099_02M_q11
99 學測數學 第 11 題
📅 99 年 📝 學測數學 第 11 題 題型:多選 課綱:99課綱
坐標空間中,直線 $L$ 上距離點 $Q$ 最近的點稱為 $Q$ 在 $L$ 上的投影點。已知 $L$ 為平面 $2x - y = 2$ 上通過點 $(2, 2, 2)$ 的一直線。請問下列哪些選項中的點可能是原點 $O$ 在 $L$ 上的投影點?
  1. $(2,2,2)$
  2. $(2,0,2)$
  3. $\left(\dfrac{4}{5},-\dfrac{2}{5},0\right)$
  4. $\left(\dfrac{4}{5},-\dfrac{2}{5},-2\right)$
  5. $\left(\dfrac{8}{9},-\dfrac{2}{9},-\dfrac{2}{9}\right)$
直線方程式空間中點的投影內積垂直條件空間向量空間向量與空間中的直線與平面
解題手法代入驗證〔AI 推測〕
答案

$(1)(3)(5)$

多選題

詳解
設原點 $O(0,0,0)$ 在直線 $L$ 上的投影點為 $H(x_H, y_H, z_H)$。 因為直線 $L$ 落在平面 $E: 2x - y = 2$ 上,所以投影點 $H$ 必然也在平面 $E$ 上。 我們先檢驗各選項中的點是否滿足平面方程式 $2x - y = 2$: $(1)$ $(2, 2, 2)$:$2(2) - 2 = 2$(符合) $(2)$ $(2, 0, 2)$:$2(2) - 0 = 4 \neq 2$(不符) $(3)$ $\left(\dfrac{4}{5}, -\dfrac{2}{5}, 0\right)$:$2\left(\dfrac{4}{5}\right) - \left(-\dfrac{2}{5}\right) = 2$(符合) $(4)$ $\left(\dfrac{4}{5}, -\dfrac{2}{5}, -2\right)$:$2\left(\dfrac{4}{5}\right) - \left(-\dfrac{2}{5}\right) = 2$(符合) $(5)$ $\left(\dfrac{8}{9}, -\dfrac{2}{9}, -\dfrac{2}{9}\right)$:$2\left(\dfrac{8}{9}\right) - \left(-\dfrac{2}{9}\right) = 2$(符合) 排除 $(2)$。接著,因為 $H$ 是 $O$ 在直線 $L$ 上的投影點,且直線 $L$ 通過點 $A(2, 2, 2)$,所以向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{OH}$ 必然垂直於直線 $L$ 的方向向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{HA}$(或 $\overset{\large\rightharpoonup}{AH}$)。 因此其內積必須為零: $$\overset{\large\rightharpoonup}{OH} \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{HA} = 0 \implies (x_H, y_H, z_H) \cdot (2 - x_H, 2 - y_H, 2 - z_H) = 0$$ $$\implies x_H^2 + y_H^2 + z_H^2 = 2(x_H + y_H + z_H)$$ 我們分別檢驗賸餘選項的點是否符合此內積條件: - 對於 $(1)$ $(2, 2, 2)$: 左式 $= 2^2 + 2^2 + 2^2 = 12$;右式 $= 2(2 + 2 + 2) = 12$。兩者相等,符合。 - 對於 $(3)$ $\left(\dfrac{4}{5}, -\dfrac{2}{5}, 0\right)$: 左式 $= \left(\dfrac{4}{5}\right)^2 + \left(-\dfrac{2}{5}\right)^2 = \dfrac{20}{25} = \dfrac{4}{5}$;右式 $= 2\left(\dfrac{4}{5} - \dfrac{2}{5} + 0\right) = \dfrac{4}{5}$。兩者相等,符合。 - 對於 $(4)$ $\left(\dfrac{4}{5}, -\dfrac{2}{5}, -2\right)$: 左式 $= \left(\dfrac{4}{5}\right)^2 + \left(-\dfrac{2}{5}\right)^2 + (-2)^2 = \dfrac{20}{25} + 4 = \dfrac{24}{5}$;右式 $= 2\left(\dfrac{4}{5} - \dfrac{2}{5} - 2\right) = -\dfrac{16}{5}$。兩者不相等,不符。 - 對於 $(5)$ $\left(\dfrac{8}{9}, -\dfrac{2}{9}, -\dfrac{2}{9}\right)$: 左式 $= \left(\dfrac{8}{9}\right)^2 + \left(-\dfrac{2}{9}\right)^2 + \left(-\dfrac{2}{9}\right)^2 = \dfrac{72}{81} = \dfrac{8}{9}$;右式 $= 2\left(\dfrac{8}{9} - \dfrac{2}{9} - \dfrac{2}{9}\right) = \dfrac{8}{9}$。兩者相等,符合。 綜上所述,可能的點為 $(1)(3)(5)$。

題目來源:大學入學考試中心公開試題。

解析狀態:本解析由 AI 輔助產出,未經人工審核,非官方詳解,僅供學習參考。如與官方公告不同,請以官方公告為準。