Giáo án lớp 12 môn Hình học - Phần 1 : Hình học không gian

Phần 1 :HÌNH HỌC KHÔNG GIAN VẤN ĐỀ I : KHOẢNG CÁCH VÀ GÓC TRONG KHÔNG GIAN A. KHOẢNG CÁCH. 1) Khỏang cách từ một điểm M đến một đường thẳng a trong không gian là độ dài đọan thẳng MH, trong đó MH a với Ha. 2) Khỏang cách từ một điểm M đến mặt phẳng (P) là độ dài đọan MH, trong đó MH (P) với H(P). 3) Nếu đường thẳng a // (P) thì khỏang cách từ a đến (P) là khỏang cách từ một điểm M bất kì của a đến (P). 4) Nếu hai mặt phẳng song song thì khỏang cách giữa chúng là khỏang cách từ một điểm bất kì của mặt phẳng này đến mặt phẳng kia 5) Hai đường thẳng chéo nhau a và b luôn luôn có đường thẳng chung . Nếu cắt a và b lần lượt tại A và B thì độ dài đọan thẳng AB gọi là khỏang cách giữa a và b chéo nhau nói trên. Muốn tìm khỏang cách giữa hai đường thẳng chéo nhau người ta còn có thể: Tính độ dài đoạn vuông góc chung Hoặc tìm khỏang cách từ đường thẳng thứ nhất đến mặt phẳng chứa đường thẳng thứ hai và song song với đường thẳng thứ nhất. Hoặc tìm khỏang cách giữa hai mặt phẳng lần lượt chứa hai đường thẳng đó và song song với nhau. B. GÓC. 1) Góc giữa hai đường thẳng trong không gian là góc giữa hai đường thẳng cùng đi qua một điểm tùy ý trong không gian và lần lượt song song với hai đường thẳng đã cho. 2) Góc giữa một đường thẳng và một mặt phẳng là góc giữa đường thẳng đó và hình chiếu vuông góc của nó trên mặt phẳng. 3) Góc giữa hai mặt phẳng là góc giữa hai đường thẳng bất kì lần lượt vuông góc với hai mặt phẳng đó. VẤN ĐỀ II : THỂ TÍCH KHỐI ĐA DIỆN 1. Thể tích của khối hộp chữ nhật. V = abc ( a, b, c là 3 kích thước) 2. Thể tích của khối lập phương V = a3 3. Thể tích của khối lăng trụ V = B.h 4. Thể tích của khối chóp. V = B.h ( B là diện tích của đáy ) Chú ý : Tỉ số thể tích S I’ C’ A’ B’ I C A B VẤN ĐỀ III : DIỆN TÍCH HÌNH TRÒN XOAY- THỂ TÍCH KHỐI TRÒN XOAY 1. Diện tích xung quanh hình trụ: Sxq = ( R: bán kính đáy, l : độ dài đường sinh) 2. Thể tích khối trụ: V = ( h : độ dài đường cao ) 3. Diện tích xung quanh hình nón: Sxq = 4. Thể tích khối nón: V = 5. Diện tích mặt cầu: S = 6. Thể tích khối cầu: V = Phần 2 :PHƯƠNG PHÁP TOẠ ĐỘ TRONG KHÔNG GIAN Tọa độ điểm và véctơ : † Tọađộ điểm : † Tọa độ véctơ : † CÔNG THỨC : ta có : Toạ độ véc tơ : Tổng – Hiệu hai véc tơ : Nhân một số với một véc tơ : Điều kiện hai véc tơ bằng nhau : Điều kiện hai véc tơ cùng phương : Điều kiện ba điểm thẳng hàng : A , B , C thẳng hàng Chia đoạn thẳng theo tỉ số k cho trước . ( k 1 ) ĐN : Điểm M gọi là chia đoạn AB theo tỉ số k Khi đó Toạ độ trung điểm I của đoạn AB : Toạ độ điểm M’ đối xứng với điểm M qua điểm I : Toạ độ trọng tâm G của tam giác ABC : Toạ độ trọng tâm K của tứ diện ABCD : Tích vô hướng của hai véc tơ : Độ dài véc tơ : Độ dài đoạn thẳng ( Khoảng cách giữa hai điểm AB ) : Góc giữa hai véc tơ : Gọi Lưu ý : Góc giữa hai véc tơ thường dùng để tính số đo góc tam giác . Điều kiện hai véc tơ vuông góc : Công thức về tích có hướng và tích hỗn tạp 1/ đồng phẳng 2/ không đồng phẳng 3/ A,B,C,D đồng phẳng 4/ ABCD là tứ diện 5/ Diện tích tam giác ABC : 6/ Thể tích hình hộp ABCD.A’B’C’D’: 7/ Thể tích tứ diện ABCD : Chú ý: † Một số điểm đặc biệt : i. M Ox M( x;0;0 ) , M Oy M( 0;y;0 ) , M Oz M( 0;0;z ) ii.M OxyM( x;y;0 ), M Oxz M( x;0;z ), M Oyz M( 0;y;z) II. Mặt phẳng : Định lý : Mpqua điểm và nhận làm VTPT có phương trình tổng quát là : Chú y : MpOxy có phương trình : z = 0 có VTPT MpOxz có phương trình : y = 0 có VTPT MpOyz có phương trình : x = 0 có VTPT Định lý :mặt phẳng chắn các trục Ox , Oy , Oz lần lượt tại với có pttq là : III. Đường thẳng : Định lý:Đường thẳng d đi qua điểm Mvà nhận làm VTCP có phương trình tham số là : t R và phương trình chính tắc là : () Chú ý : Trục Ox có phương trình có VTCP , Trục Oy có phương trình có VTCP , Trục Oz có phương trình có VTCP IV. Vị trí tương đối của đường thẳng - mặt phẳng : 1. Vị trí tương đối của hai mặt phẳng Cho hai mặt phẳng TH1 : cắt TH2 : song song TH3 : 2. Vị trí tương đối của hai đường thẳng Cho hai đường thẳng có VTCP và qua điểm A đường thẳng có VTCP và qua điểm B TH1 : cắt TH2 : song song không cùng phương TH3 : TH4 : , chéo nhau Chú y : , đồng phẳng 3. Vị trí tương đối của đường thẳng và mặt phẳng Cách 1 : Cho đường thẳng d có VTCP và qua điểm A Mặt phẳng () : Ax + By + Cz + D = 0 có VTPT TH1 : d cắt () Û ¹ 0 () TH2 : d // () Û TH3 : d Ì () Û Cách 2 : Tìm giao điểm và đưa ra kết luận Chú y : d ^ () Û a1 : a2 : a3 = A : B : C V. Khoảng cách : 1. Khoảng cách từ một điểm M đến mp() Cho điểm M mp() : Ax + By + Cz + D = 0 Ta có : Chú ý : , , Các dạng khoảng cách khác : i. Khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song và Phương pháp : Lấy 1 điểm M mp ii. Khoảng cách giữa đường thẳng song song mặt phẳng Phương pháp : Lấy 1 điểm M đường thẳng 2. Khoảng cách từ một điểm M đến đường thẳng Phương pháp : Gọi H là hình chiếu vuông góc của điểm M trên đt B1: Lập mặt phẳng qua điểm M và vuông góc đt B2: H = B3: Công thức : có véctơ và đi qua điểm A Chú y : Để tính khoảng cách từ điểm M đến trục Ox , Oy , Oz ta tìm hình chiếu vuông góc H của điểm M trên trục tương ứng và tính MH Hệ quả : Khoảng cách giữa hai đường thẳng song song và có véctơ và đi qua điểm A có véctơ và đi qua điểm B 3. Khoảng cách giữa hai đường thẳng chéo nhau và có véctơ và đi qua điểm A có véctơ và đi qua điểm B Phương pháp : Lập phương trình mặt phẳng chứa d1 và song song d2 . Công thức : VI. Góc : 1. Góc giữa hai mặt phẳng va Gọi Hệ quả : 2. Góc giữa hai đường thẳng và : Gọi Hệ quả : Chú ý : Trong tam giác ABC ta có : 3. Góc giữa đường thẳng d và mặt phẳng Gọi Hệ quả : VII. Mặt cầu : ĐL1 : Mặt cầu ( S ) có tâm I( a ; b ;c ) và bán kính R có phương trình : ĐL2 :Mọi phương trình có dạng : x2 + y2 + z2 –2ax–2by–2cz+ d= 0 đk: a2 + b2 + c2 – d > 0 đều là phương trình mặt cầu tâm I( a ; b ; c ) và bán kính Vị trí tương đối của mặt phẳng và mặt cầu ( S ) : TH1 : cắt ( S ) TH2 : không cắt ( S ) TH3 : tiếp xúc ( S ) Thường hợp này gọi là tiếp diện MỘT SỐ DẠNG TOÁN THƯỜNG GẶP : VẤN ĐỀ 1 : Lập phương trình mặt phẳng Phương pháp : Tìm một điểm và một véctơ pháp tuyến ( hoặc một cặp VTCP ) . VẤN ĐỀ 2 : Lập phương trình mặt đường thẳng Phương pháp : Tìm một điểm và một véctơ chỉ phương ( hoặc một cặp VTPT ) . VẤN ĐỀ 3 : Hình chiếu – Đối xứng . Dạng 1 : Hình chiếu vuông góc của điểm M trên mặt phẳng Phương pháp : Gọi H là hình chiếu vuông góc của điểm M trên mp B1: Lập đường thẳng d qua điểm M và vuông góc mp B2: H = d Chú y : Điểm M’ đối xứng với điểm M qua mp M’ cũng đối xứng với điểm M qua điểm H Dạng 2 : Hình chiếu vuông góc của điểm M trên đường thẳng d Phương pháp : Gọi H là hình chiếu vuông góc của điểm M trên đt d B1: Lập mặt phẳng qua điểm M và vuông góc đt d B2: H = d Đặc biệt : Cho điểm M( x;y; z ) ta có : + Hình chiếu vuông góc của điểm M trên trục Ox có tọa độ là ( x;0;0 ) ---------------------------------------M trên trục Oy có tọa độ là ( 0;y;0 ) ---------------------------------------M trên trục Oz có tọa độ là ( 0;0;z ) +Hình chiếu vuông góc của điểm M trên Mp(Oxy) có tọa độ là (x;y;0 ) ---------------------------------------M trên Mp(Oxz) có tọa độ là (x;0;z ) --------------------------------------M trên Mp(Oyz) có tọa độ là (0;y;z ) + Điểm M’ đối xứng với điểm M qua trục Ox có tọa độ là M’( x;-y;-z ) -----------------------------------M qua trục Oy có tọa độ là M’( -x;y;-z ) -----------------------------------M qua trục Oz có tọa độ là M’( -x;-y;z ) + Điểm M’ đối xứng với điểm M qua Mp(Oxy) có tọa độ là M’(x;y;-z) --------------------------------------M qua Mp(Oxz) có tọa độ là M’(x;-y;z) ------------------------------------- M qua Mp(Oyz) có tọa độ là M’(-x;y;z) + Điểm M’ đối xứng với điểm M qua gốc O có tọa độ là M’( -x;-y;-z ) Dạng 3 : Hình chiếu vuông góc của đường thẳng d xuống mặt phẳng Phương pháp : Gọi d’ là hình chiếu vuông góc của đtd xuống mp B1: Tìm giao điểm I của đt d và mp B2 : Lấy 1 điểm A đường thẳng d và tìm hình chiếu H của A trên mp KL : Đt d’ qua hai điểm I và A . Đặt biệt : Hình chiếu vuông góc của đường thẳng d : trên mặt phẳng tọa độ Oxy có pt là : trên mặt phẳng tọa độ Oxz có pt là : trên mặt phẳng tọa độ Oyz có pt là : VẤN ĐỀ 4 : Đường vuông góc chung của hai đường thẳng chéo nhau và có véctơ và qua điểm A có véctơ và qua điểm B Phương pháp : Gọi là đường vuông góc chung của và B1: Gọi là VTCP của đường vuông góc chung Vì B2: Lập mặt phẳng chứa và d1 qua điểm A và có cặp VTCP B3: Tìm giao điểm I của với KL: Đường vuông góc chung qua điểm I và có VTCP VẤN ĐỀ 5 : Lập đường thẳng cắt đường thẳng cho trước và thỏa điều kiện khác . Dạng 1 :Lập đường thẳng qua điểm M và cắt hai đường thẳng , Phương pháp : B1: Lập mặt phẳng qua điểm M và chứa đường thẳng d1 . B2: Tìm giao điểm I của với Đường thẳng qua hai điểm M và I B3: So sánh VTCP của và VTCP của đường thẳng Kết luận . Dạng 2 : Lập đường thẳng qua điểm M , vuông góc đường thẳng và cắt đường thẳng Phương pháp : B1: Lập mặt phẳng qua điểm M và vuông góc đường thẳng d1 . B2: Tìm giao điểm I của với Đường thẳng qua hai điểm M và I Dạng 3 : Lập đường thẳng qua điểm M , vuông góc và cắt đường thẳng d Phương pháp : B1: Lập mặt phẳng qua điểm M và vuông góc đường thẳng d . B2: Tìm giao điểm I của với Đường thẳng qua hai điểm M và I Dạng 4 : Lập đường thẳng qua điểm M , song song mặt phẳng ( P ) và cắt đường thẳng d Phương pháp : B1: Lập mặt phẳng qua điểm M và song song mặt phẳng ( P ) B2: Tìm giao điểm I của với . Đường thẳng qua hai điểm M và I Dạng 5 : Lập đường thẳng D nằm trong mp( P ) và cắt hai đường thẳng d1 , d2 cho trước . Phương pháp : B1: Tìm giao điểm A và B của d1 , d2 và mp( P ) B2: D là đường thẳng qua hai điểm A và B . VẤN ĐỀ 6 : Lập đường thẳng D nằm trong mp( P ) và cách đường thẳng cho trước một khoảng L . Phương pháp : Cho đường thẳng d có VTCP và qua điểm A Mặt phẳng : Ax + By + Cz + D = 0 có VTPT B1: Lập mặt phẳng vuông góc mặt phẳng ( P ) , song song đường thẳng d và cách điểm A một khoảng L . B2: Lấy một điểm Đường thẳng qua điểm M và có VTCP VẤN ĐỀ 7 : Lập đường thẳng D nằm trong mp( P ) và vuông góc đường thẳng d cho trước tại giao điểm I của d và mp( P ) . Phương pháp : B1: Tìm giao điểm I của d và mp( P ) B2: Vì d có VTCP Đường thẳng qua điểm I và có VTCP VẤN ĐỀ 8 : Lập phương trình mặt cầu ( S ) . Phương pháp1: Tìm tâm và bán kính . Phương pháp2 : ( Có dữ kiện mặt cầu qua điểm ) B1 : Chỉ dạng @ Nếu có dữ kiện liên quan đến bán kính hoặc tiếp xúc Phương trình mặt cầu có dạng : (x - a)2 + (y - b)2 + (z - c)2 = R2 @ Nếu không có dữ kiện liên quan đến bán kính hoặc tiếp xúc Phương trình mặt cầu có dạng : x2 + y2 + z2 –2ax–2by–2cz+ d= 0 B2 : Khai thác các dữ kiện để lập hệ phương trình . VẤN ĐỀ 9 : Đường tròn giao tuyến Phương trình đường tròn giao tuyến : Khi mặt phẳng cắt mặt cầu ( S ) ta có đường tròn giao tuyến có pt : Tâm của đường tròn giao tuyến : Gọi K là tâm của đường tròn giao tuyến K là hình chiếu vuông góc của tâm I trên mặt phẳng B1: Lập đường thẳng d qua điểm M và vuông góc mp B2: H = d Chú ý : Toạ độ tâm I của đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC thoả hệ : Bán kính của đường tròn giao tuyến hoặc VẤN ĐỀ 10 : Lập phương trình tiếp diện của mặt cầu ( S ) . (Lập phương trình mặt phẳng tiép xúc ) Dạng 1 : Tiếp diện tại điểm M thuộc ( S ) Phương pháp : Tiếp diện tại điểm M vuông góc IM có véctơ pháp tuyến là Dạng 2 : Tiếp diện song song mặt phẳng hoặc song song hai đường thẳng không cùng phương hoặc vuông góc đường thẳng cho trước . Phương pháp : B1 : Tìm véctơ pháp tuyến của tiếp diện Phương trình của tiếp diện có dạng : Ax + By + Cz + m = 0 B2 : Dùng điều kiện tiếp xúc