Trong không gian Oxyz, cho hai mặt cầu \(\left( {{S_1}} \right):\,{x^2} + {\left( {y + 2} \right)^2} + {\left( {z – 2} \right)^2} = 25, \left( {{S_2}} \right):\,{x^2} + {y^2} + {z^2} – 2y + 4z – 4 = 0\). Biết các tiếp tuyến chung của hai mặt cầu đồng phẳng với đường thẳng nối tâm của hai mặt cầu đi qua điểm cố định \(M\left( {a;b;c} \right)\). Tính \({a^2} + bc\) bằng
Hãy suy nghĩ và trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo saiMặt cầu \(\left( {{S_1}} \right)\) có tâm \(I\left( {0; – 2;2} \right)\), bán kính \({R_1} = 5.
\left( {{S_2}} \right)\) có tâm \(J\left( {0;1; – 2} \right),\) bán kính \({R_2} = 3\).
Do \(\left| {{R_2} – {R_1}} \right| = 2 < IJ = 5 < {R_2} + {R_1} = 8\) nên 2 mặt cầu cắt nhau.
Khi đó các tiếp tuyến chung của hai mặt cầu nằm trên hình nón có đỉnh M trục IJ.
Theo định lý Ta-let ta có \(\frac{{MJ}}{{MI}} = \frac{{{R_2}}}{{{R_1}}} = \frac{3}{5} \Rightarrow 5\overrightarrow {MJ} = 3\overrightarrow {MI} \)
\( \Leftrightarrow \overrightarrow {OM} = \frac{1}{2}\left( {5\overrightarrow {OJ} – 3\overrightarrow {OI} } \right) \Leftrightarrow M\left( {0;\frac{{11}}{2}; – 8} \right)\).
Vậy \({a^2} + bc = – 44\).