PHẦN 2: PHƯƠNG TRÌNH MẶT PHẲNG
B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN
Dạng 1. Viết phương trình mặt phẳng đi qua một điểm M x y z
0; 0; 0
và có véctơ pháp tuyến
; ;
n A B C Phương pháp giải:
Phương trình mặt phẳng đi qua M0
x y z0; 0; 0
và có một véctơ pháp tuyến n
A B C; ;
là:
0
0
0
0A xx B yy C zz
VD 1. Gọi
là mặt phẳng đi qua điểm M
1; 2; 4
và nhận n
2;3;5
làm véctơ pháp tuyến.Phương trình mặt phẳng
là:A. 2x3y5z160. B. 2x3y5z160.
C. 2x3y5z280. D. 2x3y5z280.
Hướng dẫn giải Chọn A.
Phương trình mặt phẳng
là : 2
x 1
3 y 2
5 z4
0 2x3y5z160VD 2. Gọi
là mặt phẳng đi qua điểm M
1; 2;3
và nhận n
4;5; 6
làm véc tơ pháp tuyến.Phương trình mặt phẳng
là:A. 4x5y6z320. B. 4x5y6z320.
C. x2y3z320. D. x2y3z320.
Hướng dẫn giải Chọn B.
Phương trình mặt phẳng ( ) là : 4
x 1
5 y 2
6 z 3
0 4x5y6z320VD 3. Gọi
là mặt phẳng đi qua điểm M
2;0;1
và nhận n
1;1;1
làm véc tơ pháp tuyến. Phương trình mặt phẳng
là:A. 2x0y z 3 0. B. x y z 3 0.
C. 2x0y z 3 0. D. x y z 3 0.
Hướng dẫn giải Chọn D.
Phương trình mặt phẳng
là : 1
x 2
1 y 0
1 z 1
0 x y z 3 0Dạng 2. Viết phương trình mặt phẳng đi qua 1 điểm và song song với một mặt phẳng Phương pháp giải:
Phương trình mặt phẳng
đi qua điểm M x y z
0; 0; 0
và song song với mặt phẳng
:AxBy Cz D 0 nên phương trình có dạng:
:A xx0
B y
y0
C z
z0
0VD 1. Gọi
là mặt phẳng đi qua điểm M
2; 1; 2
và song song với mặt phẳng ( ) : 2Q x y 3z 4 0. Phương trình mặt phẳng
là:A. 2x y 2z 11 0. B. 2x y 3z110.
C. 2x y 3z 11 0. D. 2x y 3z 4 0.
Hướng dẫn giải Chọn C.
Phương trình mặt phẳng
Q : 2x y 3z 4 0 có véc tơ pháp tuyến là n
2; 1;3
do đó
2; 1;3
n làm véc tơ pháp tuyến của mặt phẳng
nên có phương trình 2x y 3z 11 0.VD 2. Gọi
là mặt phẳng đi qua điểm M
1; 2;3
và song song với mặt phẳng
Q : 2x3y z 5 0. Phương trình mặt phẳng
là:A. 2x3y z 11 0. B. 2x3y z 110.
C. x2y3z 11 0. D. 2x3y z 5 0.
Hướng dẫn giải Chọn A.
Mặt phẳng
Q có véc tơ pháp tuyến là n
2; 3;1
do đó n
2; 3;1
làm véc tơ pháp tuyến của mặt phẳng
nên có phương trình2x3y z 11 0.VD 3. Gọi
là mặt phẳng đi qua điểm M
2;6; 3
và song song với mặt phẳng
Oxy
. Phươngtrình mặt phẳng
là:A. z 3 0. B. x y 8 0.
C. 2x6y3z0. D. z 3 0.
Hướng dẫn giải Chọn D.
Phương trình mặt phẳng
Oxy
có véc tơ pháp tuyến là k
0; 0;1
do đó chọn k
0; 0;1
làmvéctơ pháp tuyến của mặt phẳng
nên có phương trình z 3 0.Dạng 3. Viết phương trình mặt phẳng đi qua 1 điểm và vuông góc với 2 mặt phẳng cho trước.
(Hoặc viết phương trình mặt phẳng đi qua 1 điểm và song song hoặc chứa giá của hai véctơ cho trước.)
Phương pháp giải:
Mặt phẳng
đi qua điểm M x y z
0; 0; 0
và vuông góc với hai với mặt phẳng
P :A x0 B y0 C z0 D0 0 ;
Q :A x1 B y1 C z1 D1 0nên có một véc tơ pháp tuyến : n nQ,nP( ; ; )A B C
:A xx0
B y
y0
C z
z0
0VD 1. Gọi
là mặt phẳng đi qua điểm M( 2;3;1) và vuông góc với 2 mặt phẳng
P và
Q cóphương trình lần lượt là 2x y 2z 5 0;3x2y z 3 0. Phương trình mặt phẳng
là:
A. 3x 4y z 190 B. 3x4y z 190 C. 3x 4y z 190 D. 3x4y z 190
Hướng dẫn giải Chọn C.
Gọi n là một véctơ pháp tuyến của mặt phẳng
n n nQ, P
3; 4;1
Mặt phẳng
P đi qua điểm M
2;3;1
và có một véctơ pháp tuyến n nên có phương trình : 3x 4y z 19 0
VD 2. Gọi
là mặt phẳng đi qua điểm M
3; 1; 5
và vuông góc với 2 mặt phẳng
P và
Q cóphương trình lần lượt là 3x2y2z 7 0; 5x4y3z 1 0. Phương trình mặt phẳng
là:A. 2x y 2z150. B. 2x y 2z150.
C. 2x y 2z150. D. 2x y 2z150.
Hướng dẫn giải Chọn A.
Gọi n là một véctơ pháp tuyến của mặt phẳng
n n nQ, P
2;1; 2
Mặt phẳng
P đi qua điểm M
3; 1; 5
và có một véctơ pháp tuyến n nên có phương trình:2x y 2z150
VD 3. Gọi
là mặt phẳng đi qua điểm M
0; 2; 0
và vuông góc với 2 mặt phẳng
P và
Q cóphương trình lần lượt là z 3 0; 3x4y7z 1 0.Phương trình mặt phẳng
là:A. 4x3y 6 0 B. 4x3y 6 0 C. 4x3y 6 0 D. 4x3y 6 0
Hướng dẫn giải Chọn D.
Gọi n là một véctơ pháp tuyến của mặt phẳng
n n nQ, P
4;3; 0
Mặt phẳng
P đi qua điểm M
0; 2; 0
và có một véctơ pháp tuyến n nên có phương trình:4x3y 6 0
Dạng 4. Viết phương trình mặt phẳng đi qua 3 điểm không thẳng hàng cho trước.
Phương pháp giải:
Mặt phẳng
đi qua ba điểm M N P; , nên có một véc tơ pháp tuyến :, ( ; ; )
n MN MP A B C
:A xxM
B y
yM
C z
zM
0VD 1. Gọi
là mặt phẳng đi qua 3 điểm A
2; 1;3 ;
B 4;0;1 ;
C 10;5;3
. Phương trình của mặt phẳng
là:A. x2y2z 6 0. B. x2y2z 6 0.
C. x2y2z 6 0. D. x2y2z 2 0.
Hướng dẫn giải Chọn B.
Gọi n là một véctơ pháp tuyến của mặt phẳng
n AB AC,
1; 2; 2
Mặt phẳng
P đi qua điểm A
2; 1;3
và có một véctơ pháp tuyến n nên có phương trình:2 2 6 0
x y z
VD 2. Gọi
là mặt phẳng đi qua 3 điểm A
1;0;0 ;
B 0; 2;0 ;
C 0;0; 3
. Phương trình của mặt phẳng
là:A. 6x3y2z 6 0. B. 6x3y2z 6 0.
C. 6x3y2z 6 0. D. 6x3y2z 6 0.
Hướng dẫn giải Chọn A.
Gọi n là một véctơ pháp tuyến của mặt phẳng
n AB AC,
6; 3; 2
Mặt phẳng
P đi qua điểm A
1;0;0
và có một véctơ pháp tuyến n nên có phương trình:6x3y2z 6 0
VD 3. Gọi
là mặt phẳng đi qua 3 điểm A
1;1;1 ;
B 4;3; 2 ;
C 5; 2;1
. Phương trình của mặt phẳng
là:A. x4y5z 2 0. B. x4y5z 2 0.
C. x4y5z100. D. x4y5z 8 0.
Hướng dẫn giải Chọn B.
Gọi n là một véctơ pháp tuyến của mặt phẳng
n AB AC,
1; 4;5
Mặt phẳng
P đi qua điểm A
1;1;1
và có một véctơ pháp tuyến n nên có phương trình:4 5 2 0
x y z
Dạng 5. Viết phương trình mặt phẳng đi qua 2 điểm và vuông góc với 1 mặt phẳng Phương pháp giải:
Mặt phẳng
đi qua ba điểm M N; và vuông góc với mặt phẳng
P nên có một véc tơ pháp tuyến : n MN n, P( ; ; )A B C
:A xxM
B y
yM
C z
zM
0VD 1. Gọi
là mặt phẳng đi qua 2 điểm A
0; 2;0 ;
B 0;0;0
và vuông góc với mặt phẳng ( ) : 2Q x3y4z 2 0 .Phương trình mặt phẳng
là:A. 2x y z 2 0. B. 2x z 0.
C. 2x z 0. D. 2x y z 0.
Hướng dẫn giải.
Chọn C.
Gọi n là một véctơ pháp tuyến của mặt phẳng
n AB n, Q
2; 0;1
Mặt phẳng
P đi qua điểm A
0; 2;0
và có một véctơ pháp tuyến n nên có phương trình:2x z 0
VD 2. Gọi
là mặt phẳng đi qua 2 điểm A
0;1;0 ;
B 2;3;1
và vuông góc với mặt phẳng ( ) :Q x2y z 0 .Phương trình mặt phẳng
là:A. 4x3y2z 3 0. B. 4x3y2z 3 0.
C. 4x3y2z 3 0. D. 4x3y2z 3 0.
Hướng dẫn giải.
Chọn A.
Gọi n là một véctơ pháp tuyến của mặt phẳng
n AB n, Q
4; 3; 2
Mặt phẳng
P đi qua điểm A
0;1;0
và có một véctơ pháp tuyến n nên có phương trình:4x3y2z 3 0
VD 3. Gọi
là mặt phẳng đi qua 2 điểm A
1;0;1 ;
B 5; 2;3
và vuông góc với mặt phẳng
Q :2x y z 7 0 .Phương trình mặt phẳng
là:A. x2z 1 0. B. x2z 1 0.
C. x2z 3 0. D. x 2z 3 0.
Hướng dẫn giải.
Chọn B.
Gọi n là một véctơ pháp tuyến của mặt phẳng
n AB n, Q
1; 0; 2
Mặt phẳng
P đi qua điểm A
1;0;1
và có một véctơ pháp tuyến n nên có phương trình:2 1 0
x z
Dạng 6. Viết phương trình mặt phẳng trung trực của đoạn thẳng MN. Phương pháp giải:
Mặt phẳng
đi qua trung điểm I của hai điểm M N; và vuông góc với MN nên có một véc tơ pháp tuyến : n MN ( ; ; )A B C
:A xxI
B y
yI
C z
zI
0VD 1. Gọi
là mặt phẳng trung trực của đoạn thẳng AB với A
2;3;7 ;
B 4;1;3
. Phương trình mặt phẳng
là:A. x y 2z 9 0. B. x y 2z 9 0.
C. x y 2z 9 0. D. x y 2z 9 0.
Hướng dẫn giải Chọn C.
Gọi n là một véctơ pháp tuyến của mặt phẳng
n AB
2; 2; 4
Mặt phẳng
đi qua điểm trung điểm I
3; 2;5
của AB và có một véctơ pháp tuyến n nên có phương trình :x y 2z 9 0VD 2. Gọi
là mặt phẳng trung trực của đoạn thẳng AB với A
1; 2; 4 ;
B 3;6; 2
. Phương trình mặt phẳng
là:A. x4y z 7 0. B. x4y z 7 0.
C. x4y z 7 0. D. x4y z 7 0.
Hướng dẫn giải Chọn A.
Gọi n là một véctơ pháp tuyến của mặt phẳng
n AB
2;8; 2
Mặt phẳng
đi qua điểm trung điểm I
2; 2;3
của AB và có một véctơ pháp tuyến n nên có phương trình: x4y z 7 0VD 3. Gọi
là mặt phẳng trung trực của đoạn thẳng AB với A
2;3; 7 ;
B 4; 1;3
. Phươngtrình mặt phẳng
là:A. 3x2y5z 11 0. B. 3x2y5z110.
C. 3x2y5z 11 0. D. 3x2y5z 11 0.
Hướng dẫn giải Chọn D.
Gọi n là một véctơ pháp tuyến của mặt phẳng
n AB
6; 4;10
Mặt phẳng
đi qua điểm trung điểm I
1;1; 2
của AB và có một véctơ pháp tuyến n nên có phương trình: 3x2y5z 9 0Dạng 7. Vị trí tương đối của hai mặt phẳng.
Phương pháp giải:
Cho hai mặt phẳng
, có phương trình:
: A x1 B y C z1 1 D1 0
: A x2 B y C z2 2 D2 0
, cắt nhau A B C1: 1: 1 A2:B2:C2
1 1 1 12 2 2 2
// A B C D
A B C D
1 1 1 12 2 2 2
A B C D
A B C D
A A1 2B B1 2C C1 2 0VD 1. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho hai mặt phẳng
: 2x3y2z 5 0 và
: 3x4y8z 5 0. Khi đó vị trí tương đối của
và
là:A.
cắt
. B.
// .C.
. D.
.Hướng dẫn giải Chọn A.
Vì 2 3 2
3 4 8
cắt
.VD 2. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho hai mặt phẳng
: 5x5y5z 1 0 và
: 3x3y3z 7 0. Khi đó vị trí tương đối của
và
là:A.
cắt
. B.
// .C.
. D.
.Hướng dẫn giải Chọn B.
VD 3. Vì 5 5 5 1
3 3 3 7
// . Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho hai mặt phẳng
:x2y4z 6 0 và
: 2x3y z 5 0. Khi đó vị trí tương đối của
và
là:A.
cắt
. B.
// .C.
. D.
.Hướng dẫn giải Chọn D.
Vì 1.2
2 .3
4 . 1 0
.VD 4. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho hai mặt phẳng
: 2x2y4z 5 0 và
: 5 5 10 25 0x y z 2
. Khi đó vị trí tương đối của
và
là:A.
cắt
. B.
// .C.
. D.
.Hướng dẫn giải Chọn C.
Vì 2 2 4 5
5 5 10 25 2
.Dạng 8. Tìm tọa độ hình chiếu vuông góc của một điểm trên một mặt phẳng. Điểm đối xứng của một điểm qua mặt phẳng.
Phương pháp giải:
Giả sử mặt phẳng
:AxBy Cz D 0 có VTPT là n
A B C; ;
. H x y z
; ;
là hình chiếu của M x
M;yM;zM
lên mặt phẳng
.
0
M M M
x At x y Bt y MH t n
z Ct z H
Ax By Cz D
Giải hệ phương trình trên ta có t rồi suy ra x y z, , .
M
x y z ; ;
là điểm đối xứng của M qua mặt phẳng
H là trung điểm của MM
2 2 2
H M
H M
H M
x x x
y y y
z z z
Từ đó xác định được tọa độ của điểm M.
VD 1. Tọa độ hình chiếu H của điểm M
1; 1; 2
lên mặt phẳng
:x3y z 2 0 là:A. 13; 5 20; . 11 11 11
H B. 13 5 20; ; .
11 11 11 H
C. 13 5; ; 20 . 11 11 11
H D. 13; 5 20; .
11 11 11 H Hướng dẫn giải
Chọn A.
Ta có:
có VTPT là n
1;3; 1
.Gọi H x y z
; ;
là hình chiếu của M
1; 1; 2
lên mặt phẳng
2 13
1 11 11
3 1
. 5 13 5 20
1 ; ; .
2 11 11 11 11
3 1
3 2 0 20
2 11
x t t x
y t MH t n
x t y H
z t
H y t
x y z z t z
VD 2. Tọa độ M là điểm đối xứng của điểm M
1; 2;3
qua mặt phẳng
:x y z 5 0 là:A. M
0; 2; 1 .
B. M
4; 2; 3 .
C. M
2; 1;5 .
D. M
0;1;3 .
Hướng dẫn giải Chọn D.
có VTPT là n
1;1; 1
.Gọi H x y z
; ;
là hình chiếu của M
1; 2;3
lên mặt phẳng
5 2
1 3
2 3
. 1 2 1 14
1 ; ; .
3 3 3 3 3
2 14
5 0
3 3
x t t x
y t MH t n
x t y H
z t
H y t
x y z z t z
; ;
M x y z là điểm đối xứng của M qua mặt phẳng
H là trung điểm của MM
2 0
2 1 0;1;3 .
2 3
H M
H M
H M
x x x
y y y M
z z z
VD 3. Tọa độ H là hình chiếu của điểm M
2; 3;1
qua mặt phẳng
: x 2y z 1 0 là:A. 2; 1 14; .
3 3 3
H B. 2 1 14; ; . 3 3 3
H C. 2 1; ; 14 .
3 3 3
H D. 2; 1 14; .
3 3 3
H Hướng dẫn giải
Chọn B.
có VTPT là n
1; 2;1
.Gọi H x y z
; ;
là hình chiếu của M
2; 3;1
lên mặt phẳng
2 1
2 3 2 1
. 1 1; 1; 2 .
1 2 3
2 1 0 1 2
x t t
y t x t x
MH t n
y H
z t y t
H z
x y z z t
Dạng 9. Tìm khoảng cách từ một điểm đến một mặt phẳng.
Phương pháp giải:
Khoảng cách từ điểm M0
x y z0; 0; 0
đến mặt phẳng
: AxBy Cz D 0
0, ( )
Ax0 2By0 2Cz02 D d MA B C
Chú ý: ● Khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song bằng khoảng cách từ một điểm bất kì trên mặt phẳng này đến mặt phẳng kia.
● Nếu hai mặt phẳng không song song thì khoảng cách giữa chúng bằng 0.
VD 1. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho điểm M(2; 3;5) và mặt phẳng
có phươngtrình: 2x y 2z 6 0. Khoảng cách từ điểm M mặt phẳng
là:A. 5 7.
7 B. 11.
3 C. 17.
3 D. 5.
3 Hướng dẫn giải
Chọn B.
Áp dụng công thức
22 2
2.2 1. 3 2.5 6 11
, .
2 1 2 3
d M
VD 2. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho điểm A(2;1; 1) và mặt phẳng
P có phương trình: x y z 4 0. Khoảng cách từ điểm A mặt phẳng
P là:A. 5 .
2 B. 4 .
2 C. 4 .
3 D. 5 .
3 Hướng dẫn giải
Chọn C.
Áp dụng công thức
22 2
1.2 1.1 1. 1 4 4
, .
1 1 1 3
d A P
VD 3. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho hai mặt phẳng:
: 2 3 2 0
: 2 3 16 0
x y z x y z
Khoảng cách giữa hai mặt phẳng
và
là:A. 14. B. 0. C. 15. D. 23.
Hướng dẫn giải Chọn A.
Vì 2 3 1 2
2 3 1 1 16
// Chọn M
0;0; 2
thì khoảng cách giữa
và
là:
22 2
2.0 3.0 2 16
, , 14.
2 3 1
d d M
Dạng 10. Tìm góc giữa hai mặt phẳng.
Phương pháp giải:
Cho hai mặt phẳng
, có phương trình
:A x1 B y C z1 1 D1 0
:A x2 B y C z2 2 D2 0Vì góc giữa
, bằng hoặc bù với góc giữa hai VTPT n n1, 2nên
1 2 2 122 21 2 2 1 22 21 2 1 1 1 2 2 2
cos , .
. .
n n A A B B C C
n n A B C A B C
Chú ý: 00
( ), ( )
900. ( ) ( ) A A1 2B B1 2C C1 2 0 VD 1. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho hai mặt phẳng có phương trình:
:x y z 1 0 và
:x y z 5 0.Gọi là góc tạo bởi hai mặt phẳng
và
, cos là số nào?A. 1.
2 B. 1.
3 C. 1.
4 D. 4.
5
Hướng dẫn giải Chọn B.
có VTPT là n1
1;1; 1
có VTPT là n2
1; 1;1
1 2
2 2
2 2 2 2
1 2
1.1 2. 1 1 .1
. 1
cos ,
. 1 1 1 . 1 1 1 3
n n n n
VD 2. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho hai mặt phẳng có phương trình:
: 2 –x y2z 4 0 và
:x2y2z 4 0.Góc giữa hai mặt phẳng
, bằng:A. 90 . B. 60 . C. 30 . D. 45 .
Hướng dẫn giải Chọn A.
có VTPT là n1
2; 1; 2
có VTPT là n2
1; 2; 2
1 2
1 2
2.1 1 . 2 2. 2
cos , . 0
. 4 1 4. 1 4 4
n n n n
,
90 .
VD 3. Trong không gian với hệ tọa độ Oxyz, cho hai mặt phẳng có phương trình:
: – 2x y3z 6 0 và
:x3z 1 0.Gọi là góc tạo bởi hai mặt phẳng
và
, cos là số nào?A. 7.
2 B. 3.
2 C. 7.
7 D. 1 .
3 Hướng dẫn giải
Chọn C.
có VTPT là n1
1; 2;3
có VTPT là n2
1; 0; 1
1 2
1 2
1.1 2 .0 3. 1
. 7
cos , .
. 1 4 9. 1 1 7
n n n n
,
90 .