Đáp án

Khoảng cách từ tâm mặt cầu (S) đến đường thẳng d bằng \(\sqrt 5 \) .

Mặt phẳng (P) chứa đường thẳng d và có khoảng cách từ tâm mặt cầu (S) tới mặt phẳng là lớn nhất có phương trình \[ax + by + cz = 18\] với a = 5  ; b = 2 ; c = 4 .

Giải thích

Mặt cầu \((S)\) có tâm \(I(1; - 1;0)\), bán kính \(R = 2\).

Đường thẳng \(d\) có vecto chỉ phương \(\vec u = ( - 2;1;2)\) và điểm \(M(4; - 1;0) \in d\).

\(\overrightarrow {IM}  = (3;0;0) \Rightarrow [\overrightarrow {IM} ;\vec u] = (0; - 6;3) \Rightarrow d(I;d) = \frac{{\left| {\left[ {\overrightarrow {IM} ;\vec u} \right]} \right|}}{{|\vec u|}} = \sqrt 5 \)

Gọi H, K lần lượt là hình chiếu của \(I\) trên mặt phẳng \((P)\) và đường thẳng \(d\).

Khi đó, \(IH \le IK \Rightarrow I{H_{\max }} = IK = d(I;d) = \sqrt 5 \).

Mặt phẳng \((\alpha )\) đi qua điểm \(I(1; - 1;0)\) và nhận \(\vec u = ( - 2;1;2)\) làm vecto pháp tuyến có phương trình: \( - 2(x - 1) + (y + 1) + 2z = 0 \Leftrightarrow 2x - y - 2z - 3 = 0\).

\( \Rightarrow K = d \cap (\alpha ) \Rightarrow \) Tọa độ điểm \(K\) thỏa mãn hệ phương trình \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{\frac{{ - 2}} = \frac{1} = \frac{z}{2}}\\{2x - y - 2z - 3 = 0}\end{array} \Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x = \frac{8}{3}}\\{y =  - \frac{1}{3}}\\{z = \frac{4}{3}}\end{array}} \right.} \right.\) \( \Rightarrow K\left( {\frac{8}{3}; - \frac{1}{3};\frac{4}{3}} \right) \Rightarrow \overrightarrow {IK}  = \left( {\frac{5}{3};\frac{2}{3};\frac{4}{3}} \right)\).

Mặt phẳng \((P)\) đi qua điểm \(M(4; - 1;0)\) và nhận vecto \(\vec n(5;2;4)\) làm vecto pháp tuyến có phương trình: \(5(x - 4) + 2(y + 1) + 4z = 0 \Leftrightarrow 5x + 2y + 4z - 18 = 0\).