АГ ПЗ 1-35 (полный вариант)
.pdfГоловизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 20, с.10
1) |
x y 1 0 |
. Откуда находим центр 1-го пучка: А(1; 0). |
|||
x 1 0 |
|
||||
|
2x 3y 0 |
|
|
3 |
|
2) |
y 1 0 |
. Точка B( |
2 |
; 1) – центр 2-го пучка. |
Искомая прямая проходит через точки А и В, поэтому используем уравнение прямой, проходящей через 2 точки:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x x1 |
|
|
y y1 |
. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
2 |
x |
1 |
|
y |
2 |
y |
||
Получаем, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
x 1 |
|
|
y |
|
или x 1 |
5 y или 2x 5y 2 0 . |
|||||||||||
|
|
3 |
|
|
1 |
|||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2-й способ. Запишем искомую прямую в виде:
( )x y 0, 2 x ( 3 )y 0 .
Исходим из того, что две данные прямые совпадают. Следовательно, их коэффициенты пропорциональны:
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
||
|
|
3 |
|
|
|
|||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
Решаем данную систему уравнений: |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
2 |
|
|
|
, |
||||
2 |
2 |
5 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Полагая 1, 2 , находим из последнего равенства5 5 2 или 5 7 . Полагаем 5, 7 . Найденные зна-
чения подставляем в уравнение:
( 5 7)x 5y ( 5) 7 0 или 2x 5y 2 0 . Ответ: 2x 5y 2 0 .
Замечание. Вычисления будут еще проще, если уравнения данных пучков записать в виде:
xy 1 (x 1) 0, 2x 3y (y 1) 0 .
Вэтом случае уравнения пучков не описывают только прямые x 1 и y 1. Легко проверить, что обе эти прямые не являются искомыми.
Впрочем, эта проверка понадобится лишь в том случае, если поиск нужных значений параметров и не увенчается успехом.
5
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 20, с.10
Пример 8. Найти прямую, принадлежащую пучку
(21x 8y 18) (11x 3y 12) 0 и отсекающую от координатного
угла треугольник площадью 9 кв. ед.
Решение. Легко проверить, что уравнение 11x 3y 12 0 не являет-
ся искомым, поэтому пучок можно записать с одним параметром:
21x 8y 18 t(11x 3y 12) 0 .
Запишем искомую прямую в виде уравнения прямой в отрезках:
(21 11t)x (8 3t)y 18 12t ,
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
y |
|
1. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
18 12t |
|
|
18 |
12t |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
21 11t |
|
|
8 3t |
|
|
|
||||||
Из уравнения прямой в отрезках мы находим |
|
|
||||||||||||||||
a |
18 12t |
– |
абсцисса точки |
|
пересечения прямой с осью Ох, |
|||||||||||||
|
21 11t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
18 12t |
– ордината точки пересечения прямой с осью Оу. Из ус- |
||||||||||||||||
|
8 3t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ловия задачи следует, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
| ab | |
|
18 12t |
18 12t |
|
|
18 , |
|
|
|
36(3 2t)2 |
|
18 . |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
21 11t |
|
|
168 151t 33t2 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
8 3t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Получаем совокупность двух уравнений |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
2(4t2 12t 9) (33t2 |
151t 168) , |
|
|
решая которые, находим значения параметра t. Квадратное уравнение
8t2 24t 18 (33t2 151t 168) , 41t2 127t 177 0
имеет отрицательный дискриминант и действительных корней не имеет. Решаем второе уравнение. После очевидных преобразований получаем
t2 7t 6 0 , t1 6, t2 1.
Подставляя найденные значения t в уравнение пучка, получаем два уравнения прямых, удовлетворяющих условию задачи.
Ответ: 2x y 6 0, 9x 2y 18 0 .
п.4. Задачи Задачи для аудиторного решения 20
1. Найти центр пучка (2x 3y 1) (x 2y 4) 0 .
6
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 20, с.10
2. |
Найти уравнение |
прямой, |
принадлежащей пучку |
прямых |
|||
|
(x 2y 5) (3x 2y 1) 0 и проходящей: |
|
|||||
|
а) через точку А(3; –1); б) через начало координат; |
|
|||||
|
в) параллельно оси Ох; г) параллельно оси Оу; |
|
|||||
|
д) параллельно прямой 4x 3y 5 0 ; |
|
|
||||
|
е) перпендикулярно прямой 2x 3y 7 0 . |
|
|||||
3. |
Докажите, |
что |
прямая |
|
x 8y 7 0 принадлежит |
пучку |
|
|
(2x y 2) (x 2y 1) 0 . |
|
|
|
|||
4. |
При каком значении С прямая 4x 3y C 0 принадлежит пучку |
||||||
|
(3x 2y 9) (2x 5y 5) 0 . |
|
|
||||
5. |
Найти |
уравнение |
прямой, |
принадлежащей |
пучку |
||
|
(3x 4y 3) (2x 3y 1) 0 и проходящей через центр тяжести |
||||||
|
треугольника с вершинами А(–1; 2), |
В(4; –4) и С(6; –1). |
|
6.Даны уравнения сторон треугольника
x2y 1 0, 5x 4y 17 0, x 4y 11 0 .
Найти уравнения высот треугольника, не определяя координат его вершин.
Задачи повышенного уровня сложности 20 |
|
|||||
7. |
Найти |
уравнение |
прямой, |
принадлежащей |
пучку |
|
|
(2x 7y |
8) (3x |
2y |
5) 0 и проходящей под углом |
45o к |
|
|
прямой 2x 3y 7 0 |
. (Решить, не находя центр пучка.) |
|
8.Найти уравнение сторон треугольника, если известны координаты одной из его вершин (2; –1), и уравнения высоты 7x 10y 1 0 и биссектрисы 3x 2y 5 0 , проведенных из одной вершины. (Решить, не вычисляя координат других вершин треугольника.)
9.Луч света, пройдя через точки А(4; 6) и В(5; 8), упал на прямую
x2y 2 0 и отразился от нее. Составить уравнение прямой, по
которой направлен отраженный луч.
10. Написать уравнение прямой, проходящей через точку А(1; –1) так,
что середина ее отрезка между |
прямыми 2x 3y 6 0 и |
2x 3y 6 0 лежала бы на прямой |
2x 15y 42 0 . |
11. Написать уравнения прямых, на которых лежат стороны треугольника АВС, если задана его вершина А(1; 3) и уравнения медиан x 2y 1 0 и y 1 0 .
7
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 20, с.10
Домашнее задание 20. Пучок прямых на плоскости
1. Найти центр пучка (3x |
4y 29) (2x 5y 19) 0 . |
2. Дано уравнение пучка |
прямых (5x 3y 7) (3x 10y 4) 0 . |
Найти все значения а, при которых прямая ax 5y 9 0 не при-
надлежит данному пучку. |
|
|
|
|
||
3. |
Найти |
уравнение |
прямой, |
принадлежащей |
пучку |
|
|
(2x y 2) (x 5y 23) 0 |
и делящей пополам отрезок пря- |
||||
мой, ограниченный точками А(5; –6) и |
В(–1;–4). Решить зада- |
|||||
чу, не находя центр пучка. |
|
|
|
|
||
4. |
Найти |
уравнение |
прямой, |
принадлежащей |
пучку |
|
|
(3x 2y 1) (4x 5y 8) 0 |
и проходящей через середину от- |
||||
резка прямой x 2y 4 0 , |
заключенного между |
прямыми |
||||
|
2x 3y 5 0 и x 7y 1 0 . |
|
|
|
||
5*. |
Найти |
уравнение |
прямой, |
принадлежащей |
пучку |
|
|
2x y 1 t(x 3y 10) 0 , которая отсекает от координатных осей |
(считая от начала координат) отрезки равной длины.
Самостоятельная работа 20
Вариант 1.
1.Определение пучка прямых на плоскости.
2.Напишите уравнение пучка прямых, если известны уравнения двух
прямых из этого пучка:
3x 2y 6 0, 7x y 31 0 , и найдите его центр.
Вариант 2.
1.Напишите общий вид уравнения пучка прямых на координатной плоскости Оху.
2.Напишите уравнение пучка прямых, если известны уравнения двух
прямых из этого пучка:
3x 2y 6 0, 2x 7y 38 0 , и найдите его центр.
Вариант 3.
1.Напишите уравнение пучка прямых с одним параметром.
2.Напишите уравнение пучка прямых с центром пучка в точке (–3; 2).
3.Стороны АВ, АС и ВС треугольника АВС лежат соответственно на прямых: 3x 2y 6 0, 7x y 31 0 и 2x 7y 38 0 . Не вычис-
ляя координат вершин треугольника, найдите уравнение высоты АD.
8
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 20, с.10
Вариант 4.
1.Напишите уравнение пучка прямых с заданным центром пучка
(xo , yo ) .
2.Напишите уравнение пучка прямых, если известны уравнения двух прямых из этого пучка: x 2, y 3 .
3.Стороны АВ, АС и ВС треугольника АВС лежат соответственно на
прямых 3x 2y 6 0, 7x y 31 0 и |
2x 7y 38 0 . Не вычис- |
ляя координат вершин треугольника, найдите уравнение высоты ВD.
п.5. Вопросы и задачи для самоконтроля 20 Определения
1.Определение пучка прямых на плоскости.
2.Определение уравнения пучка прямых.
3.Определение уравнения пучка прямых с одним параметром.
Теоремы
1.Теорема об уравнении пучка прямых на плоскости.
2.Теорема об уравнении пучка прямых с данным центром пучка.
3.Следствие об уравнении пучка прямых с одним параметром и данным центром пучка.
Тест 20
1.Напишите уравнение пучка прямых, в котором находятся прямые
x2y 1 0 и 2x y 1 0 .
2. Дан пучок прямых (x 4y 1) (2x y 11) 0 . Найдите его центр.
3.Напишите уравнение пучка прямых с центром в точке М(–1; 3).
4.Напишите уравнение пучка прямых на координатной плоскости Оху, проходящих через начало координат.
5. Из пучка прямых (2x 4y 13) (2x y 2) 0 выберите прямую, проходящую через точку А(1; 3).
6.Из пучка прямых (2x 4y 1) (2x y 2) 0 выберите прямую параллельную прямой x y 1 0 .
7. Из пучка прямых (2x y 1) (2x y 2) 0 выберите прямую перпендикулярную прямой x y 1 0 .
9
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 20, с.10
8. |
Из пучка прямых (2x y 1) (2x y 2) 0 выберите две вза- |
|
имно перпендикулярных прямых. |
9. |
Докажите, что прямая x 8y 7 0 принадлежит пучку |
(2x y 2) (x 2y 1) 0 .
10. При каком значении С прямая 4x 3y C 0 принадлежит пучку
(3x 2y 9) (2x 5y 5) 0 .
10
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 21, с.13
Практическое занятие 21 Общее уравнение плоскости
Краткое содержание: общее уравнение плоскости, нормальный вектор плоскости, неполные уравнения, уравнение плоскости в отрезках, угол между плоскостями, условия параллельности и перпендикулярности двух плоскостей, взаимное расположение двух плоскостей.
п.1. Теория п.1.1. Уравнение плоскости
Определение. Уравнение
F(x, y,z) 0 ,
где F(x, y,z) некоторая функция трёх действительных переменных,
называется уравнением поверхности в координатном пространстве Охуz, если точка пространства лежит на поверхности тогда и только тогда, когда координаты этой точки удовлетворяют данному уравнению, т.е.
a,b,c R, |
M(a,b,c) F(a,b,c) 0 . |
Определение. Любой ненулевой вектор, перпендикулярный плоскости, называется её нормальным вектором, и обозначается
n (A, B, C) .
Теорема. (Геометрический смысл алгебраического уравнения 1-й степени с тремя неизвестными.) Алгебраическое уравнение 1-й степени
Ax By Cz D 0 ,
где коэффициенты А, В, С, D – произвольные действительные числа, одновременно не равные нулю, является уравнением плоскости коор-
динатного пространства Охуz, а вектор n (A, B, C) является её нормальным вектором. Обратно, в координатном пространстве Охуz уравнение любой плоскости с нормальным вектором n (A, B, C) может быть записано в виде такого алгебраического уравнения.
Определение. Уравнение плоскости вида
Ax By Cz D 0 ,
где коэффициенты А, В, С, D – произвольные действительные числа, одновременно не равные нулю, называется общим уравнением плоскости.
1
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 21, с.13
Определение. Общее уравнение плоскости
Ax By Cz D 0 ,
в котором хотя бы один из коэффициентов А, В, С, D равен нулю, называется неполным.
y b, |
b 0 |
|
Виды неполных уравнений |
|
||
– |
уравнение |
плоскости, |
параллельной |
координатной |
||
плоскости Охz; |
|
|
|
|
||
y 0 – уравнение координатной плоскости Охz; |
|
|||||
x a, |
a 0 |
– |
уравнение |
плоскости, |
параллельной |
координатной |
плоскости Оуz; |
|
|
|
|
||
x 0 – уравнение координатной плоскости Оуz; |
|
|||||
z c, |
c 0 – |
|
уравнение |
плоскости, |
параллельной |
координатной |
плоскости Оху;
z 0 – уравнение координатной плоскости Оху;
Ax By D 0, D 0 – уравнение плоскости, параллельной коорди-
натной оси Оz;
Ax By 0 – уравнение плоскости, содержащей координатную ось
Оz;
Ax Cz D 0, D 0 – уравнение плоскости, параллельной коорди-
натной оси Оу;
Ax Cz 0 – уравнение плоскости, содержащей координатную ось Оу;
By Cz D 0, D 0 – уравнение плоскости, параллельной коорди-
натной оси Ох;
By Cz 0 – уравнение плоскости, содержащей координатную ось
Ох;
Ax By Cz 0 – уравнение плоскости, содержащей начало координат.
Определение. Уравнение плоскости вида xa by zc 1 ,
где а, b и с – произвольные, не равные нулю действительные числа, называется уравнением плоскости в отрезках.
2
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 21, с.13
Теорема. (Геометрический смысл коэффициентов в уравнении плос-
кости в отрезках.) Пусть xa by zc 1 – уравнение плоскости в отрез-
ках. Тогда (а; 0; 0), (0; b; 0), (0; 0; с) – координаты точек её пересечения с осями координат.
z
с
у
b
а
х
Рис. 1
Определение. Уравнение плоскости вида
A(x xo ) B(y yo ) C(z zo ) 0 ,
где (xo , yo , zo ) – координаты её произвольной фиксированной точки Mo , (A, B, C) n – координаты её нормального вектора, называется
уравнением плоскости, проходящей через заданную точку с заданным нормальным вектором.
п.1.2. Взаимное расположение двух плоскостей
Две плоскости либо совпадают, либо являются параллельными, либо пересекаются по прямой..
Теорема. Пусть плоскости заданы общими уравнениями:
1 : A1x B1 y C1z D1 0, 2 : A2 x B2 y C2 z D2 0 . Тогда:
1) если |
A1 |
|
|
|
B1 |
|
|
C1 |
|
|
D1 |
|
, то плоскости совпадают; |
|||||
A2 |
B2 |
C2 |
|
D2 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2) если |
A1 |
|
|
|
B1 |
|
|
C1 |
|
|
D1 |
|
, то плоскости параллельные; |
|||||
A2 |
B2 |
C2 |
|
D2 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
3) если |
|
A1 |
|
|
|
B1 |
|
или |
|
B1 |
|
|
|
C1 |
то плоскости пересекаются по прямой, |
|||
|
A2 |
|
B2 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B2 |
|
|
C2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 21, с.13
уравнением которой служит система уравнений:
A1x B1 y C1z D1 0 .A2 x B2 y C2 z D2 0
п.1.3. Угол между двумя плоскостями, условие перпендикулярности двух плоскостей
Теорема. Пусть n1 n2 – нормальные векторы двух плоскостей, тогда один из двух углов между данными плоскостями равен:
n1 n2 arc cos | n1 | | n2 | .
Следствие. (Условие перпендикулярности двух плоскостей.)
Пусть n1 (A1 ; B1 ;С1 ), n2 (A2 ; B2 ;С2 ) – нормальные векторы двух данных плоскостей. Если скалярное произведение
n1 n2 A1A2 B1B2 С1С2 0 ,
то данные плоскости являются перпендикулярными.
п.1.4. Уравнение плоскости, проходящей через три точки Теорема. Пусть даны координаты трех различных точек координатного пространства:
M1 (x1 , y1 , z1 ), M2 (x2 , y2 , z2 ), M3 (x3 , y3 , z3 ) .
Тогда следующее уравнение |
y y1 |
z z1 |
|
|
||||
|
x x1 |
|
0 |
|||||
|
|
|||||||
|
x2 |
x1 |
y2 |
y1 |
z2 |
z1 |
|
|
|
x3 |
x1 |
y3 |
y1 |
z3 |
z1 |
|
|
является уравнением плоскости, проходящей через эти три точки.
п.2. Список задач Список №1
1.Выяснить, лежит ли данная точка на данной плоскости.
2.Найти координаты какой-нибудь точки, лежащей на данной плоскости.
3.Зная общее уравнение плоскости, найти её уравнение в отрезках и изобразить на чертеже ту её часть, которая заключена между координатными плоскостями.
4.Найти общее уравнение плоскости, зная её уравнение в отрезках.
4
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 21, с.13
5.Найти нормальный вектор плоскости, зная её общее уравнение.
6.Найти нормальный вектор плоскости, зная её уравнение в отрезках.
7.Найти общее уравнение плоскости, проходящей через заданную точку, и перпендикулярной данному вектору.
8.Найти уравнение плоскости, проходящей через данную точку, и параллельной данной плоскости.
9.Найти уравнение плоскости, проходящей через три данные точки.
10.Найти величину острого двугранного угла между двумя плоскостями.
11.Написать уравнение плоскости, параллельной координатной плоскости, и отстоящей от неё на заданном расстоянии.
12.Написать уравнения координатных плоскостей.
13.Написать уравнение плоскости, проходящей через начало координат.
14.Определить взаимное расположение двух плоскостей.
Список №2
1.Написать уравнение плоскости, проходящей через данную точку и содержащей координатную ось.
2.Написать уравнение плоскости, проходящей через две данные точки и параллельной координатной оси.
3.Определить расположение плоскости в координатном пространстве, если она задана неполным уравнением, и изобразить её часть на чертеже в ПДСК Oxyz.
4.Найти уравнение плоскости, проходящей через две данные точки, и перпендикулярной данной плоскости.
п.3. Примеры Пример 1. Изобразить на чертеже видимую в первом октанте ПДСК
Oxyz часть плоскости 2x 3y 6z 12 0 .
Решение. Приведем общее уравнение плоскости к уравнению в отрезках:
x6 4y 2z 1.
Отложим на оси Ох точку с абсциссой x 6 , на оси ординат точку y 4 и на оси аппликат точку z 2 . Соединим эти точки отрезками
прямых. (Смотрите рисунок 1, где a 6, b 4, c 2 ). 5
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 21, с.13
Пример 2. Найти уравнение плоскости, проходящей через точку А(–1; 5; –7), с нормальным вектором n (2; 4;9) .
Решение. Воспользуемся уравнением плоскости
A(x xo ) B(y yo ) C(z zo ) 0 ,
где (xo , yo , zo ) – координаты точки, лежащей на данной плоскости,
(A, B, C) n – координаты её нормального вектора. По условию задачи нормальный вектор плоскости известен A 2, B 4, C 9 , и известны координаты точки, лежащей на плоскости xo 1, yo 5, zo 7 . Подставляем эти числа в уравнение:
2(x 1) 4(y 5) 9(z 7) 0
Осталось раскрыть скобки и привести подобные члены.
Ответ: 2x 4y 9z 85 0 .
Пример 3. Найти уравнение плоскости, проходящей через точку М(0; –2; 4) параллельно плоскости 2x y z 5 0 .
Решение. Так как искомая плоскость параллельна данной, то нормальный вектор данной плоскости n (2; 1;1) является нормальным
вектором искомой. Теперь решаем задачу как в предыдущем примере:
2x (y 2) (z 4) 0 . Ответ: 2x y z 6 0 .
Пример 4. Найти уравнение плоскости, проходящей через точки А(– 1; 5; –7), В(0; –2; 3), С(6; 0; 1).
Решение. 1-й способ. Нормальным вектором плоскости может служить вектор AB AC и задача решается также, как в примере 2.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Смотрите рисунок |
2. |
Находим координаты векторов AB, AC и |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
: |
|
|
(1; 7;10), |
|
|
(7; 5;8) , |
|
|
|
|
|
||||||||
|
AB |
AC |
AB |
AC |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
k |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
AB |
|
AC |
|
1 |
7 |
10 ( 6; 62; 44) |
2( 3; 31; 22) . |
75 8
Вкачестве нормального вектора возьмем вектор n ( 3; 31; 22) , а в
качестве точки, лежащей на плоскости возьмем точку С(6; 0; 1). Получаем
3(x 6) 31y 22(z 1) 0 . 6
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 21, с.13
Раскрываем скобки: 3x 31y 22z 4 0 .
n AB AC
B A
C
Рис. 2
2-й способ. Воспользуемся уравнением плоскости, проходящей через три данные точки:
x x1 |
y y1 |
z z1 |
|
0 . |
|||
|
|||||||
x2 |
x1 |
y2 |
y1 |
z2 |
z1 |
|
|
x3 |
x1 |
y3 |
y1 |
z3 |
z1 |
|
|
В качестве первой точки считаем точку А, точка В – вторая точка, С – третья:
|
|
|
|
|
x 1 |
y 5 |
z 7 |
|
0 , |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
|
5 |
3 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
6 |
1 |
0 5 |
1 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
(x 1) |
|
7 |
10 |
|
(y 5) |
|
1 |
10 |
|
|
(z 7) |
|
1 |
7 |
|
0 . |
||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
5 |
8 |
|
|
|
|
|
|
7 |
8 |
|
|
|
|
|
7 |
5 |
|
|
Вычисляя определители 2-го порядка и раскрывая скобки, получаем:
6x 6 62y 310 44z 308 0 или 6x 62y 44z 8 0 . Ответ: 3x 31y 22z 4 0 .
Пример 5. Выяснить взаимное расположение двух плоскостей:
а) 4x y 9z 16 0, 3x 6y 2z 1 0 ;
б) x y z 1 0, 3x 3y 3z 3 0 ; в) x y z 1 0, 3x 3y 3z 3 0 ; г) x y z 1 0, x y z 0 .
Решение. а) Выписываем координаты нормальных векторов данных плоскостей: n1 (4; 1;9), n2 (3; 6; 2) . Замечаем, что их координаты не пропорциональные:
7
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 21, с.13
4 1 9 .
3 6 2
Следовательно, плоскости пересекаются. Угол между плоскостями равен углу между их нормальными векторами:
|
|
|
|
|
|
|
n |
1 |
n |
2 |
|
|
|||
(n1 ^ n2 ) arccos |
. |
||||||||||||||
| |
|
|
1 | | |
|
|
2 | |
|||||||||
n |
n |
||||||||||||||
Вычисляем скалярное произведение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n1 n2 12 6 18 0 .
Следовательно, плоскости перпендикулярны.
б) Замечаем, что все коэффициенты в уравнениях плоскостей пропорциональны:
1 1 1 1 .3 3 3 3
Следовательно, плоскости совпадают.
в) Аналогично, проверяем пропорциональность коэффициентов уравнений:
1 1 1 1 .3 3 3 3
Следовательно, плоскости параллельные.
г) Коэффициенты при переменных в уравнениях не пропорциональные, следовательно, плоскости пересекаются. Выписываем координаты нормальных векторов, находим их модули и их скалярное произведение:
n |
1 (1; 1;1), |
n |
2 |
(1;1;1), |
n |
1 |
n |
2 |
1, | |
n |
1 | | |
n |
2 |
| 3 . |
Вычисляем угол между плоскостями:
|
|
|
|
|
|
|
n |
1 |
n |
2 |
|
arccos |
1 . |
|||
(n |
1 ^ n2 ) arccos |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
| n1 | | n2 | |
|
3 |
Ответ: а) плоскости перпендикулярные; б) плоскости совпадают; в) плоскости параллельные; г) плоскости пересекаются под углом, рав-
ным arccos 13 .
Пример 6. Найти уравнение плоскости, проходящей через точки А(2; –1; 5) и В(0; 3; –2) перпендикулярно плоскости y z 2 0 .
Решение. Вектор AB ( 2;4; 7) лежит на искомой плоскости, а нор-
8
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 21, с.13
мальный вектор n (0;1; 1) данной плоскости параллелен искомой
плоскости, перпендикулярной данной. Поэтому, их векторное произведение является нормальным вектором искомой плоскости. Смотрите рисунок 3. Вычисляем векторное произведение
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
j |
k |
|
||
|
n |
|
AB |
|
0 |
1 |
1 |
( 3; 2; 2) , |
|||
|
|
|
|
|
2 |
4 |
7 |
|
и записываем уравнение плоскости, проходящей через точку В(0; 3; – 2) с нормальным вектором n AB ( 3;2;2) :
3x 2(y 3) 2(z 2) 0 или 3x 2y 2z 2 0 .
n AB
В
n
n (0;1; 1)
А
Рис. 3
Ответ: 3x 2y 2z 2 0 .
п.4. Задачи Задачи для аудиторного решения 21
1. Какие из следующих точек лежат на плоскости 2x 3y 4z 5 0 :
А(1; 2; 3), В(1; 1; 1), С(3; 5; –1)?
2.Найти какую-нибудь точку, лежащую на данной плоскости: а)
x5y z 0 ; б) 2x y 2z 5 0 ; в) y 3 0 .
3.Найти уравнение плоскости 2x 3y 4z 12 0 в отрезках, точки
её пересечения с координатными осями, и построить чертеж её части в первом октанте.
4. Найти нормальный вектор плоскости: а) 2x 3y 4z 12 0 ; б) 9
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 21, с.13
z 2x 3y ; в) z 2x 3 ; г) 23 x 34 y 1; д) 2y 1 0 ; е) z 2 ; ё)
x1 0 .
5.Написать уравнения координатных плоскостей, и выписать координаты их нормальных векторов.
6.Найти общее уравнение плоскости x5 3y 2z 1 и её нормальный вектор.
7.Найти уравнение плоскости, проходящей через точку М(2; 1; –1), и
перпендикулярной вектору n (5; 0; 3) .
8.Найти уравнение плоскости, проходящей через точку М(2; 1; –1), и параллельной плоскости 2x y z 1 0 .
9.Найти уравнение плоскости, проходящей через точку М(3; 4; –5), и
параллельной векторам a1 (3; 1; 1) и a2 (1; 2; 1) .
10.Составить уравнение плоскости, проходящей через точки А(2; –1;
3)и В(3; 1; 2) параллельно вектору a (3; 1; 4) .
11.Составить уравнение плоскости, проходящей через три точки: А(3; –1; 2), В(4; –1; –1) и С(2; 0; 2).
12.Найти угол между плоскостями: а)3y z 0, 2y z 0 ;
б) 6x 3y 2z 0, x 2y 6z 12 0 ;
в) 3x 2y z 0, 6z 2x 4 0 .
13. Определить взаимное расположение двух плоскостей:
а) 2x 3y 5z 7 0, 2x 3y 5z 3 0 ;
б) 3x y 2z 5 0, 2x 23 y 43 z 103 0 ;
в) 2x 5y 1 0, x y 2z 3 0 .
Задачи повышенного уровня сложности 21
14.Найти уравнение плоскости, проходящей через начало координат
иточку А(1; 1; 1), и перпендикулярной координатной плоскости: а) Оху; б) Oxz; в) Oyz. В каждом случае построить чертеж плоскости.
15.Найти уравнение плоскости, проходящей через точку А(1; 1; 1) и содержащей ось: а) Ох; б) Оу; в) Oz. В каждом случае построить чертеж плоскости.
16.Найти уравнение плоскости, проходящей через точки А(1; 1; 1),
10
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 21, с.13
В(0; 1; 2), и параллельной оси: а) Ох; б) Оу; в) Oz.
17.Постройте в системе координат часть данной плоскости, видимой
впервом октанте: а) 2x 3y 6 0 ;
б) y 2x ; в) y 2z ; г) y 2z 2 ; д) x z 3 .
Домашнее задание 21. Общее уравнение плоскости
1.Найти точки пересечения плоскости 2x 3y 4z 24 0 с осями
координат, записать ее уравнение в отрезках, построить чертеж той части плоскости, которая вместе с координатными плоскостями образует треугольную пирамиду.
2.Составить уравнение плоскости, проходящей через точку М(3; –2; –
7)параллельно плоскости 2x 3z 5 0 .
3.Точка Р(2; –1; –1) служит основанием перпендикуляра, опущенного из начала координат на плоскость. Составить уравнение этой плоскости.
4.Написать уравнения плоскостей, проходящих через точку М(–1; 2; –
5)и параллельных координатным плоскостям.
5.Составить уравнение плоскости, проходящей: а) через ось Ох и точку А(4; –1; 2); б) через ось Оу и точку В(1; 4; –3); в) через ось
Oz и точку С(3; –4; 7).
Самостоятельная работа 21
Вариант 1.
1. Определение общего уравнения плоскости.
2. Найдите координаты точек пересечения плоскости 2x 6y 9z 18 0 с координатными осями, запишите уравнение
данной плоскости в отрезках, постройте чертеж части плоскости, видимой в первом октанте.
3.Найдите уравнение плоскости, проходящей через точку М(–1; 0; 3) параллельно плоскости 2x y 3z 1 0 .
Вариант 2.
1. Определение уравнения плоскости в отрезках.
2. Найдите координаты точек пересечения плоскости 3x 8y 6z 24 0 с координатными осями, запишите уравнение
данной плоскости в отрезках, постройте чертеж части плоскости, видимой в первом октанте.
3. Найдите уравнение плоскости, проходящей через точку N(–3; 1; 0)
11
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 21, с.13
параллельно плоскости x 2y 3z 2 0 . Вариант 3.
1.Определение неполного уравнения плоскости.
2.Изобразите на чертеже часть плоскости 2y 9z 18 0 , видимой в
первом октанте и найдите координаты её точек пересечения с осями координат.
3. Найдите уравнение плоскости, проходящей через ось абсцисс и точку М(–1; 2; –2).
Вариант 4.
1.Определение уравнения плоскости, проходящей через данную точку с данным нормальным вектором.
2.Изобразите на чертеже часть плоскости 2x 9z 18 0 , видимой в первом октанте и найдите координаты её точек пересечения с осями координат.
3.Найдите уравнение плоскости, проходящей через ось ординат и точку N(2; –1; 2).
п.5. Вопросы и задачи для самоконтроля 21 Обозначения
1.Обозначение нормального вектора плоскости.
2.Обозначение свободного коэффициента общего уравнения плоскости.
3.Обозначение абсциссы точки пересечения плоскости с осью Ох.
4.Обозначение ординаты точки пересечения плоскости с осью Оу.
5.Обозначение аппликаты точки пересечения плоскости с осью Оz.
6.Обозначение угла между плоскостями.
Определения
1.Определение уравнения поверхности в координатном пространстве.
2.Определение нормального вектора плоскости.
3.Определение общего уравнения плоскости.
4.Определение неполного уравнения плоскости.
5.Определение уравнения плоскости в отрезках.
6.Определение уравнения плоскости, проходящей через данную точку с данным нормальным вектором.
Теоремы
1. Геометрический смысл алгебраического уравнения 1-й степени с
12
Головизин В.В. ПЗ по курсу «Алгебра и геометрия», УдГУ, Ижевск – 2010, ПЗ 21, с.13
тремя неизвестными.
2.Виды неполных уравнений плоскости.
3.Геометрический смысл коэффициентов в уравнении плоскости в отрезках.
4.Теорема о взаимном расположении двух плоскостей.
5.Формула угла между двумя плоскостями.
6.Условие перпендикулярности двух плоскостей.
7.Теорема об уравнении плоскости, проходящей через три точки
Тест 21
1.Какие из следующих точек лежат на плоскости x 2y 2z 3 0 :
А(1; 1; 1), В(–3; 2; 2), С(1; 1; 3)?
2.Найдите какую-нибудь точку с целыми координатами, лежащую на плоскости 3x 2y 5z 1 0 .
3.Найти точки пересечения плоскости 2x 3y 4z 12 0 с коорди-
натными осями и записать её уравнение в отрезках. Построить чертеж части плоскости в первом октанте ПДСК.
4.Найдите общее уравнение плоскости x3 2y 7z 1 с целыми коэф-
фициентами, и её нормальный вектор.
5.Составьте уравнение плоскости, проходящей через точку М(2; 1; –
1), и перпендикулярной вектору n (5; 0; 3) .
6.Составьте уравнение плоскости, проходящей через точку М(1; 1; – 1), и параллельной плоскости x y z 0 .
7.Составить уравнение плоскости, проходящей через три точки: А(3; –1; 2), В(4; –1; –1) и С(2; 0; 2).
8.Найти угол между плоскостями 3y z 0, 2y z 0 .
9.Найдите уравнение плоскости, параллельной координатной плоскости Oxz, и отстоящей от неё на расстоянии равном 4.
10.Напишите уравнения координатных плоскостей.
11.Напишите общее уравнение какой-нибудь плоскости, проходящей через начало координат.
12.Определите взаимное расположение плоскостей:
а) x 3z 2 0, 6z 2x 4 0 ; б) 2x 5y 1 0, 2z 3 0 .
13