Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Анал.геометрия).pdf
Скачиваний:
28
Добавлен:
09.04.2015
Размер:
1 Мб
Скачать
☆

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

51

 

S∆

=

1

 

[

 

,

 

]

 

или по формуле S∆ =

1

ВС h , где h - длина высоты, опущен-

 

АВ

АС

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ной из вершины А на сторону ВС, ВС = 6, h = 1, S∆ = 3 (кв.ед).

Ответ: S∆ = 3 (кв.ед.)

Пример 3.5. Составить уравнение линии, для каждой точки которой отношение расстояния до начала координат к расстоянию до прямой 4y – 9 = 0 равно 4/5. Построить линию.

Решение. Дано:

0M

=

4

(см. рис.14), где 0M =

x2 + y2 ; МР =

y -

9

 

.

MP

5

4

 

 

 

 

 

 

 

Имеем

x2 + y2 = 54 y − 94

или

x

2

+

y

2

=

16

 

 

9

 

2

x

2

+

y

2

 

1 −

16

 

+

8 9

y −

81

= 0

 

 

 

25

y −

4

 

 

 

 

 

25

 

 

25

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 +

9

 

(y2 +

8y +

 

16) − 16

−

81

= 0

x2

+

(y +

4)2

=

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

 

 

 

25

 

9

 

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученное уравнение является уравнением эллипса с центром в точке

М0 (0;-4) и полуосями

a = 3, b = 5 (см. рис.15).

Ответ:

x2

+

(y + 4)

2

9

25

= 1.

 

 

 

Тема 2.4. Уравнения прямой и плоскости в пространстве

Основные теоретические сведения

Плоскость в пространстве в декартовой прямоугольной системе координат 0xyz может быть задана уравнением одного из следующих видов:

Ax + By +

Cz +

D = 0 -

(4.1)

общее уравнение плоскости;

y0) +

C( z − z0) = 0 -

 

A(x − x0) + B( y −

(4.2)

52

уравнение плоскости, проходящей через точку M(x0;y0;z0), перпендикулярно к вектору нормали N = (A;B;C) ;

 

 

 

 

M0M

 

a

 

b

=

0

 

 

 

или в скалярной форме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x − x0

 

 

 

y − y0

z − z0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

 

 

 

y1

 

z1

= 0 -

(4.3)

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

y2

 

z2

 

 

уравнение плоскости, проходящей через точку

M(x0;y0;z0)

и параллельной

векторам a = (x1;y1;z1),

 

= (x2;y2;z2) ;

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

+

y

+

z

= 1 -

 

 

(4.4)

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

c

 

 

 

 

уравнение плоскости в отрезках ( a,b,c - отрезки, отсекаемые на координатных осях Ox,Oy,Oz соответственно);

 

x − x1

y − y1

 

z − z1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 − x1

y2 −

 

y1

z2 −

z1

 

= 0 -

(4.5)

 

x3 − x1

y3 − y1

z3 − z1

 

 

 

 

уравнение плоскости,

проходящей

 

 

через

три

точки

M1 (x1;y1;z1) ,

M2 (x2;y2 ;z2) , M3 (x3 ;y3 ;z3) , не лежащие на одной прямой.

 

Прямая L в пространстве может быть задана

 

 

 

 

 

 

а) общими уравнениями – как пересечение двух непараллельных плоско-

стей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A1x + B1y + C1z + D1 = 0,

 

(4.6)

L :

A2x + B2y + C2z +

 

D2 =

0;

 

 

 

 

 

б) каноническими уравнениями

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L :

x − x0

 

=

 

y −

y0

=

 

z − z0

,

(4.7)

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

n

 

 

где M(x0;y0;z0) - точка, через которую проходит прямая;

q = (l;m;n) - на-

правляющий вектор прямой;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) параметрическими уравнениями

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

=

x0 +

tl,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

y0

+

tm,

 

 

 

 

 

(4.8)

 

 

L : y

 

 

 

 

 

 

 

 

=

z0

+

tn.

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

53

 

 

 

Углом ϕ

между прямой ( L ) :

x − a =

y − b =

z − c и плоскостью

 

α : Ax + By +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

n

p

 

Cz +

D =

0 (см. рис. 16) называется острый угол между прямой

и ее проекцией на плоскость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N,

a

 

Am +

Bn + Cp

 

 

 

 

 

 

sin ϕ

=

 

N a =

A2 +

B2 + C2 m2 +

n2 + p2 ,

(4.9)

 

Am +

Bn + Cp =

 

0 - условие параллельности прямой и плоскости.

 

 

A

=

B

 

=

C

 

- условие перпендикулярности прямой и плоскости.

 

 

 

n

p

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение типовых задач

Пример 4.1. Из точки А(3;-2;4) опустить перпендикуляр на плоскость

5x + 3y − 7z + 1 = 0 (α ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Нормальный вектор плоскости

 

 

 

 

 

= (5; 3; −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7)

 

 

 

можно считать

 

 

N

 

 

 

направляющим вектором

прямой

L (см. рис. 17). Прямая

 

L проходит через

точку A(3; − 2; 4) и имеет направляющий вектор

 

 

= (5; 3; − 7)

. В соответствии с

q

формулой (4.7) получим уравнения искомого перпендикуляра:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x − 3

=

 

y + 2

=

 

 

z − 4

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: L : x − 3

 

 

 

y + 2

= z −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

3

 

−

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x − 1

 

 

 

y + 1

 

z

 

Пример 4.2. Найти точку пересечения прямой

 

=

 

=

и плос-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

кости 2x + 3y +

z − 1 = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

−

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

Запишем уравнения прямой в параметрической форме и ре-

шим систему уравнений:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = t + 1,

y =

− 2t −

1,

 

z = 6t,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.10)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x +

3y +

z −

1 = 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда 2(t + 1) +

 

3(− 2t − 1) +

6t −

1 = 0,

t = 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

54

Подставив t = 1 в (4.10), получим x = 1+ 1 = 2, y = -21-1 = -3, z = 6 1 = 6.

Таким образом, Р(2;-3;6) является искомой точкой пересечения прямой и плоскости.

Ответ: P(2; −

3; 6) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 4.3. Составить уравнение плоскости, проходящей через точку

M(1;2;− 3), параллельно прямым

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x − 1

=

 

y + 1

=

 

z − 7

,

 

 

x + 5

=

 

y − 2

=

 

z + 3

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

−

3

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

− 2

− 1

 

 

 

 

 

 

Решение. Искомая плоскость параллельна данным прямым, следова-

тельно, ее нормальный вектор

 

 

 

перпендикулярен направляющим векторам

N

 

 

 

1 =

(2;− 3;3)

и

 

2 = (3;−

2;− 1)

 

прямых

 

L1

и

L2 .

Поэтому можно принять

q

q

 

 

=

[

 

1 ,

 

2], т.е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

q

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

2

 

 

−

3

3

=

9i +

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

11j

5k.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

−

2

− 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Имеем задачу: составить уравнение плоскости, проходящей через точку

M(1;2;−

3), перпендикулярно к вектору

 

 

 

=

 

(9;11;5) . В соответствии с (4.2) урав-

N

нение плоскости будет иметь вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9(x −

1) +

11(y − 2) +

5(z +

3) =

0 или 9x +

11y +

5z -16 =

0.

 

 

Ответ:

α : 9x +

11y +

5z − 16 =

0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 4.4 Составить уравнение плоскости α

,

проходящей через пря-

мую

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x − 1

 

 

y + 2

 

 

 

 

z − 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

=

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

−

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

перпендикулярно к плоскости 3x +

2y −

 

z −

5 = 0

 

(α 1 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

Из

условия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

задачи

и рис.18

следует,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

что вектор нормали N ис-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

комой

плоскости

 

α

должен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

быть

перпендикулярен

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вектору

 

 

= (3; 2; −

1)

нор-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мали

плоскости α 1 и направ-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ляющему вектору

 

=

(2;− 3;2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

прямой L .