3.5.4. Відстань від точки до площини

Дано площину

і точку М₁(х₁, у₁, z₁) поза нею. Знайдемо відстань від точки М₁ до площини. Нехай точка М₀(х₀, у₀, z₀) лежить на площині. Тоді відстань d від точки М₁ до площини дорівнює модулю проекції вектора , на нормаль до площини (рис. 3.50).

Рис. 3.50

Отже,

.

Оскільки

то

(1)

З найдемо відстань d від точки М₁(1, 2, 3) до площини, заданої рівнянням .

 Згідно з (1) маємо:

. 

Рівняння площини, записане у вигляді

де знак перед радикалом протилежний знаку D, називається нормальним рівнянням площини. Якщо D = 0, то вибір знака неістотний.

Щоб знайти відстань від точки М₁(х₁, у₁, z₁) до площини, слід підставити координати цієї точки в нормальне рівняння площини і знайти модуль здобутої величини.

Величина

називається відхиленням точки М(х, у, z) від площини.

Модуль відхилення дорівнює відстані від точки М(х, у, z) до площини. Якщо , то точка М(х, у, z) і початок координат лежать по один бік від розглядуваної площини; якщо , — по різні боки; якщо , то М лежить на цій площині.

Коли маємо дві площини, які перетинаються й подаються рівняннями

то бісектральні площини визначаються рівнянням

(2)

3.5.5. Взаємне розміщення двох площин

Нехай дано дві площини, які визначаються загальними рівняннями

.

Розглянемо вектори нормалей до кожної з площин:

.

Кут  між площинами визначається кутом  між векторами . Отже, справджується рівність

. (1)

Умова перпендикулярності площин така:

. (2)

Умова паралельності площин:

. (3)

Дві площини збігаються, якщо виконується рівність

. (4)

У разі виконання умови (4) рівняння однієї площини можна діс­тати з рівняння іншої площини множенням на сталий множник.

Нехай дано три площини

. (5)

Вони перетинаються в одній точці у тому і тільки тому разі, коли визначник

.

Якщо , то площини можуть мати спільну пряму, коли система рівнянь (5) має нескінченну множину розв’язків, або не мати жодної спільної точки, коли система (5) не має розв’язків.

3.5.6. Канонічне рівняння прямої

Нехай дано точку М₀(х₀, у₀, z₀) на прямій і вектор , паралельний цій прямій. Складемо рівняння прямої. Нехай М(х, у, z) — довільна точка на прямій. Вектор паралельний вектору , який називається напрямним вектором прямої.

За умовою паралельності дістанемо рівняння

, (1)

яке називається канонічним рівнянням прямої.

Пряму можна визначити як результат перетину будь-яких двох площин із наведених далі трьох:

.

Останні рівняння є рівняннями проекцій прямої відповідно на координатні площини

Якщо дано дві точки М₁(х₁, у₁, z₁), М₂(х₂, у₂, z₂) на прямій, то за напрямний вектор можна взяти Тоді рівняння прямої набере вигляду

(2)

С кладемо рівняння прямої, що проходить через точки М₁(1, 2, 3) і М₂(3, 5, 7).

 З рівняння (2) маємо:



Якщо відомі канонічні рівняння (1), то з них можна вивести параметричні рівняння прямої. Нехай t — коефіцієнт пропорційності векторів і s, тобто .

З рівнянь

маємо рівняння

, які називаються параметричними рівняннями прямої.

(3)

Коли параметр t змінюється від –  до + , точка М(х, у, z), де х, у, z визначаються рівнянням (3), пробігає всю пряму.

Скориставшись позначеннями

рівняння прямої можна записати у векторній формі

(4)