Что значит плоскость проведена через прямую

Плоскость в пространстве – необходимые сведения

Плоскость – это одна из наиболее важных фигур в планиметрии, поэтому нужно хорошо понимать, что она из себя представляет. В рамках этого материала мы сформулируем само понятие плоскости, покажем, как ее обозначают на письме, и введем необходимые обозначения. Затем мы рассмотрим это понятие в сравнении с точкой, прямой или другой плоскостью и разберем варианты их взаимного расположения. Все определения будут проиллюстрированы графически, а нужные аксиомы сформулированы отдельно. В последнем пункте мы укажем, как правильно задать плоскость в пространстве несколькими способами.

Понятие плоскости и ее обозначения

Плоскость представляет собой одну из простейших фигур в геометрии наравне с прямой и точкой. Ранее мы уже объясняли, что точка и прямая размещаются на плоскости. Если эту плоскость разместить в трехмерном пространстве, то мы получим точки и прямые в пространстве.

В жизни представление о том, что такое плоскость, нам могут дать такие объекты, как поверхность пола, стола или стены. Но нужно учитывать, что в жизни их размеры ограничены, а здесь понятие плоскости связано с бесконечностью.

Если нам нужно графическое отображение плоскости, то обычно для этого используется замкнутое пространство произвольной формы или параллелограмм.

Что значит плоскость проведена через прямую

Плоскость принято рассматривать вместе с прямыми, точками, другими плоскостями. Задачи с этим понятием обычно содержат некоторые варианты их расположения друг относительно друга. Рассмотрим отдельные случаи.

Как могут располагаться плоскость и точка друг относительно друга

Первый способ взаимного расположения заключается в том, что точка расположена на плоскости, т.е. принадлежит ей. Можно сформулировать аксиому:

В любой плоскости есть точки.

Если некая плоскость задана в пространстве, то число точек, принадлежащих ей, является бесконечным. А какого минимального количества точек будет достаточно для определения плоскости? Ответом на этот вопрос будет следующая аксиома.

Через три точки, которые не расположены на одной прямой, проходит единственная плоскость.

Другой способ взаимного расположения точки и плоскости можно выразить с помощью третьей аксиомы:

Можно выделить как минимум 4 точки, которые не будут находиться в одной плоскости.

Графически последнюю аксиому можно представить так:

Что значит плоскость проведена через прямую

Варианты взаимного расположения прямой и плоскости

Самый простой вариант – прямая находится в плоскости. Тогда в ней будут расположены как минимум две точки этой прямой. Сформулируем аксиому:

Если хотя бы две точки заданной прямой находятся в некоторой плоскости, это значит, что все точки этой прямой расположены в данной плоскости.

Что значит плоскость проведена через прямую

Графически этот вариант расположения выглядит так:

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Если мы решаем задачу, в которой есть плоскость, нам необходимо знать, что из себя представляет нормальный вектор плоскости.

Нормальный вектор плоскости – это такой вектор, который лежит на перпендикулярной прямой по отношению к плоскости и не равен при этом нулю.

Примеры нормальных векторов плоскости показаны на рисунке:

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Если прямая расположена внутри плоскости, то она делит ее на две равные или неравные части (полуплоскости). Тогда такая прямая будет называться границей полуплоскостей.

Любые 2 точки, расположенные в одной полуплоскости, лежат по одной сторону от границы, а две точки, принадлежащие разным полуплоскостям, лежат по разную сторону от границы.

Варианты расположения двух плоскостей друг относительно друга

1. Наиболее простой вариант – две плоскости совпадают друг с другом. Тогда они будут иметь минимум три общие точки.

2. Одна плоскость может пересекать другую. При этом образуется прямая. Выведем аксиому:

Если две плоскости пересекаются, то между ними образуется общая прямая, на которой лежат все возможные точки пересечения.

На графике это будет выглядеть так:

Что значит плоскость проведена через прямую

В таком случае между плоскостями образуется угол. Если он будет равен 90 градусам, то плоскости будут перпендикулярны друг другу.

3. Две плоскости могут быть параллельными друг другу, то есть не иметь ни одной точки пересечения.

Что значит плоскость проведена через прямую

Если у нас есть не две, а три и больше пересекающихся плоскостей, то такую комбинацию принято называть пучком или связкой плоскостей. Подробнее об этом мы напишем в отдельном материале.

Как задать плоскость в пространстве

В этом пункте мы посмотрим, какие существуют способы задания плоскости в пространстве.

1. Первый способ основан на одной из аксиом: единственная плоскость проходит через 3 точки, не лежащие на одной прямой. Следовательно, мы можем задать плоскость, просто указав три таких точки.

Если у нас есть прямоугольная система координат в трехмерном пространстве, в которой задана плоскость с помощью этого способа, то мы можем составить уравнение этой плоскости (подробнее см, соответствующую статью). Изобразим данный способ на рисунке:

Что значит плоскость проведена через прямую

2. Второй способ – задание плоскости с помощью прямой и точки, не лежащей на этой прямой. Это следует из аксиомы о плоскости, проходящей через 3 точки. См. рисунок:

Что значит плоскость проведена через прямую

3. Третий способ заключается в задании плоскости, которая проходит через две пересекающиеся прямые (как мы помним, в таком случае тоже есть только одна плоскость.) Проиллюстрируем способ так:

Что значит плоскость проведена через прямую

4. Четвертый способ основан на параллельных прямых. Вспомним, какие прямые называются параллельными: они должны лежать в одной плоскости и не иметь ни одной точки пересечения. Получается, что если мы укажем в пространстве две такие прямые, то мы тем самым сможем определить для них ту самую единственную плоскость. Если у нас есть прямоугольная система координат в пространстве, в которой уже задана плоскость этим способом, то мы можем вывести уравнение такой плоскости.

На рисунке этот способ будет выглядеть так:

Что значит плоскость проведена через прямую

Если мы вспомним, что такое признак параллельности, то сможем вывести еще один способ задания плоскости:

Если у нас есть две пересекающиеся прямые, которые лежат в некоторой плоскости, которые параллельны двум прямым в другой плоскости, то и сами эти плоскости будут параллельны.

Таким образом, если мы зададим точку, то мы сможем задать плоскость, которая проходит через нее, и ту плоскость, которой она будет параллельна. В таком случае мы тоже можем вывести уравнение плоскости (об этом у нас есть отдельный материал).

Что значит плоскость проведена через прямую

Вспомним одну теорему, изученную в рамках курса по геометрии:

Через определенную точку пространства может проходить только одна плоскость, которая будет параллельна заданной прямой.

Это значит, что можно задать плоскость путем указания конкретной точки, через которую она будет проходить, и прямой, которая будет перпендикулярна по отношению к ней. Если плоскость задана этим способом в прямоугольной системе координат, то мы можем составить уравнение плоскости для нее.

Что значит плоскость проведена через прямую

Также мы можем указать не прямую, а нормальный вектор плоскости. Тогда можно будет сформулировать общее уравнение.

Что значит плоскость проведена через прямую

Мы рассмотрели основные способы, с помощью которых можно задать плоскость в пространстве.

Источник

math4school.ru

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Прямые и плоскости

Способы определения плоскости

Плоскость в пространстве однозначно задаётся:

Что значит плоскость проведена через прямуюЧто значит плоскость проведена через прямую

тремя точками, не лежащими прямой и точкой, не лежащей

на одной прямой на этой прямой

Что значит плоскость проведена через прямуюЧто значит плоскость проведена через прямую

двумя пересекающимися прямыми двумя параллельными прямыми

Прямые в пространстве

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямуюДве прямые в пространстве пересекаются, если они имеют лишь одну общую точку:

Признак параллельности прямых:

Две прямые, параллельные третьей прямой, параллельны между собой:

Прямая и плоскость в пространстве

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямуюЕсли каждая точка прямой принадлежит плоскости, то говорят, что и прямая принадлежит плоскости:

Если две точки прямой принадлежат плоскости, то вся прямая принадлежит этой плоскости:

Говорят, что прямая и плоскость пересекаются, если они имеют одну единственную общую точку:

Прямая и плоскость называются параллельными, если они не имеют общих точек:

Плоскость и не лежащая на ней прямая либо пересекаются (в одной точке), либо не пересекаются (параллельны).Что значит плоскость проведена через прямую

Признак параллельности прямой и плоскости:

Прямая, не лежащая в плоскости, параллельна этой плоскости тогда и только тогда, когда она параллельна некоторой прямой в этой плоскости:

Что значит плоскость проведена через прямую

Признак параллельности прямых:

Что значит плоскость проведена через прямую

Признак параллельности прямых:

Если прямая параллельна каждой из двух пересекающихся плоскостей, то она параллельна и линии пересечения этих плоскостей:

Что значит плоскость проведена через прямую

Прямая, пересекающая плоскость, называется перпендикулярной этой плоскости, если она перпендикулярна любой прямой, которая лежит в данной плоскости и проходит через точку пересечения этой прямой и плоскости.

Через любую точку пространства можно провести прямую, перпендикулярную данной плоскости, и притом только одну.

Признак перпендикулярности прямой и плоскости:

Если прямая перпендикулярна двум пересекающимся прямым, лежащим в плоскости, то она перпендикулярна данной плоскости:

Что значит плоскость проведена через прямую

Плоскость, перпендикулярная одной из двух параллельных прямых, перпендикулярна и другой прямой:

Прямые, перпендикулярные одной плоскости, – параллельны:

Что значит плоскость проведена через прямую

Перпендикуляром, проведённым из данной точки к данной плоскости, называется отрезок, которые соединяет эту точку с точкой плоскости (основанием перпендикуляра) и лежит на прямой, которая перпендикулярна плоскости. Длину перпендикуляра, проведённого из данной точки к данной плоскости, считают расстоянием между этими точкой и плоскостью.

Наклонной, проведённой из данной точки к плоскости, называется любой отрезок, который соединяет эту точку с точкой плоскости (основанием перпендикуляра) и не является перпендикуляром, проведённым к этой плоскости.

Отрезок, соединяющий основания перпендикуляра и наклонной, проведённых к плоскости из одной точки, называется проекцией (ортогональной проекцией) этой наклонной на плоскость.

АВ – перпендикуляр, проведённый из точки А к плоскости α ;

АС – наклонная, проведённая из точки А к плоскости α ;

В – основание перпендикуляра АВ ;

С – основание наклонной АС ;

ВС – проекция наклонной АС на плоскость α .

Свойства перпендикуляра и наклонной:

Углом между наклонной и плоскость называется величина угла между наклонной и её ортогональной проекцией на эту плоскость:

Угол между наклонной и её ортогональной проекцией на плоскость меньше угла между этой наклонной и любой другой прямой, проходящей в этой плоскости через основание наклонной:

Что значит плоскость проведена через прямую

Теорема про три перпендикуляра:

Если прямая, проведённая на плоскости через основание наклонной, перпендикулярна её проекции, то она перпендикулярна и самой наклонной. И наоборот: если прямая, проведённая на плоскости через основание наклонной, перпендикулярна наклонной, то она перпендикулярна и проекции этой наклонной:

Что значит плоскость проведена через прямую

Расстоянием от прямой до параллельной ей плоскости называется расстояние от любой точки этой прямой до плоскости:

Отрезок АВ – общий перпендикуляр прямой а и плоскости α.

Что значит плоскость проведена через прямую

Общим перпендикуляром двух скрещивающихся прямых ( a и b ) называется отрезок ( АВ ) с концами на этих прямых, являющийся перпендикуляром к каждой из них.

Две скрещивающиеся прямые всегда имеют общий перпендикуляр, и притом только один.

Длина общего перпендикуляра двух скрещивающихся прямых считается расстоянием между ними:

Плоскости в пространстве

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Говорят, что две плоскости пересекаются, если в одной из них существуют точки как принадлежащие другой плоскости, так и не принадлежащие ей.

Если две различные плоскости имеют общую точку, то они пересекаются по прямой, проходящей через эту точку:

Говорят, что две плоскости совпадают, если каждая точка одной плоскости является точкой другой, и наоборот:

Две плоскости называются параллельными, если они не имеют общих точек:

Через точку вне плоскости можно провести плоскость параллельную данной и притом только одну.

Что значит плоскость проведена через прямую

Признак параллельности плоскостей:

Если две пересекающиеся прямые одной плоскости соответственно параллельны двум прямым другой плоскости, то эти плоскости параллельны:

Что значит плоскость проведена через прямую

Расстоянием между двумя параллельными плоскостями называется расстояние от любой точки одной плоскости до другой плоскости.

Длина некоторого отрезка выражает расстояние между двумя параллельными плоскостями, если этот отрезок является общим перпендикуляром этих плоскостей:

Что значит плоскость проведена через прямую

Двугранным углом называется фигура, образованная двумя полуплоскостями с общей ограничивающей их прямой.

Полуплоскости, о которых шла речь, называются гранями двугранного угла, а прямая – ребром двугранного угла:

α и β – грани, KL – ребро двугранного угла.

Что значит плоскость проведена через прямую

Все линейные углы данного двугранного угла совмещаются параллельным переносом и равны.

Мера линейного угла служит мерой и двугранного угла, которому этот линейный угол соответствует.

Линейные углы, соответствующие равным двугранным углам, равны. И наоборот: равным линейным углам соответствуют равные двугранные углы.

Что значит плоскость проведена через прямую

Углом между двумя пересекающимися плоскостями называется наименьшая из мер двухгранных углов, образованных этими плоскостями.

Две плоскости называются перпендикулярными ( α⊥β ), если угол между ними равен 90°.

Угол между параллельными плоскостями считается равным 0°.

Если φ – величина угла между некоторыми двумя плоскостями, то

Признак перпендикулярности плоскостей:

Если плоскость проходит через прямую, перпендикулярную другой плоскости, то эти плоскости перпендикулярны:

Прямая, проведённая в одной из двух перпендикулярных плоскостей перпендикулярно линии их пересечения, перпендикулярна другой плоскости:

Некоторые свойства прямых и плоскостей

Что значит плоскость проведена через прямую

Отрезки параллельных прямых, заключённые между двумя параллельными плоскостями, равны:

Что значит плоскость проведена через прямую

Если прямая пересекает одну из двух параллельных плоскостей, то она пересекает и другую плоскость; более того, эта прямая образует с параллельными плоскостями равные углы:

Что значит плоскость проведена через прямую

Прямые, полученные при пересечении двух параллельных плоскостей третьей плоскостью, параллельны между собой:

Прямая, перпендикулярная одной из двух параллельных плоскостей, перпендикулярна и другой плоскости:

Две плоскости, перпендикулярные одной и той же прямой, параллельны:

Плоскость, перпендикулярная одной из двух параллельных плоскостей, перпендикулярна и другой плоскости:

Источник

Плоскость и прямая в пространстве с примерами решения

Содержание:

Плоскость в пространстве

Общее уравнение плоскости

Определение: Уравнение вида Что значит плоскость проведена через прямую

Определение: Порядок поверхности определяется по высшему показателю степени переменных х, у и z или по сумме показателей степени в произведении этих величин.

Определение: Уравнение вида Ax+By+Cz+D=O называется общим уравнением плоскости.

Рассмотрим частные случаи приведенного уравнения:

1. D = 0; Ах + By + Сz = 0. Из этого уравнения видно, что точка О(0; 0; 0) удов- летворяет этому уравнению, следовательно, это уравнение описывает плоскость, проходящую через начало координат (Рис. 36). Что значит плоскость проведена через прямую

Рис. 36. Плоскость, проходящая через начало координат.

2. С = 0; Ах + Ву + D = 0. Этому уравнению удовлетворяет любое значение переменной z, поэтому данное уравнение описывает плоскость, которая параллельна оси аппликат (Oz) (Рис. 37). Что значит плоскость проведена через прямую

Рис. 37. Плоскость, проходящая параллельно оси аппликат.

Замечание: При отсутствии в уравнении плоскости одной из переменных величин говорит о том, что плоскость параллельна соответствующей координатной оси.

Рис. 38. Плоскость, проходящая через начало координат параллельно оси аппликат.

4. Что значит плоскость проведена через прямую— плоскость проходит через точку Что значит плоскость проведена через прямуюпараллельно плоскости Что значит плоскость проведена через прямую(Pис. 39). Что значит плоскость проведена через прямую

Рис. 39. Плоскость, проходящая параллельно координатной плоскости Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Рис. 40. Координатная плоскость Что значит плоскость проведена через прямую.

Другие уравнения плоскости

1. Уравнение плоскости в отрезках. Пусть в уравнении Что значит плоскость проведена через прямуюкоэффициент Что значит плоскость проведена через прямуютогда выполним следующие преобразования

Что значит плоскость проведена через прямую

Введем следующие обозначения Что значит плоскость проведена через прямуютогда уравнение примет вид Что значит плоскость проведена через прямуюкоторое называется уравнением плоскости в отрезках. Найдем точки пересечения плоскости с координатными осями:Что значит плоскость проведена через прямую

Откладывая на координатных осях точки М, N и Р, соединяя их прямыми лучим изображение данной плоскости (для определенности принято, что параметры а, b, с положительные) (Рис. 41): Что значит плоскость проведена через прямую

Рис. 41. Отрезки, отсекаемые плоскостью на координатных осях.

Из рисунка видно, что числа а, b, с показывают отрезки, отсекаемые плоскостью на координатных осях, считая от начала координат.

2. Уравнение плоскости, проходящей через заданную точку перпендикулярно к заданному вектору. Пусть задана точка Что значит плоскость проведена через прямуючерез которую проходит плоскость перпендикулярно к заданному вектору Что значит плоскость проведена через прямуюОЗ. Вектор Что значит плоскость проведена через прямуюназывается нормальным вектором плоскости, если он перпендикулярен любой паре неколлинеарных векторов, лежащих на плоскости.

Возьмем на плоскости произвольную точку Что значит плоскость проведена через прямуюи образуем вектор Что значит плоскость проведена через прямуюсоединяющий точку Что значит плоскость проведена через прямуюс точкой М (Рис. 42). Тогда Что значит плоскость проведена через прямуюЧто значит плоскость проведена через прямую

Рис. 42. Плоскость, проходящая через заданную точку перпендикулярно к нормальному вектору.

В силу того, вектор Что значит плоскость проведена через прямуюлежит в плоскости, то он перпендикулярен нормальному вектору Что значит плоскость проведена через прямуюИспользуя условие перпендикулярности векторов Что значит плоскость проведена через прямуюв проекциях перемножаемых векторов, получим уравнение плоскости, проходящая через заданную точку перпендикулярно к нормальному вектору: Что значит плоскость проведена через прямую

Пример:

Составить уравнение плоскости, проходящей через т. Что значит плоскость проведена через прямуюпараллельно плоскости Что значит плоскость проведена через прямую

Решение:

Так как искомая плоскость параллельна плоскости (Q), то нормальный вектор этой плоскости Что значит плоскость проведена через прямую(см. коэффициенты при переменных величинах х, у и z в уравнении плоскости Что значит плоскость проведена через прямую) перпендикулярен к искомой плоскости и может быть взят в качестве нормального вектора этой плоскости. Используя уравнение плоскости, проходящей через заданную точку перпендикулярно к данному вектору, получаем: Что значит плоскость проведена через прямую

Пример:

Что значит плоскость проведена через прямую

Решение:

Построим на искомой плоскости вектор Что значит плоскость проведена через прямуюи вычислим нормальный вектор Что значит плоскость проведена через прямуюкак векторное произведение векторов Что значит плоскость проведена через прямуюЧто значит плоскость проведена через прямую

Уравнение плоскости, проходящей через заданную точку Что значит плоскость проведена через прямуюперпендикулярно к заданному вектору Что значит плоскость проведена через прямуюимеет вид:Что значит плоскость проведена через прямую

Отметим, что при выборе точки, через которую проходит искомая плоскость из точек Что значит плоскость проведена через прямуюбрать как точку, через которую проходит искомая плоскость.

3. Уравнение плоскости, проходящей через три заданные точки. Пусть плоскость проходит через 3 известные точки Что значит плоскость проведена через прямуюВозьмем произвольную точку плоскости М(х; у; z) и образуем векторы Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямуюЧто значит плоскость проведена через прямую

Рис. 43. Плоскость, проходящая через три заданные точки.

Вектора Что значит плоскость проведена через прямуюкомпланарные, используя условие компланарности векторов Что значит плоскость проведена через прямуюполучим уравнение плоскости, проходящей через 3 известные точки: Что значит плоскость проведена через прямую

Замечание: Полученный определитель третьего порядка раскрывается по элементам первой строки.

Пример:

Составить уравнение плоскости, проходящей через три заданные точки Что значит плоскость проведена через прямую

Решение:

Основные задачи о плоскости в пространстве

1. Угол между пересекающимися плоскостями. Пусть даны две пересекающиеся плоскости Что значит плоскость проведена через прямуюкоторые имеют нормальные векторы

Что значит плоскость проведена через прямую

Пусть линия пересечения плоскостей определяется прямой (l). Из одной точки этой прямой проведем два перпендикулярных к прямой вектора Что значит плоскость проведена через прямуюМеньший угол между этими векторами определяет угол между плоскостями (Рис.44):

Что значит плоскость проведена через прямую

Рис.44. Угол между плоскостями.

В силу того, что Что значит плоскость проведена через прямуюто угол между нормальными векторами равен углу между векторами Что значит плоскость проведена через прямуюИз векторной алгебры известно, что угол между векторами определяется формулой: Что значит плоскость проведена через прямую

Следствие: Если плоскости перпендикулярны (Что значит плоскость проведена через прямую), то условием перпендикулярности плоскостей является равенство: Что значит плоскость проведена через прямую.

Следствие: Если плоскости параллельны, то нормальные вектора коллинеарны, следовательно, условие параллельности плоскостей: Что значит плоскость проведена через прямую

2. Расстояние от данной точки до заданной плоскости. Расстояние от данной точки Что значит плоскость проведена через прямуюдо заданной плоскости Что значит плоскость проведена через прямуюопределяется по формуле: Что значит плоскость проведена через прямую

Пример:

На каком расстоянии от плоскости Что значит плоскость проведена через прямуюнаходится точка Что значит плоскость проведена через прямую

Решение:

Воспользуемся приведенной формулой: Что значит плоскость проведена через прямую

Прямая в пространстве

Общее уравнение прямой

Прямая в пространстве может быть задана как пересечение двух плоскостей: Что значит плоскость проведена через прямую

Определение: Геометрическое место точек пространства, удовлетворяющих системе уравнений (1), называется прямой в пространстве, а система уравнений (1) называется общим уравнением прямой.

Замечание: Для того чтобы система уравнений (1) определяла прямую в пространстве необходимо и достаточно, чтобы нормальные вектора плоскостей, определяющих прямую, Что значит плоскость проведена через прямуюбыли неколлинеарными, т.е. выполняется одно из неравенств: Что значит плоскость проведена через прямую

Пусть прямая проходит через точку Что значит плоскость проведена через прямуюпараллельно вектору Что значит плоскость проведена через прямуюкоторый называется направляющим вектором прямой (см. Лекцию Ле 7), тогда ее уравнение называется каноническим и имеет вид:

Что значит плоскость проведена через прямую

Замечание: Если в уравнении (2) одна из проекций направляющего вектора равна 0, то это означает, что прямая перпендикулярна соответствующей координатной оси.

Пример:

Как расположена прямая Что значит плоскость проведена через прямуюотносительно координатных осей.

Решение:

Согласно замечанию эта прямая будет перпендикулярна осям абсцисс и ординат (параллельна оси аппликат) и будет проходить через точку Что значит плоскость проведена через прямуюПриравняв каждую дробь уравнения (2) параметру t, получим параметрическое уравнение прямой:

Что значит плоскость проведена через прямую

Пример:

Записать уравнение прямой Что значит плоскость проведена через прямуюв параметрическом виде.

Решение:

Приравняем каждую дробь к параметру t: Что значит плоскость проведена через прямуюЕсли прямая проходит через две известные точки Что значит плоскость проведена через прямуюто ее уравнение имеет вид: Что значит плоскость проведена через прямуюи называется уравнением прямой, проходящей через две заданные точки.

Пример:

Решение:

Составим каноническое уравнение прямой линии, проходящей через точки Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямуюПерейдём к параметрическому уравнению Что значит плоскость проведена через прямуюили Что значит плоскость проведена через прямуюСоставим каноническое уравнение прямой линии, проходящей через точки Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямуюПерейдём к параметрическому уравнению прямой Что значит плоскость проведена через прямую

Что значит плоскость проведена через прямую

Основные задачи о прямой в пространстве

1. Переход от общего уравнения прямой к каноническому. Пусть прямая задана общим уравнением Что значит плоскость проведена через прямуюДля того, чтобы перейти от этого уравнения прямой к каноническому, поступают следующим образом:

Пример:

Записать уравнение прямой Что значит плоскость проведена через прямуюв каноническом и параметрическом виде.

Решение:

Что значит плоскость проведена через прямую

Запишем каноническое Что значит плоскость проведена через прямуюи параметрическое уравнения прямой:

Что значит плоскость проведена через прямую

Угол между пересекающимися прямыми

Угол между двумя пересекающимися прямыми определяется как угол между их направляющими векторами. Если прямые Что значит плоскость проведена через прямуюимеют направляющие вектора

Что значит плоскость проведена через прямую

соответственно, то угол между прямыми определяется по формуле: Что значит плоскость проведена через прямую

Следствие: Если прямые перпендикулярны (Что значит плоскость проведена через прямую), то условием перпендикулярности прямых является равенство: Что значит плоскость проведена через прямую

Следствие: Если прямые параллельны, то направляющие вектора коллинеарны, следовательно, условие параллельности прямых: Что значит плоскость проведена через прямую

Координаты точки пересечения прямой и плоскости

Пусть прямая (L) задана общим уравнением Что значит плоскость проведена через прямуюа плоскость (Q) уравнением Ax+By+Cz+D=0. Так как точка пересечения прямой и плоскости принадлежит одновременно обоим этим объектам, то ее координаты находят из системы уравнений: Что значит плоскость проведена через прямуюЕсли прямая (L) задана каноническим уравнением Что значит плоскость проведена через прямуюа плоскость (Q)

Рассмотрим возможные случаи:

Пример:

Найти координаты точки пересечения прямой (L), заданной уравнением Что значит плоскость проведена через прямуюи плоскости (Q): 2x-y+3z-4=0.

Решение:

Перепишем уравнение прямой (L) в параметрическом виде Что значит плоскость проведена через прямуюПодставим найденные величины в уравнение плоскости (Q)? получим

Что значит плоскость проведена через прямую

Найденное значение параметра Что значит плоскость проведена через прямуюподставим в параметрическое уравнение прямой Что значит плоскость проведена через прямуюТаким образом, прямая пересекает заданную плоскость в точке Что значит плоскость проведена через прямую

Угол между прямой и плоскостью

Пусть дана плоскость (Q) с нормальным вектором Что значит плоскость проведена через прямуюи пересекающая ее прямая (L) с направляющим вектором Что значит плоскость проведена через прямую(Рис.45). Что значит плоскость проведена через прямую

Рис. 45. Угол между прямой и плоскостью.

Угол Что значит плоскость проведена через прямуюявляется углом между прямой (L) и плоскостью (Q). Угол между нормальным вектором плоскости и прямой обозначим через Что значит плоскость проведена через прямуюИз рисунка видно, что Что значит плоскость проведена через прямуюСледовательно,

Что значит плоскость проведена через прямую

Следствие: Если прямая перпендикулярна плоскости (Что значит плоскость проведена через прямую), то условие перпендикулярности прямой и плоскости имеет вид: Что значит плоскость проведена через прямую

Следствие: Если прямая параллельна плоскости (Что значит плоскость проведена через прямую), то направляющий вектор прямой и нормальный вектор плоскости перпендикулярны (Что значит плоскость проведена через прямую), следовательно, условие параллельности прямой и плоскости: Что значит плоскость проведена через прямую.

Плоскость и прямая в пространстве

Всякое уравнение первой степени относительно координат Что значит плоскость проведена через прямую Что значит плоскость проведена через прямуюзадает плоскость, и наоборот: всякая плоскость может быть представлена уравнением (3.1), которое называется уравнением плоскости.

Вектор Что значит плоскость проведена через прямуюортогональный плоскости, называется нормальным вектором плоскости. В уравнении (3.1) коэффициенты А, В, С одновременно не равны 0.

Особые случаи уравнения (3.1):

Уравнения координатных плоскостей: Что значит плоскость проведена через прямую

Прямая в пространстве может быть задана:

Тогда прямая определяется уравнениями: Что значит плоскость проведена через прямую

Уравнения (3.4) называются каноническими уравнениями прямой.

Вектор Что значит плоскость проведена через прямуюназывается направляющим вектором прямой.

Параметрические уравнения прямой получим, приравняв каждое из отношений (3.4) параметру t: Что значит плоскость проведена через прямуюРешая систему (3.2) как систему линейных уравнений относительно неизвестных х и у, приходим к уравнениям прямой в проекциях или к приведенным уравнениям прямой.Что значит плоскость проведена через прямую

От уравнений (3.6) можно перейти к каноническим уравнениям, находя z из каждого уравнения и приравнивая полученные значения: Что значит плоскость проведена через прямую

От общих уравнений (3.2) можно переходить к каноническим и другим способом, если найти какую-либо точку этой прямой и ее направляющий вектор Что значит плоскость проведена через прямую Что значит плоскость проведена через прямую— нормальные векторы заданных плоскостей. Если один из знаменателей Что значит плоскость проведена через прямуюв уравнениях (3.4) окажется равным нулю, то числитель соответствующей дроби надо положить равным нулю, т.е. система Что значит плоскость проведена через прямуюравносильна системе Что значит плоскость проведена через прямуютакая прямая перпендикулярна к оси Ох. Система Что значит плоскость проведена через прямуюравносильна системе Что значит плоскость проведена через прямуюпрямая параллельна оси Oz.

Пример:

Составьте уравнение плоскости, зная, что точка А(1,-1,3) служит основанием перпендикуляра, проведенного из начала координат к этой плоскости.

Решение:

По условию задачи вектор Что значит плоскость проведена через прямуюявляется нормальным вектором плоскости, тогда ее уравнение можно записать в виде Что значит плоскость проведена через прямуюПодставив координаты точки А(1,-1,3), принадлежащей плоскости, найдем D: Что значит плоскость проведена через прямуюИтак, Что значит плоскость проведена через прямую

Пример:

Составьте уравнение плоскости, проходящей через ось Oz и образующей с плоскостью Что значит плоскость проведена через прямую

Решение:

Плоскость, проходящая через ось Oz, задается уравнениемЧто значит плоскость проведена через прямуюодновременно не обращаются в нуль. Пусть В не равно 0, Что значит плоскость проведена через прямуюПо формуле косинуса угла В между двумя плоскостями Что значит плоскость проведена через прямую

Решая квадратное уравнение Что значит плоскость проведена через прямуюнаходим его корни Что значит плоскость проведена через прямуюоткуда получаем две плоскости Что значит плоскость проведена через прямую

Пример:

Составьте канонические уравнения прямой: Что значит плоскость проведена через прямуюЧто значит плоскость проведена через прямую

Решение:

Канонические уравнения прямой имеют вид:

Что значит плоскость проведена через прямуюКанонические уравнения прямой имеют вид: Что значит плоскость проведена через прямую

Пример:

В пучке, определяемом плоскостями Что значит плоскость проведена через прямуюнайти две перпендикулярные плоскости, одна из которых проходит через точку М (1,0,1).

Решение:

Уравнение пучка, определяемого данными плоскостями, имеет вид Что значит плоскость проведена через прямуюгде Что значит плоскость проведена через прямуюне обращаются в нуль одновременно. Перепишем уравнение пучка следующим образом: Что значит плоскость проведена через прямую

Для того, чтобы из пучка выделить плоскость, проходящую через точку М, подставим координаты точки М в уравнение пучка. Получим: Что значит плоскость проведена через прямую

Тогда уравнение плоскости, содержащей М, найдем, подставив Что значит плоскость проведена через прямуюв уравнение пучка: Что значит плоскость проведена через прямую

Т.к. и Что значит плоскость проведена через прямую(иначе v=0, а это противоречит определению пучка), то имеем уравнение плоскости Что значит плоскость проведена через прямуюВторая плоскость, принадлежащая пучку, должна быть ей перпендикулярна. Запишем условие ортогональности плоскостей: Что значит плоскость проведена через прямую

Значит, уравнение второй плоскости имеет вид: Что значит плоскость проведена через прямуюили Что значит плоскость проведена через прямую

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *