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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。