vecto a=(x;y;z) và b=(x;y;z). Ta có:

a+b=(x+x;y+y;z+z)

ab=(xx;yy;zz)

ka=(kx;ky;kz) với k là một số thực

 Công thức tính tọa độ trung điểm đoạn thẳng và trọng tâm tam giác

Trong không gian Oxyz, cho ba điểm không thẳng hàngA(xA;yA;zA),B(xB;yB;zB),C(xC;yC;zC). Khi đó:

Tọa độ trung điểm của đoạn thẳng AB là(xA+xB2;yA+yB2;zA+zB2)

Tọa độ trọng tâm tam giác ABC là(xA+xB+xC2;yA+yB+yC2;zA+zB+zC2)

 2. Biểu thức tọa độ của tích vô hướng

Trong không gian Oxyz, tích vô hướng của hai vecto a=(x;y;z) và b=(x;y;z) được xác định bởi công thức ab=xx+yy+zz

 3. Vận dụng tọa độ của vecto trong một số bài toán có liên quan đến thực tiễn

Ví dụ: Trong không gian với một hệ trục cho trước (đơn vị đo km), ra đa phát hiện một chiếc máy bay di chuyển với vận tốc và hướng không đổi từ điểm A(800;500;7) đến điểm B (940;550;8) trong 10 phút. Nếu máy bay tiếp tục giữ nguyên vận tốc và hướng bay thì tọa độ của máy bay sau 5 phút tiếp theo là gì?

Giải

Gọi C(x;y;z) là vị trí của máy bay sau 5 phút tiếp theo. Vì hướng của máy bay không đổi nên AB và BC cùng hướng. Do vận tốc bay không đổi và thời gian bay từ A đến B gấp đôi thời gian bay từ B đến C nên AB = 2 BC

Do đó,BC=12AB=(9408002;5505002;872)=(70;25;0,5)

Mặt khác,  nên {x940=70y550=25z8=0,5

Từ đó {x=1010y=575z=8,5 và vì vậy C(1010;575;8,5)

Vậy tọa độ của máy bay sau 5 phút tiếp theo là (1010;575;8,5)

Để lại một bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Lên đầu trang