- •Глава 1. Прямая на плоскости
- •§ 1 Вступление
- •§ 2 Задачи, при решении которых используется уравнение прямой .
- •Список формул
- •Пример 4. Луч света направлен по прямой . Дойдя до прямой, луч от нее отразился. Составить уравнение прямой, на которой лежит отраженный луч.
- •Пример 5. Из точки направлен луч света под углом 45 к прямой . Дойдя до этой прямой, луч от нее отразился. Составить уравнения падающего и отраженного лучей.
- •Вычислить тангенс угла между прямыми ,.Ответ:
- •§ 4 Взаимное расположение прямых на плоскости .
- •Известны уравнения двух сторон ромба ,и уравнение одной из его диагоналей. Составить уравнение второй диагонали.Ответ: .
- •§ 5 Примеры решения задач и задачи для самостоятельного решения
- •§ 3 Взаимное расположение плоскостей.
- •Глава 3. Прямая в пространстве
- •§ 1 Вступление
- •§ 2 Вывод уравнения пространственной прямой при разных способах ее задания.
- •§ 3 Взаимное расположение пространственных прямых.
- •Глава 4. Прямая и плоскость в пространстве
- •§ 1 Вступление
- •§ 2 Взаимное расположение прямой и плоскости в пространстве.
- •§3 Задачи для самостоятельного решения
- •Глава 1. Прямая на плоскости 3
§ 3 Взаимное расположение плоскостей.
Взаимное расположение плоскостей будем исследовать через взаимное расположение их нормальных векторов.
Пусть
плоскости
и
заданы своими общими уравнениями, из
которых сразу определяем нормальные
векторы этих плоскостей:
;
.
Пучок плоскостей это бесконечное множество плоскостей, которые проходят через прямую пересечения двух данных непараллельных плоскостей. Аналитически пучок плоскостей задается уравнением
,
где
коэффициент
это любое действительное число.
Пример
21.Составить уравнение плоскости,
проходящей через точку
и прямую![]()
Р
ешение.
Идея
решения
найти искомую плоскость как отдельную
плоскость пучка плоскостей (Рис. 17).
Для этого от общих уравнений прямой
перейдем к уравнению пучка плоскостей,
проходящих через
:
:
.
Приведем
подобные относительно
,
и
:
.
Уравнение
искомой плоскости получается из этого
уравнения при каком-то конкретном
значении коэффициента .
Найдем это значение. Для этого координаты
точки
подставим в уравнение пучка:
.
Найденное
значение
подставим в общее уравнение пучка:
.
Для упрощения умножим все уравнение на 7 :
.
Признак параллельности плоскостей:
.
(19)
Так же как и у плоских прямых уравнения параллельных плоскостей могут быть приведены к такому виду, когда они отличаются только свободными членами, т. е.
;
,
где
.
Расстояние между параллельными плоскостями:
(20)
Признак перпендикулярности плоскостей:
(21)
По этой формуле, например, можно проверить правильно ли мы нашли проектирующую плоскость в предыдущем примере.
Пример22.
Проверить перпендикулярна ли плоскость
плоскости
.
Решение.
По уравнениям плоскостей строим их
нормальные векторы:
и
.
Вычислим их скалярное произведение:
.
Действительно, проектирующая плоскость
в примере 20 была найдена верно.
Угол между плоскостями:
(22)
Расстояние от точки
до плоскости
находится по формуле
(23)
Пример
23.
Найти расстояние от точки
до плоскости
.
Решение.
Для решения достаточно подставить числовые данные задачи в формулу (23).
.
Глава 3. Прямая в пространстве
§ 1 Вступление
В
аналитической геометрии пространственная
прямая
это геометрическое место точек в
пространстве, координаты которых
удовлетворяют одному из трех видов
уравнений.
канонические
уравнения пространственной
прямой;
параметрические
уравнения
пространственной прямой;
общие уравнения
пространственной прямой.
§ 2 Вывод уравнения пространственной прямой при разных способах ее задания.
Канонические уравнения пространственной прямой, проходящей через данную точку
параллельно заданному вектору
.
(24)
Пример
24.
Даны вершины тетраэдра:
,
,
и
.
Найти канонические уравнения высоты
тетраэдра, проведенной из вершины
к основанию
.
Решение.
В
примере16 уравнение плоскости основания
было
выведено:
.
По этому уравнению сразу находим нормальный вектор плоскости основания:
.
Высота
и вектор
перпендикулярны одной и той же плоскостиплоскости основания,
а значит они параллельны, и поэтому
вектор
можно взять в качестве направляющего
для высоты
.
Точка,
заведомо лежащая на
,
естьэто точка
.
Тогда по формуле (24 ) находим уравнение
.
![]()
Параметрические уравнения пространственной прямой, проходящей через данную точку
параллельно заданному вектору
.
(
25)
Параметрические
уравнения пространственной прямой мы
будем выводить из канонических уравнений
этой прямой. Для этого пропорцию в
канонических уравнениях нужно приравнять
к параметру
,
затем «разорвать» эту пропорцию на три
уравнения и разрешить их относительно
,
и
.

Пример
25.
Даны вершины тетраэдра:
,
,
и
.
Найти параметрические уравнения высоты
тетраэдра, проведенной из вершины
к основанию
.
Решение.В примере 24 были выведены канонические
уравнения высоты
.
Выполним над ними действия, указанные
выше.
параметрические
уравнения высоты
.
Канонические уравнения пространственной прямой, проходящей через две заданных точки
и
.
(26)
Замечания
Для получения канонических уравнений прямой совершенно безразлично какую точку считать первой, а какую второй.
Если в знаменателях пропорции получится много минусов, то все знаменатели можно умножить на ( 1 ). Новая пропорция задает ту же самую прямую.
Если знаменатели содержат дробные числа, то для упрощения вычислений их можно умножить на одно и то же число, чтобы знаменатели стали целыми.
Пример
26.
Даны вершины тетраэдра:
,
,
и
.
Найти канонические уравнения бокового
ребра
.
Решение.Будем для определенности считать точку
первой, а точку
второй. Тогда
.
Можно
было в числителях пропорции вычитать
координаты точки
.
Тогда уравнение
имело бы вид:
.
Общие уравнения пространственной прямой.
(27)
Поскольку большинство задач на пространственную прямую используют канонические уравнения, то рассмотрим переход от общих уравнений пространственной прямой к каноническим.
Пример 27.Составить канонические уравнения прямой
![]()
Решение.Способ
1.Для канонических уравнений нужно
иметь одну точку (любую), лежащую на
этой прямой, и какой-нибудь вектор
ненулевой длины, параллельный этой
прямой. В качестве искомой точки можно
взять любую точку, координаты которой
совпадают с каким-либо частным решением
системы уравнений, задающих прямую.
Поскольку в ней два уравнения и три
неизвестных, то одна переменная является
свободной. Пусть это будет переменная
и пусть для простоты вычислений
.
Тогда система примет вид
.
Искомая точка
.
Т
еперь
найдем направляющий вектор. Нормальные
векторы данных плоскостей при совмещении
их начал в точке на прямой
образуют плоскость, перпендикулярную
этой прямой. Можно сказать и иначе:
прямая
перпендикулярна плоскости нормальных
векторов. Наряду с прямой
есть
вектор, перпендикулярный этой же
плоскости. Это векторное произведение
нормальных векторов заданных плоскостей,
т.е.
.
Следовательно, вектор
параллелен прямой
,
а значит его можно взять в качестве
направляющего для
.
Найдем его координаты.
.
Тогда
канонические уравнения прямой
примут
вид:
.
Можно для упрощения дальнейших
вычислений уменьшить знаменатели в
пропорции вдвое. Новое уравнение
задает ту же самую прямую
.
Способ
2.Как известно, канонические уравнения
прямой
можно построить, если известны координаты
двух точек, заведомо лежащих на этой
прямой. Одна уже найденаэто точка
.
Вторую найдем тем же способом. Для этого
в системе
положим теперь, например,
.
Система примет вид
Сложим (I) и (II):
.
Тогда
.
Подставим координаты найденных точек
в формулу (26) :
.
Умножим все знаменатели на (1)
:
.
Как и следовало ожидать, получилось
то же самое уравнение , что и при первом
способе.
