Câu hỏi:
Trong không gian với hệ tọa độ \(Oxyz,\) cho điểm \(M\left( {1;2;1} \right)\). Mặt phẳng \(\left( P \right)\) thay đổi đi qua \(M\) cắt các tia \(Ox,Oy,Oz\) lần lượt tại \(A,B,C\) khác gốc tọa độ. Tính giá trị nhỏ nhất của thể tích khối tứ diện \(OABC.\)
Phương pháp giải:
Sử dụng phương trình mặt phẳng theo đoạn chắn : Mặt phẳng \(\left( P \right)\) cắt \(Ox;Oy;Oz\) lần lượt tại \(A\left( {a;0;0} \right),B\left( {0;b;0} \right),C\left( {0;0;c} \right)\,\,\,\left( {a;b;c \ne 0} \right)\) thì có phương trình \(\frac{x}{a} + \frac{y}{b} + \frac{z}{c} = 1\)
Thể tích khối tứ diện \(OABC\) là \(V = \frac{1}{6}OA.OB.OC\)
Sử dụng bất đẳng thức Cô-si cho ba số \(a,b,c\) không âm \(a + b + c \ge 3\sqrt[3]{{abc}}\)
Dấu “=” xảy ra khi \(a = b = c.\)
Lời giải chi tiết:
Gọi \(A\left( {a;0;0} \right),B\left( {0;b;0} \right),C\left( {0;0;c} \right)\) \(\left( {a;b;c > 0} \right)\) thì \(\left( P \right)\) có phương trình \(\frac{x}{a} + \frac{y}{b} + \frac{z}{c} = 1\)
Vì \(M\left( {1;2;1} \right) \in \left( P \right) \Rightarrow \frac{1}{a} + \frac{2}{b} + \frac{1}{c} = 1\)
Thể tích khối tứ diên \(OABC\) là \(V = \frac{1}{6}OA.OB.OC = \frac{1}{6}abc\)
Ta tìm giá trị nhỏ nhất của \(V = \frac{1}{6}abc\)
Áp dụng bất đẳng thức Cô-si cho ba số \(\frac{1}{a};\frac{2}{b};\frac{1}{c}\) ta có \(\frac{1}{a} + \frac{2}{b} + \frac{1}{c} \ge 3\sqrt[3]{{\frac{2}{{abc}}}} \Leftrightarrow 1 \ge 3\frac{{\sqrt[3]{2}}}{{\sqrt[3]{{abc}}}} \Leftrightarrow 1 \ge \frac{{54}}{{abc}} \Leftrightarrow abc \ge 54\)
Dấu ‘’=’’ xảy ra khi \(\left\{ \begin{array}{l}\frac{1}{a} = \frac{2}{b} = \frac{1}{c}\\\frac{1}{a} + \frac{2}{b} + \frac{3}{c} = 1\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}a = 3\\b = 6\\c = 3\end{array} \right.\)
Suy ra giá trị nhỏ nhất của \(V\) là \(\frac{1}{6}.54 = 9 \Leftrightarrow a = 3;b = 6;c = 3.\)
Chọn B.