Смекни!
smekni.com

Приклади складання рівняння лінії на площині за даними її геометричними властивостями Пряма на (стр. 2 из 2)

площини перетинаються по спільній прямій (пучок трьох площин), або всі три площини співпадають. Другий випадок можливий лише тоді, коли всі три рівняння зводяться до одного (пропорційність всіх чотирьох коефіцієнтів).

3.4.2 . Кут між двома площинами

Умови паралельності і перпендикулярності двох площин

Розглянемо дві площини (рис.3.13). Очевидно, що величина двогранного кута між двома

площинами дорівнюватиме відповідному куту між їх нормальними

векторами і .

Тому кут . Кут між двома векторами і

визначається за формулою , тобто

(3.21)

Очевидно, що коли площини паралельні, то ||, а якщо перпендикулярні, то . Отже, умови паралельності двох площин визначаються так:

, (3.22)

а перпендикулярності -

(3.23)

Рис.3.13

3.4.3. Віддаль від точки до площини

Якщо радіус-вектор точки площини , радіус-вектор точки а її нормальний вектор. то рівняння (3.18) можна записати у векторній формі

Якщо і направляючі вектори площини (вектори, які паралельні площині або лежать в площині), то вектор а тому може бути прийнятий за нормальний вектор площини

Тоді рівняння площини можна записати у вигляді

(3.24)

Нехай задана точка радіус-вектор якої позначимо через Віддаль від точки до площини краще всього визначити як висоту паралелепіпеда, побудованого на векторах , поділивши об’єм паралелепіпеда на площу основи (рис.3.14). Ми одержимо

Але для кожного нормального вектора площини можна вибрати направляючі вектори і такими, щоби Тому ми маємо

Рис.3.14 або в координатній формі

В силу того, що точка маємо

звідки Тоді одержимо формулу для обчислення віддалі від точки до площини заданої рівнянням

(3.25)

Приклад 1. Задані чотири точки і .

а) Перевірити чи лежать чотири точки в одній площині;

Написати рівняння:

б) площини що проходить через три точки

в) площини , що проходить через точку і паралельна площині

г) площини , що проходить через точки і перпендикулярна

площині

д) площини що проходить через точки

Обчислити:

е) кут між площинами і

є) віддаль між площинами і

Р о з в ‘ я з о к.

а) Знайдемо вектори Точки лежатимуть в одній площині тоді, коли вектори компланарні (змішаний добуток трьох векторів дорівнює нулю) :

Отже вектори некомпланарні, а значить, точки не лежать в одній площині.

б) Запишемо рівняння площини , що проходить через три заданих точки:

в) Рівняння площини , що проходить через точку

Оскільки і паралельні, то

г) Рівняння площини шукаємо у вигляді (рівняння площини, що проходить через точку ) . Коефіцієнти знаходимо із умов: тоді

і після ділення рівняння на

одержимо

д) Рівняння площини , що проходить через точки

е) Кут між площинами і визначається як кут між їх нормальними векторами і

або

є) Віддаль між двома паралельними площинами і знаходимо як віддаль від довільної точки, що лежить в площині наприклад до площини

Приклад 2. Записати рівняння площини, що проходить через точку і вісь

Р о з в ‘ я з о к. Рівняння площини шукаємо у вигляді Оскільки площина проходить через вісь то точки , лежать в даній площині; значить, і рівняння шуканої площини має такий вигляд (після ділення на )

3.5. Пряма в просторі

3.5.1. Рівняння прямої в просторі

Пряма в просторі задана, якщо відома деяка точка що лежить на цій прямій, і вектор , який паралельний цій прямій. Такий вектор називається направляючим вектором прямої. Тоді довільна точка буде лежати на цій прямій тоді і тільки тоді, коли вектори і будуть колінеарні, тобто Оскільки координати цих векторів то останню рівність в координатній формі можна записати так:

(3.26)

Рівняння (3.26) називаються параметричними рівняннями прямої в просторі (параметр).

Виключаючи із рівнянь (3.27) параметр одержимо канонічне рівняння прямої в просторі

(3.27)

Нехай дві точки і лежать на прямій . Тоді за направляючий вектор можна взяти вектор Підставляючи в рівняння (3.27)

замість і відповідні координати вектора , одержимо рівняння прямої, що проходить через дві задані точки

(3.28)

Пряма в просторі може задаватися як лінія перетину двох площин

і .

Оскільки довільна точка що лежить на прямій, буде лежати і в цих площинах, то її координати будуть задовольняти обидва рівняння цих площин, тобто систему рівнянь. Отже рівняння такої прямої можна записати у вигляді системи рівнянь

(3.29)

Рівняння (3.29) називається загальним рівнянням прямої в просторі. Очевидно, що рівняння (3.29) задають рівняння прямої, коли площини і непаралельні. Координати нормальних векторів площин і такі: Тоді , оскільки , то пряма буде перпендикулярна обом нормальним векторам і Тоді в якості направляючого вектора можна взяти вектор

3.5.2. Кут між двома прямими в просторі.

Умови паралельності та перпендикулярності

Кут між двома прямими і , заданих рівняннями

,

визначається як кут між їх направляючими векторами та Тому

(3.30)

Якщо прямі і паралельні, то їх направляючі вектори і будуть колінеарні. Тоді одержимо умову паралельності двох прямих

(3.31)

Якщо прямі і перпендикулярні, то , і ми маємо умову перпендикулярності двох прямих

(3.32)

3.5.3. Кут між прямою і площиною.

Умови паралельності та перпендикулярності прямої і площини

Кут між прямою та площиною визначається кутом між цією прямою та її

проекцією на площину (рис.3.15). Нехай пряма задана канонічним рівнянням

а площина - загальним рівнянням

.

Направляючий вектор прямої має координати , а нормальний вектор площини Очевидно, що кут між прямою і площиною дорівнює де це кут між

Рис. 3.15 векторами і Тоді і

Отже, кут між прямою і площиною визначається за формулою

(3.33)

Пряма паралельна площині якщо вектори і перпендикулярні. Тому умова паралельності прямої і площини має вигляд

(3.34)

Пряма перпендикулярна площині якщо вектори і колінеарні, і умова перпендикулярності прямої і площини запишеться так

(3.35)

Приклад 1. Обчислити віддаль між двома паралельними прямими

і .

Р о з в ‘ я з о к. Візьмемо на прямій точку і знайдемо основу перпендикуляра , опущеного із точки на пряму Для цього проведемо через точку площину, перпендикулярну прямій Рівняння площини має вигляд Точка - це точка перетину даної площини з прямою Знайдемо координати точки , розв’язавши систему рівнянь

Дану систему рівнянь найкраще розв’язувати, записавши рівняння прямої в параметричній формі

Тому Отже, Віддаль між двома прямими і дорівнює довжині відрізка , тобто

Приклад 2. Знайти проекцію точки на площину

Р о з в ‘ я з о к. Запишемо рівняння прямої, що проходить через точку перпендикулярно до заданої площини , і знайдемо точку їх перетину Запишемо рівняння прямої в параметричній формі і розв’яжемо систему рівнянь

Отже, проекція точки на задану площину має координати