Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

АГ ПЗ 1-35 (полный вариант)

.pdf
Скачиваний:
254
Добавлен:
13.05.2015
Размер:
2.41 Mб
Скачать

Головизин 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 1 ), n2 (A2 ; B2 2 ) – 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