Что значит точки лежат в одной плоскости
Общее уравнение плоскости
Время чтения: 34 минуты
Пространственная геометрия не сложнее обычной. Данная тема включает изучение науки о векторах и подробного понимания обычной геометрической науки.
В этой статье будем рассматривать общие уравнения плоскости. Также разберем практические примеры, проанализируем неполное общее уравнение плоскости и проходящих прямых линий.
Что называют общим уравнением плоскости
Поговорим об уравнении плоскости для трехмерного пространства.
Плоскость в трехмерном пространстве
Разбираясь в чертежах, необходимо знать стандартные обозначения.
Все геометрические плоскости обычно прописывают прописными буквами греческого алфавита, а прямые обозначают большими буквами. Иногда для обозначения плоскости используют греческий алфавит, но с подстрочными индексами снизу. Чтобы изобразить плоскость, необходимо нарисовать параллелограмм, который создаст впечатление плоскости в пространстве.
Поскольку плоскость является бесконечной структурой, мы сможем отобразить лишь ее небольшой кусок. Поэтому вокруг параллелограмма изображают неровный овал, произвольной формы.
В реальности плоскости могут быть расположены в любом произвольном порядке, иметь любой наклон или угол.
Если имеется прямоугольная система координат, расположенная в трехмерном пространстве, то в уравнении будут 3 неизвестных. Чтобы добиться равенства, нужно поставить в уравнение координаты точки, которая расположена именно в данной плоскости.
Если будут поставлены координаты другой точки, не из данной плоскости, тождество не получится.
Представим, что в 3-х мерном изображении и прям-ной координатной системы Oxyz общее уравнение плоскости, проходящей через две линии, имеет 3 неизвестных: x, yes и z. Они удовлетворяют координатам плоскости.
Значит, что при использовании этих данных для каждой из точек, лежащей на плоскости, обязательно должно получиться равенство. Если равенства нет, то точка к плоскости не относится.
Для записи общего уравнения плоскости через точку, необходимо вспомнить определение прямой линии, перпендикулярной заданной плоскости.
Каждая прямая будет перпендикулярной к плоскости, если она перпендикулярна относительно прямой, принадлежащей данной плоскости. Это значит, что каждый нормальный вектор, соответствующий исходной плоскости, будет перпендикуляром к нулевому вектору, принадлежащему плоскости. Это является доказательством теоремы, которая будет определять вид общего уравнения плоскости.
Это значит, что каждый нормальный вектор, соответствующий исходной плоскости, будет перпендикуляром к нулевому вектору, принадлежащему плоскости. Это является доказательством теоремы, которая будет определять вид общего уравнения плоскости.
Уравнение для плоскости, которая проходит через 3 точки
Если 3-мерном пространстве дана прямоугольная к-ная система, она обозначена обычно Oxyz.
Тогда уравнение, где данные a, b и C являются действительными числами больше нуля, именуется ур-ем плоскости на отрезки.
При абсолютном значении чисел a, b и с, они будут равны длине отрезков, обрезанных плоскостью по осям координат. Буквенные значения демонстрируют положительное или отрицательное направление линейных сегментов относительно оси координат.
Чтобы составить общее уравнение для исходной плоскости, можно применить следующую теорему.
Любое уравнение, имеющее стандартный вид, имеет действительные значения A, b, C и D, которые не должны быть равны нулю. Эти данные определяют исходную плоскость в системе координат Oxyz, расположенной в 3-мерном пространстве.
Эта теорема содержит в себе 2 части:
Доказательство 1 части:
Главным условием для перпендикулярности 2 векторов является их равенство. То есть, когда координаты удовлетворяют уравнению, то векторы будут перпендикулярны и наоборот. При верном равенстве набор точек будет обуславливать плоскость, проходящую через эту точку.
Полученное уравнение будет определять плоскость, расположенную в 3-мерном пространстве. Также оно будет полностью соответствовать для общего уравнения плоскости, которая проходит через три точки.
Из сказанного следует, что любое уравнение, эквивалентное исходному, будет определять одну и ту же плоскость. Мы доказали 1 часть теоремы.
Доказательство 2 части теоремы:
Когда имеем плоскость, проходящую через точку, вектор которой нормален, мы можем доказать, что в прям-ной координатной системе Oxyz ее задают с помощью данного основного уравнения.
Если взять любую точку данной системы координат, то векторы будут перпендикулярны, а произведение будет равно нулю.
После принятия данного понятия, уравнение снова изменится и будет определять нашу плоскость.
Вывод: если уравнения эквивалентны, то они определяют одинаковую плоскость. Мы доказали теорему.
Данный обзор будет полезен при решении математических задач, а также в аналитической геометрии.
Общее уравнение плоскости в линейных сечениях и ее вид
Принятое общее уравнение плоскости обычно имеет следующий вид: A x+B y+C z+D= Ax+By+Cz+D = 0.
Оно в основном используется только для 3-мерного пространства и прям-ной координатной системы.
Если задано общее уравнение плоскости, и имеется действительное число, неравное нулю. Оно может задать определенную плоскость, совпадающую с исходной, определяемой уравнением выше и определит точки трехмерного пространства.
Допускаем, что исходная прямоугольная координатная система задается в 3-мерном пространстве Oxyz.
Обозначения a, б и C будут демонстрировать направление линейных сегментов относительно осей координат. Поэтому координаты точек будут удовлетворять формуле общего уравнения плоскости.
В этой координатной системе плоскость и уравнение полностью связаны между собой, при том условии, что плоскость соответствует основному уравнению, приведенному выше.
Рассмотрим пример, соответствующий данному утверждению.
Прямые в пространстве
Рассмотрим признаки параллельности прямых относительно заданной плоскости в пространстве:
Отличительные черты плоскости
Существует несколько отличительных качеств плоскости и ее параллельных линий:
Рассмотрим еще несколько свойств перпендикулярных к плоскости линий:
Теорема о трех перпендикулярах на плоскости
Чтобы прямая линия, которая лежит в данной плоскости, была к ней перпендикулярна, вполне достаточно, чтобы она была перпендикулярна к проекции данной плоскости.
Любая прямая, которая получена при пересечении 2 плоскостей, будет называться ребром двугранного угла. Полуплоскости с одним общим ребром называют треугольными угловыми гранями.
Если граница полуплоскости совпадает с краем двугранного угла и делит двугранный угол на два равных, то ее называют биссектрисой.
Угол с двойными стенками можно измерять соответствующим линейным углом. Линейный угол для любого двугранного угла является углом между перпендикулярами, проведенными к каждой грани, и ее краем.
Изображение плоскости
В повседневной жизни многие предметы имеют прямоугольную форму, их поверхность имеет геометрическую плоскость.
Это книжный переплет, оконное стекло, поверхность стола и пр. Более того, глядя на эти предметы под углом и с большого расстояния, мы думаем, что они имеют форму параллелограмма. Поэтому плоскость на рисунке принято изображать в виде параллелограмма
Обычно эта плоскость обозначается одной буквой, например: «плоскость М».
Плоскость и ее основные свойства
Рассмотрим свойства плоскости, которые обычно принимаются без доказательств, поскольку это аксиомы:
Последствия этих аксиом следующие:
Продолжая занимать все новые и новые точки в пространстве, мы получаем все больше и больше плоскостей. Они все будут пересекать исходную линию.
Их может быть бесчисленное число. Все полученные плоскости можно рассматривать как различные повороты одной исходной плоскости, которая может будет вращаться вокруг прямой А.
Таким образом, мы можем найти еще одно качество плоскости, которая может вращаться вокруг прямой, принадлежащей к ней.
Строительные задания в пространстве
Все планиметрические конструкции выполнены с помощью чертежных инструментов с использованием единой плоскости. Обычные инструменты рисования больше не подходят, так как вы не можете рисовать символы в пространстве.
Поэтому при строительстве в пространстве, строителям необходимо точно знать, как лучше построить ту или иную конструкцию.
Во всех конструкциях в пространстве мы можем предполагать следующие качества:
Создание любой конструкции в пространстве означает сокращение ее до конечного числа указанных базовых структур. Эти базовые знания можно использовать для решения более сложных задач.
Именно так решаются задачи построения стереометрии.
Пример задания на построение в пространстве
Задача.
Нужно обнаружить точку, где будут пересекаться заданная прямая А с плоскостью Р. Затем необходимо составить нужное уравнение для прямой, проходящей через заданные точки: А (1; 2) и B (-1; 1).
Решение:
Каноническое уравнение прямой
Пусть декартова система координат будет установлена на плоскости Оху.
Задача: получить простое уравнение и если она является точкой прямой и и вектор кода прямой И.
Рассмотрим уравнение прямой, которая является линией пересечения двух плоскостей:
Вывод:
Любые 2 непар-ные плоскости, когда они заданы единым уравнением, можно определить по линии их взаимного пересечения. Эти уравнения именуют общими простыми уравнениями.
Рассмотрим уравнение прямой линии, проходящей через две точки:
Пусть будет плавающая точка, принадлежащая прямой А. Тогда получаем направляющий вектор для прямой А, он будет иметь идентичные координаты. Набор всех точек на данной плоскости определит прямую, проходящую через точку и имеющую вектор направления, при условии, что векторы коллинеарны.
Каноническое уравнение для прямой, лежащей на плоскости, можно задать в прям-ной системе к-т Оху, как прямую, проходящую через точку и имеющую свой вектор направления.
Пример канонического уравнения
Если уравнение является каноническим для прямой, то она должна соответствовать этому уравнению и будет проходит через точку, которая является ее вектором направления.
Нужно обратить внимание на следующие важные факты:
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.
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:
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.
Графически этот вариант расположения выглядит так:
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:
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:
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.
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:
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:
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:
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:
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).
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.
Также мы можем указать не прямую, а нормальный вектор плоскости. Тогда можно будет сформулировать общее уравнение.
Мы рассмотрели основные способы, с помощью которых можно задать плоскость в пространстве.
Лекция по математике на тему «Аксиомы стереометрии»
Аксиома – это утверждение не требующее доказательства.
Аксиомы стереометрии – утверждения о свойствах геометрических тел, принимаемые в качестве исходных положений, на основе которых доказываются все теоремы и вообще строится вся геометрия.
Аксиома А1. Через любые три точки, не лежащие на одной прямой, проходит плоскость, и притом только одна.
Аксиома А1 состоит из двух частей.
Первая часть утверждает, что через три точки проходит плоскость, т.е. существует хотя бы одна плоскость.
А вторая часть аксиомы говорит, что такая плоскость только одна.
Символ 
читается как существует.
По этой аксиоме, три точки, не лежащие на одной прямой, однозначно определяют плоскость.
Поэтому плоскости иногда обозначают тремя большими буквами, используя любые три точки плоскости, не лежащие на одной прямой.
У нас на экране плоскость обозначена как α. Эту же плоскость можно обозначить как ABC
Аксиома 1 (существование плоскости)
Через любые три точки, не лежащие на одной прямой, проходит плоскость, и притом только одна.
, причем α – единственная.
Аксиома А2. Если две точки прямой лежат в плоскости, то все точки прямой лежат в этой плоскости.
В этом случае говорят, что прямая лежит в плоскости или плоскость проходит через прямую.
Эта аксиома устанавливает взаимосвязь между прямой и плоскостью, то есть тот факт, что плоскость действительно плоская и прямая ее не «протыкает», а целиком содержится в ней.
Из аксиомы A 2 следует, что если прямая не лежит в данной плоскости, то она имеет с ней не более одной общей точки.
Если прямая и плоскость имеют только одну общую точку, то говорят, что они пересекаются.
Если две точки прямой лежат в плоскости, то все точки этой прямой лежат в этой плоскости.
В этом случае говорят, что прямая лежит в плоскости или плоскость проходит через прямую.
Если две плоскости имеют общую точку, то они имеют общую прямую, на которой лежат все общие точки этих плоскостей.
В этом случае говорят, что плоскости пересекаются по прямой, проходящей через эту точку..
Эта аксиома очень важная. Она утверждает, что две плоскости не могут пересекаться по одной единственной точке.
Если две плоскости имеют общую точку, то они имеют общую прямую, на которой лежат все общие точки этих плоскостей.
Говорят, что плоскости пересекаются по прямой, проходящей через эту точку.
Справедливость фактов планиметрии
Мы с вами познакомились с тремя аксиомами стереометрии.
Возникает вопрос: «Можем ли мы пользоваться теми фактами, которые справедливы на плоскости: теорема Пифагора, формулы площади треугольников, параллелограмма? Или все эти формулы, теоремы для нас уже не имеют значения?»
В планиметрии мы имели дело с одной плоскостью, на которой располагались все рассматриваемые нами фигуры. В стереометрии много плоскостей.
И в каждой из плоскостей, справедливы все факты планиметрии. В любой из плоскостей выполняется теорема Пифагора для прямоугольного треугольника, верны формулы длины окружности, верны формулы для площади.
Все что мы изучали, мы теперь можем применять смело в каждой из рассматриваемых плоскостей.
Аксиомы стереометрии не противоречат аксиомам планиметрии.
В стереометрии принимаются все факты планиметрии для каждой плоскости.
Переходим к решению задач
Задача 1. По рисунку назовите:
По рисунку назовите:
Аналогично: 
Аналогично: 
.
Аналогично: 
Могут ли какие-то три из них лежать на одной прямой?
Найти: Могут ли 3 из них лежать на одной прямой?
Две точки A и С прямой m принадлежат в плоскости 
, значит и точка B этой прямой принадлежит этой плоскости.
Получается, что в одной плоскости лежат все четыре точки, что противоречит условию задачи. Значит предположение неверно, никакие три точки не лежат на одной прямой.
лежать на одной прямой.
Могут ли какие-то три из них лежать на одной прямой?
Найти: Могут ли 3 из них лежать на одной прямой?
Пусть: 
(аксиома А1)
(аксиома А2)
. Получили противоречие, по условию задачи точки не лежат в одной плоскости.
Предположение неверно, никакие три точки не лежат на одной прямой.
Задача 3. Докажите, что через три данные точки, лежащие на одной прямой, проходит плоскость. Сколько существует таких плоскостей?
Найти :Количество плоскостей
Так как две точки A и C прямой m принадлежат плоскости α, то и точка B прямой m принадлежит этой плоскости.
Все три точки принадлежат плоскости.
Значит плоскость α – искомая плоскость.
Ответ: Через три данные точки, лежащие на одной прямой, может проходить
бесконечное множество плоскостей.
Доказать: 
Найти: Количество плоскостей
Пусть 
.
(аксиома A 1).
(аксиома A 2).
Плоскость α – искомая плоскость.
Т. к D – произвольная точка, то таких плоскостей бесконечное множество.
Ответ: бесконечное множество.
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Методика обучения математике в основной и средней школе в условиях реализации ФГОС ОО
Курс профессиональной переподготовки
Математика: теория и методика преподавания в образовательной организации
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Номер материала: ДБ-025570
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки
Время чтения: 11 минут
В Минпросвещения рассказали о формате обучения школьников после праздников
Время чтения: 1 минута
Учительница из Киргизии победила в конкурсе Минпросвещения РФ «Учитель-международник»
Время чтения: 2 минуты
Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки
Время чтения: 11 минут
Рособрнадзор не намерен упрощать ЕГЭ в 2022 году из-за пандемии
Время чтения: 1 минута
Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате
Время чтения: 1 минута
Ученые изучили проблемы родителей, чьи дети учатся в госпитальных школах
Время чтения: 5 минут
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.