Xét tứ diện (OABC ) có (OA ), (OB ), (OC ) đôi một vuông góc. Gọi α,β,γα,β,γ lần lượt là góc giữa các đường thẳng (OA ), (OB ), (OC ) với mặt phẳng (ABC) (hình vẽ).
Khi đó giá trị nhỏ nhất của biểu thức M=(3+cot2α).(3+cot2β).(3+cot2γ)M=(3+cot2α).(3+cot2β).(3+cot2γ)
Hãy suy nghĩ và trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo saiGọi H là trực tâm tam giác ABC, vì tứ diện OABC có OA, OB, OC đôi một vuông góc nên ta có OH⊥(ABC) và 1OH2=1OA2+1OB2+1OC21OH2=1OA2+1OB2+1OC2
Ta có α=^(OA;(ABC))=^OAH,β=^(OB;(ABC))=^OBH,γ=^(OC;(ABC))=^OCHα=ˆ(OA;(ABC))=ˆOAH,β=ˆ(OB;(ABC))=ˆOBH,γ=ˆ(OC;(ABC))=ˆOCH
Nên sinα=OHOA,sinβ=OHOB,sinγ=OHOCsinα=OHOA,sinβ=OHOB,sinγ=OHOC
Đặt a=OA,b=OB,c=OC,h=OHa=OA,b=OB,c=OC,h=OH thì 1h2=1a2+1b2+1c21h2=1a2+1b2+1c2 và
M=(3+cot2α).(3+cot2β).(3+cot2γ)=(2+1sin2α).(2+1sin2β).(2+1sin2γ)=(2+a2h2).(2+b2h2).(2+c2h2)=8+4(a2+b2+c2).1h2+2(a2b2+b2c2+c2a2).1h4+a2b2c2.1h6M=(3+cot2α).(3+cot2β).(3+cot2γ)=(2+1sin2α).(2+1sin2β).(2+1sin2γ)=(2+a2h2).(2+b2h2).(2+c2h2)=8+4(a2+b2+c2).1h2+2(a2b2+b2c2+c2a2).1h4+a2b2c2.1h6
Ta có:
(a2+b2+c2).1h2=(a2+b2+c2).(1a2+1b2+1c2)≥33√a2.b2.c2.33√1a2.1b2.1c2=9(a2b2+b2c2+c2a2).1h4=(a2b2+b2c2+c2a2).(1a2+1b2+1c2)2≥33√a2b2.b2c2.c2a2.(33√(1a2.1b2.1c2))2=33√a4b4c4.93√1a4b4c4=27a2b2c2.1h6=a2b2c2.(1a2+1b2+1c2)3≥a2b2c2.(33√(1a2.1b2.1c2))3=27(a2+b2+c2).1h2=(a2+b2+c2).(1a2+1b2+1c2)≥33√a2.b2.c2.33√1a2.1b2.1c2=9(a2b2+b2c2+c2a2).1h4=(a2b2+b2c2+c2a2).(1a2+1b2+1c2)2≥33√a2b2.b2c2.c2a2.(33√(1a2.1b2.1c2))2=33√a4b4c4.93√1a4b4c4=27a2b2c2.1h6=a2b2c2.(1a2+1b2+1c2)3≥a2b2c2.(33√(1a2.1b2.1c2))3=27
Do đó:
M=8+4(a2+b2+c2).1h2+2(a2b2+b2c2+c2a2).1h4+a2b2c2.1h6≥8+4.9+2.27+27=125M=8+4(a2+b2+c2).1h2+2(a2b2+b2c2+c2a2).1h4+a2b2c2.1h6≥8+4.9+2.27+27=125
Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi a=b=ca=b=c, hay OA=OB=OC
Vậy minM=125