A. Lý thuyết cơ bản
1. Vecto pháp tuyến – Cặp vecto chỉ phương của mặt phẳng
– Vecto là một vecto pháp tuyến (
) của mặt phẳng
nếu giá của
vuông góc với
.
– Hai vecto không cùng phương là cặp vecto chỉ phương của mặt phẳng
nếu giá của chúng song song hoặc nằm trên mặt phẳng
.
– Nếu là một cặp vecto chỉ phương của mặt phẳng
thì
là một
của
.
Chú ý: Nếu là một
của
thì
cũng là
của
.
2. Phương trình tổng quát của mặt phẳng
Mặt phẳng đi qua điểm
và có
có phương trình tổng quát:
.
Nếu mặt phẳng có phương trình
thì
là một
của
.
3. Một số mặt phẳng thường gặp
Phương trình mặt phẳng đoạn chắn qua 3 điểm với
là
.
4. Khoảng cách từ một điểm đến một mặt phẳng
Mặt phẳng được xác định bởi phương trình tổng quát
. Khoảng cách từ điểm
đến mặt phẳng
được xác định bởi công thức:
.
Chú ý: Khoảng cách giữa hai mặt phẳng song song chính bằng khoảng cách từ một điểm bất kì thuộc mặt phẳng này đến mặt phẳng kia.
5. Góc giữa hai mặt phẳng
Góc giữa hai mặt phẳng và
được xác định bởi công thức
trong đó
.
Chú ý: .
6. Vị trí tương đối của hai mặt phẳng
Cho hai mặt phẳng và
. Khi đó, vị trí tương đối của hai mặt phẳng
xảy ra các trường hợp sau:
– Trường hợp 1: .
– Trường hợp 2: .
– Trường hợp 3: .
Đặc biệt .
B. Bài tập
Dạng 1. Phương trình mặt phẳng đi qua điểm
và có 
A. Phương pháp
Mặt phẳng đi qua điểm
và có
có phương trình tổng quát:
.
Chú ý:
//
(
và
có cùng
).
(
của
là một
của
).
là mặt phẳng trung trực của đoạn
và
đi qua trung điểm của
.
B. Bài tập ví dụ
Ví dụ 1.1: Mặt phẳng qua
và song song với mặt phẳng
là
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Cách 1:
.
Phương trình mặt phẳng qua
và có
là:
.
Chọn đáp án A.
Cách 2:
song song với mặt phẳng
nên
có dạng:
Vì qua
nên
.
Vậy có phương trình là
.
Chọn đáp án A.
Ví dụ 1.2: Phương trình mặt phẳng trung trực của đoạn thẳng với
là
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Giả sử là mặt phẳng trung trực của đoạn thẳng
.
của
là
.
Mặt phẳng đi qua trung điểm
của
và có
nên có phương trình là
.
Chọn đáp án C.
Ví dụ 1.3 (Đề minh họa 2017 Lần 1) Trong không gian với hệ tọa độ , cho hai điểm
và
. Viết phương trình mặt phẳng
đi qua
và vuông góc với đường thẳng
.
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
của
là
.
Phương trình mặt phẳng đi qua
và vuông góc với đường thẳng
là
.
Chọn đáp án A.
Dạng 2. Phương trình mặt phẳng đi qua điểm
và có cặp 
A. Phương pháp
Tìm 2 vecto có giá song song hoặc nằm trong mặt phẳng
. Khi đó
của
là
.
Chú ý:
+ đi qua 3 điểm
không thẳng hàng
.
+ vuông góc hai mặt phẳng
.
+ .
+ đi qua 2 điểm
và vuông góc với mặt phẳng
.
B. Bài tập ví dụ
Ví dụ 2.1: Phương trình mặt phẳng đi qua 3 điểm
là
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Cách 1:
Vecto pháp tuyến của mặt phẳng là
.
Mặt phẳng đi qua điểm
và có
có phương trình là
.
Chọn đáp án B.
Cách 2:
Giả sử mặt phẳng có
, khi đó
có dạng
.
Vì đi qua 3 điểm
nên ta có hệ phương trình
.
Chọn
.
Khi đó có dạng
.
Mà nên
.
Vậy phương trình mặt phẳng là
.
Cách 3 (Trắc nghiệm):
Thay tọa độ vào các đáp án, thấy đáp án B thỏa mãn.
Vậy chọn B.
Ví dụ 2.2: Viết phương trình mặt phẳng đi qua điểm
và vuông góc với hai mặt phẳng
có phương trình lần lượt là
.
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Vecto pháp tuyến của là
.
Mặt phẳng đi qua điểm
và có
có phương trình là:
.
Chọn đáp án A.
Ví dụ 2.3: Trong không gian với hệ tọa độ , cho hai điểm
và mặt phẳng
. Phương trình mặt phẳng
đi qua hai điểm
và vuông góc với mặt phẳng
là
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
đi qua
và vuông góc với
có
.
Phương trình mặt phẳng là
.
Chọn đáp án B.
Ví dụ 2.4: Trong không gian với hệ tọa độ , cho mặt phẳng
đi qua hai điểm
và chứa trục
. Phương trình nào là phương trình tổng quát của
?
A. . B.
. C.
. D.
.
Lời giải:
Cách 1:
Ta có .
Trục có vecto chỉ phương là
.
.
Mặt phẳng đi qua điểm
và có
nên có phương trình là:
.
Cách 2:
Mặt phẳng đi qua điểm
nên có dạng
(Đến đây có thể chọn luôn được đáp án C).
Vì thuộc
nên
.
Chọn .
Chọn đáp án C.
Dạng 3. Viết phương trình mặt phẳng theo đoạn chắn
A. Phương pháp
Phương trình mặt phẳng đi qua 3 điểm
với
là
.
Để viết phương trình mặt phẳng thông thường giả thiết cho các điều kiện (thường là 3 điều kiện). Từ đó thiết lập được hệ 3 phương trình 3 ẩn
.
B. Bài tập ví dụ
Ví dụ 3.1 (Đề minh họa 2017 Lần 2) Trong không gian với hệ tọa độ , cho ba điểm
. Phương trình nào dưới đây là phương trình của mặt phẳng
?
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Mặt phẳng đi qua 3 điểm có phương trình đoạn chắn là
.
Chọn đáp án C.
Ví dụ 3.2: Cho điểm . Lập phương trình mặt phẳng
, biết rằng
cắt ba trục
lần lượt tại
sao cho
là trọng tâm của tam giác
.
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Do lần lượt thuộc
nên giả sử
.
Vì là trọng tâm của tam giác
nên ta có
.
Mặt phẳng đi qua
có phương trình là:
.
Ví dụ 3.3: Trong không gian với hệ tọa độ , cho điểm
. Viết phương trình mặt phẳng
qua
, cắt các trục tọa độ lần lượt tại
mà
là trực tâm của
.
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Cách 1:
Giả sử .
.
Ta có .
.
Cách 2:
Ta chứng minh được , suy ra vecto pháp tuyến của
là
.
Mặt phẳng qua
và có
có phương trình là
.
Chọn đáp án A.
Ví dụ 3.4: Trong không gian với hệ tọa độ , cho điểm
. Viết phương trình mặt phẳng
qua
và cắt các trục
tại
tương ứng với hoành độ, tung độ và cao độ dương sao cho
.
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Ba điểm nằm trên các trục
tương ứng với hoành độ, tung độ và cao độ dương sao cho
, suy ra
với
.
Phương trình .
Mặt phẳng qua
nên
.
Vậy phương trình mặt phẳng là
.
Chọn đáp án B.
Ví dụ 3.5: Trong không gian với hệ tọa độ , cho các điểm
. Viết phương trình mặt phẳng
chứa
và cắt các trục
lần lượt tại các điểm
và
sao cho thể tích khối tứ diện
bằng 3 (
là gốc tọa độ).
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Giả sử . Do
là hình tứ diện nên
.
Vì nên
.
Điểm .
Thể tích tứ diện là
⇔|ac| = 6⇔ac = 6 (2) hoặc ac = -6 (3)
Từ (1) và (2) ta có hệ .
Từ (1) và (3) ta có hệ (vô nghiệm).
Vậy có hai mặt phẳng thỏa mãn .
Ví dụ 3.6 (Chuyên KHTN 2017 Lần 4) Trong không gian với hệ trục tọa độ , cho điểm
, mặt phẳng
qua
cắt các hệ trục tọa độ
lần lượt tại
. Gọi
là thể tích tứ diện
. Khi
thay đổi tìm giá trị nhỏ nhất của
.
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Giả sử .
Mặt phẳng .
Do nên
.
. Vậy chọn đáp án C.
Ví dụ 3.7 (THPT Lý Tự Trọng – TPHCM) Trong không gian với hệ trục tọa độ , cho điểm
. Viết phương trình mặt phẳng
qua
và cắt nửa trục dương
lần lượt tại
sao cho
nhỏ nhất, với
là trọng tâm tam giác
.
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Gọi với
. Theo đề bài ta có:
.
Cần tìm giá trị nhỏ nhất của .
Ta có .
Mặt khác áp dụng bất đẳng thức Bunhiacopxki ta có:
.
Suy ra .
Đẳng thức xảy ra .
Vậy đạt giá trị nhỏ nhất bằng 216 khi
.
Vậy phương trình mặt phẳng là hay
.
Chọn đáp án D.
Dạng 4. Viết phương trình mặt phẳng liên quan đến khoảng cách
A. Phương pháp
Giả sử là
của
, khi đó
có dạng
.
Mặt phẳng song song với mặt phẳng
.
Khoảng cách từ điểm đến mặt phẳng
là:
.
B. Bài tập ví dụ
Ví dụ 4.1 (Đề minh họa 2017) Trong không gian , cho mặt phẳng
và điểm
. Tính khoảng cách từ
đến mặt phẳng
.
A. . B.
. C.
. D.
.
Lời giải:
Áp dụng công thức tính khoảng cách từ một điểm đến mặt phẳng:
.
Chọn đáp án C.
Ví dụ 4.2: Trong không gian , khoảnh cách giữa hai mặt phẳng
và
là
A. . B. 1. C.
. D.
.
Lời giải:
Mặt phẳng nên
với
.
Chú ý:
Hai mặt phẳng song song với nhau. Khi đó khoảng cách giữa hai mặt phẳng
và
có thể tính là
.
Áp dụng: Khoảng cách giữa hai mặt phẳng và
là:
.
Ví dụ 4.3: Trong không gian , cho mặt phẳng
và điểm
. Viết phương trình mặt phẳng
song song với mặt phẳng
và
.
A. .
B. .
C. .
D. .
Lời giải:
Vì có dạng
.
.
Vậy .
Chọn đáp án A.
Ví dụ 4.4: Trong không gian , viết phương trình mặt phẳng
qua
, vuông góc với mặt phẳng
và cách điểm
một khoảng bằng
.
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Mặt phẳng qua
nên có dạng
.
Vì nên
.
.
Từ (1) và (2) ta được:
Từ (3) có . Chọn
.
Từ (4) suy ra . Chọn
.
Vậy có hai mặt phẳng thỏa mãn đề bài .
Ví dụ 4.5: Trong không gian với hệ tọa độ , cho 3 điểm
. Viết phương trình mặt phẳng
qua
và đồng thời khoảng cách từ
đến
bằng
.
A. .
B. .
C. .
D. .
Lời giải:
Phương trình mặt phẳng có dạng
.
Ta có
Từ (1), ta có phương trình mặt phẳng .
Từ (2), ta có phương trình mặt phẳng .
Ví dụ 4.6: Tập hợp các điểm cách đều hai mặt phẳng và
là
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Gọi là điểm cách đều
và
. Ta có:
(vô lí) hoặc
.
Vậy tập hợp các điểm thuộc mặt phẳng .
Chọn đáp án B.
Ví dụ 4.7: Trong không gian với hệ tọa độ , cho điểm
. Viết phương trình mặt phẳng
đi qua điểm
và cách gốc tọa độ
một khoảng lớn nhất.
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Ta có .
Do đó .
Vì vậy mặt phẳng cần tìm là mặt phẳng đi qua
và vuông góc với
.
Ta có .
Vậy phương trình mặt phẳng là
.
Chọn đáp án D.
Ví dụ 4.8: Trong không gian với hệ tọa độ , cho hai điểm
. Viết phương trình mặt phẳng
đi qua
sao cho khoảng cách từ điểm
đến mặt phẳng
là lớn nhất.
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Phương trình mặt phẳng có dạng:
.
.
Nếu (loại)
Nếu thì
.
Đẳng thức xảy ra . Chọn
.
Khi dó phương trình mặt phẳng là
.
Chọn đáp án A.
Dạng 5. Góc giữa hai mặt phẳng. Viết phương trình mặt phẳng liên quan đến góc
A. Phương pháp
Góc giữa hai mặt phẳng và
được xác định bởi công thức:
.
trong đó .
Chú ý: .
B. Bài tập ví dụ
Ví dụ 5.1: Cho hai mặt phẳng và
. Gọi
là góc tạo bởi hai mặt phẳng
là số nào ?
A. . B.
. C.
. D.
.
Lời giải:
có
là
.
có
là
.
.
Chọn đáp án A.
Ví dụ 5.2: Trong không gian với hệ tọa độ , viết phương trình mặt phẳng
đi qua điểm
và tạo với các trục
các góc tương ứng là
.
A. .
B. .
C. .
D. Cả 3 đáp án trên.
Lời giải:
Gọi là
của
. Các
của trục
là
.
Ta có .
Phương trình mặt phẳng là
hoặc .
Ví dụ 5.3: Trong không gian với hệ tọa độ , cho hai mặt phẳng
và
. Lập phương trình mặt phẳng
đi qua gốc tọa độ
, vuông góc với mặt phẳng
và tạo với mặt phẳng
một góc
A. . B.
.
C. . D. Đáp án khác.
Lời giải:
Giả sử phương trình mặt phẳng có dạng
.
Ta có .
(2)
Từ (1) và (2) suy ra:
.
Với , chọn
.
Với , chọn
.
Chọn đáp án C.
Ví dụ 5.4 (Chuyên Lê Hồng Phong – Nam Định 2017 Lần 2) Trong không gian với hệ tọa độ , cho hai điểm
, mặt phẳng
có phương trình
. Viết phương trình mặt phẳng
đi qua hai điểm
và tạo với mặt phẳng
một góc nhỏ nhất.
A. . B.
.
C. . D.
.
Lời giải:
Cách 1: Đáp án A, B và C loại do mặt phẳng không đi qua điểm .
Cách 2: Gọi là giao điểm của
và mặt phẳng
là hình chiếu của
trên mặt phẳng
. Ta có
là góc tạo bởi
và mặt phẳng
.
Kẻ vuông góc với giao tuyến của hai mặt phẳng
và
. Ta có
là góc tạo bởi hai mặt phẳng
và
. Dễ dàng chứng minh được góc tạo bởi hai mặt phẳng
và
nhỏ nhất bẳng
là góc tạo bởi
và mặt phẳng
.
Ta có . Gọi
là
của mặt phẳng
, khi đó
Từ (1). Thay vào (2) ta được
.
Khi đó . Phương trình mặt phẳng cần tìm là
.
Chọn đáp án D.