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100 指考數學甲 第 7 題
📅 100 年 📝 指考數學甲 第 7 題 題型:多選 課綱:99課綱
在坐標空間中,有一邊長為 $2$、中心在原點 $O$ 的正立方體,且各稜邊都與三坐標平面平行或垂直,如圖所示。已知 $A(1, -1, 0)$、$B(0, 1, -1)$、$C(-1, 0, 1)$ 這三點都是某平面 $E$ 和正立方體稜邊的交點。試問下列哪些點也是平面 $E$ 和正立方體稜邊的交點?
正立方體與平面交點圖
正立方體與平面交點圖
  1. $(-\dfrac{1}{2}, \dfrac{1}{2}, -1)$
  2. $(-1, 1, 0)$
  3. $(0, -1, -1)$
  4. $(-2, 1, 1)$
空間中的平面方程式空間幾何與正立方體結構空間向量空間向量與空間中的直線與平面
解題手法設未知數〔AI 推測〕
答案

$(2)$

多選題。答案為 (2),若 Option (1) 座標有正負號變體則需肉眼確認。

詳解
設平面 $E$ 的方程式為 $ax + by + cz = d$。 將點 $A(1, -1, 0)$、$B(0, 1, -1)$、$C(-1, 0, 1)$ 代入平面方程式,得: $$\begin{cases} a - b = d \\ b - c = d \\ -a + c = d \end{cases}$$ 將此三式相加,得 $0 = 3d \implies d = 0$。代回原式可得 $a = b = c$。 故平面 $E$ 的方程式為: $$x + y + z = 0$$ 正立方體邊長為 $2$、中心在原點,其頂點坐標為 $(\pm 1, \pm 1, \pm 1)$。正立方體稜線上的點特徵為「三個坐標分量中,至少有兩個坐標值為 $\pm 1$,且第三個坐標值在 $[-1, 1]$ 之間」。 檢驗各選項中的點是否在平面 $E$ 上且在稜線上: (1) 點 $(-\dfrac{1}{2}, \dfrac{1}{2}, -1)$:雖然符合面方程式 $-\dfrac{1}{2} + \dfrac{1}{2} + (-1) \ne 0$(且不滿足稜線條件:只有一個分量為 $\pm 1$),故不符合。 (2) 點 $(-1, 1, 0)$:代入面方程式 $-1 + 1 + 0 = 0$ 成立,且此點位於稜線 $x = -1, y = 1$ 上,故符合。 (3) 點 $(0, -1, -1)$:代入面方程式 $0 + (-1) + (-1) = -2 \ne 0$,不在此平面上,故不符合。 (4) 點 $(-2, 1, 1)$:坐標分量 $-2$ 超出立方體邊界 $[-1, 1]$,故不符合。 故選 $(2)$。

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。