题目
2 已知一球面的球心在点P_(0)(3,-5,2)且与平面H:2x-y+3z+9=0相切,求该球面方程.
2 已知一球面的球心在点$P_{0}(3,-5,2)$且与平面$H:2x-y+3z+9=0$相切,求该球面方程.
题目解答
答案
为了求出球面的方程,我们需要确定球面的半径。球面的球心已知为 $P_0(3, -5, 2)$,球面与平面 $H: 2x - y + 3z + 9 = 0$ 相切。球面的半径就是球心到平面的距离。 点到平面的距离公式为: \[ d = \frac{|ax_1 + by_1 + cz_1 + d|}{\sqrt{a^2 + b^2 + c^2}} \] 其中 $(x_1, y_1, z_1)$ 是点的坐标,$ax + by + cz + d = 0$ 是平面的方程。这里,点是 $P_0(3, -5, 2)$,平面是 $2x - y + 3z + 9 = 0$。所以,我们将 $a = 2$,$b = -1$,$c = 3$,$d = 9$,$x_1 = 3$,$y_1 = -5$,和 $z_1 = 2$ 代入公式: \[ d = \frac{|2 \cdot 3 + (-1) \cdot (-5) + 3 \cdot 2 + 9|}{\sqrt{2^2 + (-1)^2 + 3^2}} = \frac{|6 + 5 + 6 + 9|}{\sqrt{4 + 1 + 9}} = \frac{|26|}{\sqrt{14}} = \frac{26}{\sqrt{14}} = \frac{26\sqrt{14}}{14} = \frac{13\sqrt{14}}{7} \] 因此,球面的半径 $r$ 是 $\frac{13\sqrt{14}}{7}$。 球面的方程的一般形式是: \[ (x - x_0)^2 + (y - y_0)^2 + (z - z_0)^2 = r^2 \] 其中 $(x_0, y_0, z_0)$ 是球心的坐标,$r$ 是半径。代入 $x_0 = 3$,$y_0 = -5$,$z_0 = 2$,和 $r = \frac{13\sqrt{14}}{7}$,我们得到: \[ (x - 3)^2 + (y + 5)^2 + (z - 2)^2 = \left(\frac{13\sqrt{14}}{7}\right)^2 = \frac{169 \cdot 14}{49} = \frac{2366}{49} = \frac{338}{7} \] 因此,球面的方程是: \[ \boxed{(x - 3)^2 + (y + 5)^2 + (z - 2)^2 = \frac{338}{7}} \]