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100_07A_q11
100 指考數學甲 第 11 題
📅 100 年
📝 指考數學甲
第 11 題
題型:選填
課綱:99課綱
坐標空間中,若平面 $E: ax+by+cz=1$ 滿足以下三條件: (1) 平面 $E$ 與平面 $F: x+y+z=1$ 有一夾角為 $30^\circ$, (2) 點 $A(1,1,1)$ 到平面 $E$ 的距離等於 $3$, (3) $a+b+c>0$, 則 $a+b+c$ 的值為 $\underline{\hspace{2em}}$。(化成最簡分數)
點到平面的距離公式
平面夾角與法向量
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
$\dfrac{1}{3}$
選填題
詳解
設平面 $E$ 的法向量為 $\overset{\large\rightharpoonup}{n}_E = (a, b, c)$,平面 $F$ 的法向量為 $\overset{\large\rightharpoonup}{n}_F = (1, 1, 1)$。 根據條件 (1),兩平面法向量的夾角滿足: $$\cos 30^\circ = \dfrac{|\overset{\large\rightharpoonup}{n}_E \cdot \overset{\large\rightharpoonup}{n}_F|}{|\overset{\large\rightharpoonup}{n}_E| |\overset{\large\rightharpoonup}{n}_F|} \implies \dfrac{\sqrt{3}}{2} = \dfrac{|a+b+c|}{\sqrt{a^2+b^2+c^2} \cdot \sqrt{3}}$$ 由條件 (3) $a+b+c > 0$,可去掉絕對值,並將方程式整理為: $$a+b+c = \dfrac{3}{2} \sqrt{a^2+b^2+c^2} \implies \sqrt{a^2+b^2+c^2} = \dfrac{2}{3}(a+b+c)$$ 根據條件 (2),點 $A(1, 1, 1)$ 到平面 $E: ax+by+cz-1=0$ 的距離為 $3$: $$d(A, E) = \dfrac{|a(1) + b(1) + c(1) - 1|}{\sqrt{a^2+b^2+c^2}} = 3 \implies \dfrac{|a+b+c-1|}{\sqrt{a^2+b^2+c^2}} = 3$$ 將前面求得的關係式 $\sqrt{a^2+b^2+c^2} = \dfrac{2}{3}(a+b+c)$ 代入距離公式: $$\dfrac{|a+b+c-1|}{\dfrac{2}{3}(a+b+c)} = 3 \implies |a+b+c-1| = 2(a+b+c)$$ 令 $S = a+b+c > 0$,則不等式為 $|S-1| = 2S$: 1. 若 $S - 1 = 2S \implies S = -1$(不合,因為已知 $S > 0$)。 2. 若 $1 - S = 2S \implies 3S = 1 \implies S = \dfrac{1}{3}$(符合 $S > 0$)。 因此, $a+b+c = \dfrac{1}{3}$。 答案為 $\dfrac{1}{3}$。
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。