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101_02M_q07
101 學測數學 第 7 題
📅 101 年
📝 學測數學
第 7 題
題型:單選
課綱:99課綱
空間坐標中有一球面(半徑大於 $0$)與平面 $3x + 4y = 0$ 相切於原點,請問此球面與三個坐標軸一共有多少個交點?
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空間球面
切平面
坐標軸交點
坐標幾何
空間向量與空間中的直線與平面
解題手法
分類討論
〔AI 推測〕
答案
$(3)$
詳解
球面與平面 $3x + 4y = 0$ 相切於原點 $O(0,0,0)$。我們分析三個坐標軸與球面的交點關係: 1. **$z$ 軸與球面的交點**: 平面 $3x + 4y = 0$ 的法向量為 $(3, 4, 0)$,其平行於 $xy$ 平面,故該平面平行且包含 $z$ 軸。 由於球面與平面相切於原點,該平面上所有通過原點的直線都是球面的切線。 因為 $z$ 軸落在該切平面上且通過切點原點,所以 $z$ 軸是該球面的切線,與球面僅有唯一交點,即原點 $O(0,0,0)$。 2. **$x$ 軸與 $y$ 軸與球面的交點**: 我們看 $xy$ 平面(即 $z=0$)的截面。球面在 $xy$ 平面上的截線是一個圓,此圓與直線 $3x + 4y = 0$ 在原點相切。 因為直線 $3x + 4y = 0$ 與 $x$ 軸、 $y$ 軸在原點相交,且圓與該直線切於原點,則此圓除了原點 $O$ 之外,必會分別與 $x$ 軸及 $y$ 軸各交於一個相異點。 綜合以上,球面與三個坐標軸的交點有: * $z$ 軸:原點 $O$($1$ 個) * $x$ 軸:原點 $O$ 及另一點(共 $2$ 個) * $y$ 軸:原點 $O$ 及另一點(共 $2$ 個) 由於原點 $O$ 重複計算,故去重後的總交點數為 $1 + 1 + 1 = 3$ 個。 故選 $(3)$。
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。