設 $a, b$ 為實數。如果空間中某一個平面通過 $(a,0,0)$、 $(0,b,0)$、 $(0,0,3)$、 $(1,2,3)$ 這些點,則下列哪些選項是正確的?
- $a, b$ 有可能都是正數
- $a, b$ 有可能是一個正數一個負數
- $a, b$ 有可能都是負數
- $a, b$ 有可能只有一個等於 $0$
詳解
已知平面通過三點 $(a,0,0)$、 $(0,b,0)$、 $(0,0,3)$。
**情況一:$a, b$ 皆不為 $0$**
此時平面與三軸的截距分別為 $a, b, 3$。我們可以使用平面的截距式:
$\dfrac{x}{a} + \dfrac{y}{b} + \dfrac{z}{3} = 1$。
將點 $(1,2,3)$ 代入上式:
$\dfrac{1}{a} + \dfrac{2}{b} + \dfrac{3}{3} = 1 \implies \dfrac{1}{a} + \dfrac{2}{b} + 1 = 1 \implies \dfrac{1}{a} + \dfrac{2}{b} = 0 \implies b = -2a$。
因為 $a, b \neq 0$,由 $b = -2a$ 可知, $a$ 與 $b$ 必異號(一正一負)。
故 (1)(3) 錯誤,(2) 正確。
**情況二:$a, b$ 有包含 $0$ 的情況**
- 若 $a=0$,則平面通過原點 $(0,0,0)$、 $(0,b,0)$、 $(0,0,3)$ 且通過 $(1,2,3)$。
設平面方程式為 $Ax + By + Cz = 0$(因為通過原點)。
代入 $(0,0,3) \implies 3C = 0 \implies C = 0$,故平面方程式為 $Ax + By = 0$(其中 $A, B$ 不全為 $0$)。
代入 $(1,2,3) \implies A + 2B = 0 \implies A = -2B \neq 0$。
此時平面為 $-2Bx + By = 0 \implies -2x + y = 0$。
因為平面必須通過 $(0,b,0)$,代入可得 $b = 0$。
這表示當 $a=0$ 時,必然有 $b=0$。
同理,若 $b=0$,也必然有 $a=0$。
因此,$a, b$ 要麼都為 $0$,要麼都不為 $0$。
這說明 $a, b$ 不可能「只有一個等於 $0$」。故 (4) 錯誤。
綜上所述,只有選項 $(2)$ 是正確的。
故選 $(2)$。