Trong không gian Oxyz, cho mặt cầu \(\left( S \right):\,\,{x^2} + {y^2} + {z^2} - 2x - 4y + 6z - 13 = 0\) và đường thẳng \(d:\,\,\dfrac{{x + 1}}{1} = \dfrac{{y + 2}}{1} = \dfrac{{z - 1}}{1}\). Tọa độ điểm M trên đường thẳng d sao cho từ M kẻ được 3 tiếp tuyến MA, MB, MC đến mặt cầu (S) (A, B, C là các tiếp điểm) thỏa mãn \(\widehat {AMB} = {60^0};\,\,\widehat {BMC} = {90^0};\,\widehat {CMA} = {120^0}\) có dạng \(M\left( {a;b;c} \right)\) với \(a < 0\). Tổng \(a + b + c\) bằng:
Phương pháp giải
Tính độ dài đoạn thẳng IM với I là tâm mặt cầu.
Tham số hóa tọa độ điểm M, sau đó dựa vào độ dài IM để tìm điểm M.
Lời giải của Tự Học 365

Mặt cầu (S) có tâm \(I\left( {1;2; - 3} \right)\), bán kính \(R = 3\sqrt 3 \).
Đặt \(MA = MB = MC = a\).
Tam giác \(MAB\) đều \( \Rightarrow AB = a\)
Tam giác \(MBC\) vuông tại M \( \Rightarrow BC = a\sqrt 2 \)
Tam giác \(MCA\) có \(\widehat {CMA} = {120^0} \Rightarrow AC = a\sqrt 3 \)
Xét tam giác \(ABC\) có \(A{B^2} + B{C^2} = A{C^2} \Rightarrow \Delta ABC\) vuông tại B \( \Rightarrow \Delta ABC\) ngoại tiếp đường tròn nhỏ có đường kính \(AC\)\( \Rightarrow HA = \dfrac{1}{2}AC = \dfrac{{a\sqrt 3 }}{2}\)
Xét tam giác vuông \(IAM\) có:
\(\dfrac{1}{{H{A^2}}} = \dfrac{1}{{A{M^2}}} + \dfrac{1}{{I{A^2}}} \Rightarrow \dfrac{4}{{3{a^2}}} = \dfrac{1}{{{a^2}}} + \dfrac{1}{{27}} \Leftrightarrow \dfrac{1}{{3{a^2}}} = \dfrac{1}{{27}} \Leftrightarrow a = 3 = MA\)
\( \Rightarrow I{M^2} = M{A^2} + I{A^2} = {3^2} + 27 = 36\)
\(\begin{array}{l}M \in \left( d \right) \Rightarrow M\left( { - 1 + t; - 2 + t;1 + t} \right) \Leftrightarrow I{M^2} = {\left( {t - 2} \right)^2} + {\left( {t - 4} \right)^2} + {\left( {t + 4} \right)^2} = 36\\ \Leftrightarrow 3{t^2} - 4t = 0\\ \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}t = 0\\t = \dfrac{4}{3}\end{array} \right. \Rightarrow \left[ \begin{array}{l}M\left( { - 1; - 2;1} \right)\\M\left( {\dfrac{1}{3}; - \dfrac{2}{3};\dfrac{7}{3}} \right)\,\,\,\left( {ktm} \right)\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}a = - 1\\b = - 2\\c = 1\end{array} \right. \Rightarrow a + b + c = - 2\end{array}\)
Đáp án cần chọn là: b
Toán Lớp 12