Giải Bài 5.52 trang 64 SGK Toán 12
Đề bài
Nếu đứng trước biển và nhìn ra xa, người ta sẽ thấy một đường giao giữa mặt biển và bầu trời, đó là đường chân trời đối với người quan sát (H.5.45a). Về mặt Vật lí, đường chân trời là đường giới hạn phần Trái Đất mà người quan sát có thể nhìn thấy được (phần còn lại bị chính Trái Đất che khuất). Ta có thể hình dung rằng, nếu người quan sát ở tại đỉnh của một chiếc nón và Trái Đất được "thả" vào trong chiếc nón đó, thì đường chân trời trong trường hợp này là đường chạm giữa Trái Đất và chiếc nón (H.5.45b). Trong mô hình toán học, đường chân trời đối với người quan sát tại vị trí $B$ là tập hợp những điểm $A$ nằm trên bề mặt Trái Đất sao cho $\widehat{BAO} = 90°$, với $O$ là tâm Trái Đất (H.5.45c). Trong không gian $Oxyz$, giả sử bề mặt Trái Đất $(S)$ có phương trình $x^2 + y^2 + z^2 = 1$ và người quan sát ở vị trí $B(1; 1; -1)$.
Gọi $A$ là một vị trí bất kì trên đường chân trời đối với người quan sát ở vị trí $B$. Tính khoảng cách $AB$.
Mô tả hình bằng lời
Hình 5.45 gồm ba phần:
a) ảnh chụp đường chân trời trên biển;
b) minh hoạ Trái Đất (hình cầu) được đặt trong một chiếc nón lộn ngược, đường tròn chạm giữa mặt cầu và mặt nón được tô màu;
c) hình học: mặt cầu tâm $O$, điểm $B$ nằm ngoài mặt cầu phía trên, từ $B$ kẻ tiếp tuyến chạm mặt cầu tại điểm $A$ (nằm trên đường tròn chân trời), góc $\widehat{BAO} = 90°$ (tam giác $BAO$ vuông tại $A$).
Lời giải
Mặt cầu $(S): x^2+y^2+z^2=1$ có tâm $O(0;0;0)$ và bán kính $R=1$.
Vì $A$ nằm trên đường chân trời nên theo mô hình, tam giác $BAO$ vuông tại $A$ (góc $\widehat{BAO}=90^\circ$), với:
- $OA=R=1$ (vì $A$ nằm trên bề mặt Trái Đất, tức trên mặt cầu).
- $OB$ là khoảng cách từ tâm $O$ đến vị trí quan sát $B(1;1;-1)$:
$$OB=\sqrt{1^2+1^2+(-1)^2}=\sqrt{3}.$$
Áp dụng định lí Pythagore cho tam giác $BAO$ vuông tại $A$:
$$AB^2=OB^2-OA^2=3-1=2.$$
Vậy
$$AB=\sqrt{2}.$$
Lưu ý: kết quả này không phụ thuộc vào việc chọn điểm $A$ cụ thể nào trên đường chân trời, nên mọi tiếp tuyến kẻ từ $B$ đến mặt cầu đều có cùng độ dài $AB=\sqrt{2}$.
Đáp số
Lời giải do Thư viện nhà trường biên soạn, giải và kiểm chéo độc lập theo SGK 2026-2027.
