Sách giáo khoa Toán 12 Tập hai

Giải Hoạt động trang 55 SGK Toán 12

Bài 17. Phương trình mặt cầu   Đã kiểm chéo

Đề bài

Tìm phương trình mặt cầu biết tâm và bán kính
Trong không gian $Oxyz$, cho mặt cầu $(S)$ tâm $I(a; b; c)$ bán kính $R$ (H.5.41). Khi đó, một điểm $M(x; y; z)$ thuộc mặt cầu $(S)$ khi và chỉ khi toạ độ của nó thoả mãn điều kiện gì?

Bài có hình vẽ / bảng trong sách — xem ở trang 55 · mở sách.
Mô tả hình bằng lời

Hình 5.41: Hệ trục toạ độ $Oxyz$ với các trục $Ox, Oy, Oz$. Một mặt cầu tâm $I$, bán kính $R$; tâm $I$ có toạ độ $(a; b; c)$ (các đoạn $a$ trên trục $x$, $b$ trên trục $y$, $c$ trên trục $z$ được biểu thị bằng nét đứt). Điểm $M(x; y; z)$ nằm trên mặt cầu, đoạn $IM = R$.

Lời giải

Điều kiện để điểm $M$ thuộc mặt cầu $(S)$:

Theo định nghĩa, mặt cầu $(S)$ tâm $I(a; b; c)$ bán kính $R$ là tập hợp tất cả các điểm $M$ trong không gian cách tâm $I$ một khoảng không đổi bằng $R$.

Do đó, điểm $M(x; y; z)$ thuộc mặt cầu $(S)$ khi và chỉ khi:

$$IM = R.$$

Mà độ dài đoạn $IM$ được tính theo công thức khoảng cách giữa hai điểm trong không gian $Oxyz$:

$$IM = \sqrt{(x-a)^2 + (y-b)^2 + (z-c)^2}.$$

Vậy điều kiện $IM = R$ trở thành:

$$\sqrt{(x-a)^2 + (y-b)^2 + (z-c)^2} = R.$$

Vì $R > 0$, bình phương hai vế (hai vế đều không âm) ta được:

$$(x-a)^2 + (y-b)^2 + (z-c)^2 = R^2.$$

Đây chính là điều kiện cần và đủ để toạ độ điểm $M(x; y; z)$ thoả mãn, tức là phương trình của mặt cầu $(S)$.

Đáp số

$M \in (S) \Leftrightarrow (x-a)^2 + (y-b)^2 + (z-c)^2 = R^2$

Lời giải do Thư viện nhà trường biên soạn, giải và kiểm chéo độc lập theo SGK 2026-2027.