题目
过点_(1)(3,0,0) 和_(1)(3,0,0) 且与_(1)(3,0,0) 面成_(1)(3,0,0)的平面方程为 A_(1)(3,0,0)B_(1)(3,0,0)C _(1)(3,0,0)D_(1)(3,0,0)
过点
和
且与
面成
的平面方程为
A
B
C 
D
题目解答
答案
设平面方程为
法向量为
面法向量为
平面与
夹角为
,
则
,
点
和
在平面上得


令
,则
代入
,


则平面方程为
故本题选C
解析
步骤 1:确定平面方程的一般形式
平面方程的一般形式为 $Ax + By + Cz + D = 0$,其中 $A$、$B$、$C$ 和 $D$ 是常数,且 $A$、$B$、$C$ 不全为零。平面的法向量为 $\{A, B, C\}$。
步骤 2:确定平面与xoy面的夹角
xoy面的法向量为 $\{0, 0, 1\}$。平面与xoy面的夹角为 $\frac{\pi}{3}$,则平面的法向量与xoy面的法向量的夹角余弦值为 $\cos\left(\frac{\pi}{3}\right) = \frac{1}{2}$。根据向量夹角余弦公式,有
$$
\cos\left(\frac{\pi}{3}\right) = \frac{C}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}} = \frac{1}{2}
$$
从而得到
$$
C^2 = \frac{1}{4}(A^2 + B^2 + C^2)
$$
整理得
$$
3C^2 = A^2 + B^2
$$
步骤 3:利用已知点确定平面方程
由于平面过点 $M_1(3,0,0)$ 和 $M_2(0,0,1)$,代入平面方程得
$$
3A + D = 0
$$
$$
C + D = 0
$$
解得
$$
D = -3A
$$
$$
C = -D = 3A
$$
代入 $3C^2 = A^2 + B^2$,得
$$
3(3A)^2 = A^2 + B^2
$$
$$
27A^2 = A^2 + B^2
$$
$$
26A^2 = B^2
$$
$$
B = \pm \sqrt{26}A
$$
令 $A = 1$,则 $B = \pm \sqrt{26}$,$C = 3$,$D = -3$。因此,平面方程为
$$
x \pm \sqrt{26}y + 3z - 3 = 0
$$
平面方程的一般形式为 $Ax + By + Cz + D = 0$,其中 $A$、$B$、$C$ 和 $D$ 是常数,且 $A$、$B$、$C$ 不全为零。平面的法向量为 $\{A, B, C\}$。
步骤 2:确定平面与xoy面的夹角
xoy面的法向量为 $\{0, 0, 1\}$。平面与xoy面的夹角为 $\frac{\pi}{3}$,则平面的法向量与xoy面的法向量的夹角余弦值为 $\cos\left(\frac{\pi}{3}\right) = \frac{1}{2}$。根据向量夹角余弦公式,有
$$
\cos\left(\frac{\pi}{3}\right) = \frac{C}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}} = \frac{1}{2}
$$
从而得到
$$
C^2 = \frac{1}{4}(A^2 + B^2 + C^2)
$$
整理得
$$
3C^2 = A^2 + B^2
$$
步骤 3:利用已知点确定平面方程
由于平面过点 $M_1(3,0,0)$ 和 $M_2(0,0,1)$,代入平面方程得
$$
3A + D = 0
$$
$$
C + D = 0
$$
解得
$$
D = -3A
$$
$$
C = -D = 3A
$$
代入 $3C^2 = A^2 + B^2$,得
$$
3(3A)^2 = A^2 + B^2
$$
$$
27A^2 = A^2 + B^2
$$
$$
26A^2 = B^2
$$
$$
B = \pm \sqrt{26}A
$$
令 $A = 1$,则 $B = \pm \sqrt{26}$,$C = 3$,$D = -3$。因此,平面方程为
$$
x \pm \sqrt{26}y + 3z - 3 = 0
$$