Прямая на плоскости (продолжение). Плоскость

Download Report

Transcript Прямая на плоскости (продолжение). Плоскость

Slide 1

3. Взаимное расположение прямых на плоскости
На плоскости две прямые могут:
а) быть параллельны,
Пусть уравнения прямых ℓ1 и ℓ2
ℓ1: A1x + B1y + C1 = 0
ℓ2: A2x + B2y + C2 = 0
1) Пусть прямые параллельны:

б) пересекаться.
имеют вид:
или y = k1x + b1
или y = k2x + b2

N1

1

2

N2

1
1
2

2

x


Slide 2

Получаем, что прямые ℓ1 и ℓ2 параллельны тогда и только
тогда, когда в их общих уравнениях коэффициенты при
соответствующих неизвестных пропорциональны, т.е.
A1
A2



B1
B2

или их угловые коэффициенты равны, т.е.
k1 = k2 .


Slide 3

2) Пусть прямые пересекаются
N2

1

N1

1
1

2

2
cos  1,2  

( N 1, N 2 )
N1  N2

1



A 1 A 2  B 1B 2
2

2

(A1)  (B 1) 

2

(A 2 )  (B 2 )

2

где знак плюс берется в том случае, когда надо найти
величину острого угла, а знак минус – когда надо найти
величину тупого угла.
( N 1 , N 2 )  A1 A 2  B 1B 2  0



критерий перпендикулярности прямых, заданных общими
уравнениями.


Slide 4

2

1

1

2

1
tg  1,2  

x
k 2  k1
1 k 2 k1

где знак плюс берется в том случае, когда надо найти величину
острого угла, а знак минус – когда надо найти величину тупого
угла.
1
k2  



k1

критерий перпендикулярности прямых, имеющий угловые
коэффициенты k1 и k2.


Slide 5

4. Расстояние от точки до прямой
ЗАДАЧА 3. Пусть прямая ℓ задана общим уравнением
Ax + By + C = 0 ,
M0(x0;y0) – точка, не принадлежащая прямой ℓ.
Найти расстояние от точки M0 до прямой ℓ .
M0

N

d

d 

M1



( N , M 1M 0 )

Ax 0  By 0  C

N



2

A B

2


Slide 6

§ 14. Плоскость
1. Общее уравнение плоскости и его исследование
ЗАДАЧА 1. Записать уравнение плоскости, проходящей через
точку M0(x0;y0;z0), перпендикулярно вектору N  { A , B , C }
Вектор, перпендикулярный плоскости, называют нормальным
вектором этой плоскости.

N

M
r0
O

M

0

r


Slide 7

У равн ен и я
и

r  r0 , N   0

(1 *)

A ( x  x 0 )  B ( y  y0 )  C (z  z0 )  0

(1)

н азы ваю т уравнением плоскост и, прохо дящ ей через т очку
M 0 ( x 0 , y 0 , z 0 ) перпен дикуля рно ве кт ору N  { A , B , C } (в
векто рн ой и коорд и н а тн ой ф орм е соо тве тстве н н о).

У равнения
и

r , N   D  0
Ax  By  Cz  D  0

назы ваю т общ им уравнен ием плоскос т и
коорд инатной ф орм е соотве тс тве нно).

(2 *)
(2)
(в векторно й и

ВЫВОДЫ:
1) Плоскость является поверхностью первого порядка. В общем
случае она задается уравнением Ax+By+Cz+D=0, где
A,B,C,D – числа.
2) Коэффициенты A, B, C не обращаются в ноль одновременно,
так как с геометрической точки зрения это координаты
вектора, перпендикулярного плоскости.


Slide 8

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЩЕГО УРАВНЕНИЯ ПЛОСКОСТИ
Если в уравнении Ax+By+Cz+D = 0 все коэффициенты A,B,C
и D отличны от нуля, то уравнение называют полным; если
хотя бы один из коэффициентов равен нулю – неполным.
1) Пусть общее уравнение плоскости – полное. Тогда его можно
x
y z
записать в виде


a



b

1

(3)

c

С геометрической точки зрения a,b и c – отрезки, отсекаемые
плоскостью на координатных осях
Ox, Oy
и
Oz
соответственно. Уравнение
(3)
называют уравнением
плоскости в отрезках. z
C ( 0 ,0 , c )

B ( 0 , b ,0 )
y
x

A ( a ,0 ,0 )


Slide 9

2) Пусть в общем уравнении плоскости коэффициенты A, B и
C – ненулевые, а D = 0, т.е. уравнение плоскости имеет вид
Ax+By +Cz = 0.
Такая плоскость проходит через начало координат O(0;0;0).
ℓ1: By+Cz = 0 (пересечение с плоскостью Oyz)
ℓ2: Ax+By = 0 (пересечение с плоскостью Oxy)
z

1
y

O
x

2


Slide 10

3) Пусть в общем уравнении плоскости один из коэффициентов
A, B или C – нулевой, а D  0, т.е. уравнение плоскости
один из следующих трех видов:
а) Ax+By+D = 0 б) Ax+Cz+D = 0 в) By+Cz+D = 0.
Эти уравнения можно записать соответственно в виде
а)

x
a



y
b

1

б)

x



a

z

1

в)

c

y
b



z

1

c

а) плоскость отсекает на осях Ox и Oy отрезки a и b
соответственно и параллельна оси Oz;
z

b
x

a

y


Slide 11

б) плоскость отсекает на осях Ox и Oz отрезки a и c
соответственно и параллельна оси Oy;
в) плоскость отсекает на осях Oy и Oz отрезки b и c
соответственно и параллельна оси Ox.

z

z
c

c

y
a
x

b

y

x

Иначе говоря, плоскость, в уравнении которой отсутствует
одна из координат, параллельна оси отсутствующей
координаты.


Slide 12

4) Пусть в уравнении плоскости (2) два из трех коэффициентов
A, B или C – нулевые, а D  0, т.е. уравнение плоскости
имеет вид: а) Ax+D = 0 или б) By+D = 0 или в) Cz+D = 0.
Эти уравнения можно записать соответственно в виде:
а)

x
a

1

б)

y

1

в)

b

z

1

c

а) плоскость отсекает на оси Ox отрезок a и параллельна
осям Oy и Oz (т.е. параллельна плоскости Oyz);
z

a
x

y


Slide 13

б) плоскость отсекает на Oy отрезок b и параллельна осям Ox и
Oz (т.е. параллельна плоскости Oxz);
в) плоскость отсекает на Oz отрезок c и параллельна осям Ox и
Oy (т.е. параллельна плоскости Oxy).
z

z
c

b

y

y
x

x

Иначе говоря, плоскость, в уравнении которой отсутствуют
две координаты, параллельна координатной плоскости,
проходящей через оси отсутствующих координат.


Slide 14

5) Пусть в общем уравнении плоскости (2) D = 0 и один из
коэффициентов A, B или C тоже нулевой, т.е. уравнение
плоскости имеет вид:
а) Ax+By = 0 или б) Ax+Cz = 0 или в) By+Cz = 0.
Плоскость проходит через начало координат и ось
отсутствующей координаты
z

z

y
x

z

y

y
x

x


Slide 15

6) Пусть в общем уравнении плоскости (2) три коэффициента
равны нулю, т.е. уравнение плоскости имеет вид
а) Ax = 0 или б) By = 0 или
в) Cz = 0.
Эти уравнения можно записать соответственно в виде:
а) x = 0 – уравнение координатной плоскости Oyz;
б) y = 0 – уравнение координатной плоскости Oxz,
в) z = 0 – уравнение координатной плоскости Oxy.


Slide 16

Замечание. Пусть плоскость λ не проходит через O(0;0;0).
O

n



P0

Обозначим:
1) P0(x0;y0;z0) – основание перпендикуляра, опущенного на λ
из начала координат,
2) n  {cos  , cos  , cos  } – орт вектора OP

3) p  OP

0

0

.

– расстояние от начала координат до



Тогда уравнение λ можно записать в виде
cosα · x + cosβ · y + cosγ · z + D = 0,
где D = – p (доказать самим).
Этот частный случай общего уравнения плоскости называется
нормальным уравнением плоскости.


Slide 17

2. Другие формы записи уравнения плоскости
Другие формы записи:
Уравнение
плоскости,
проходящей
через
точку
перпендикулярно вектору (см. уравнение (1) и (1*));
Уравнение плоскости в отрезках (см уравнение (2));
Уравнение плоскости, проходящей через точку параллельно
двум неколлинеарным векторам;
Уравнение плоскости, проходящей через три точки;
1) Уравнение плоскости, проходящей через точку
параллельно двум неколлинеарным векторам
ЗАДАЧА 2. Записать уравнение плоскости, проходящей через
точку M0(x0;y0;z0), параллельно неколлинеарным векторам
1  { m 1 ; n1 ; p1 } и  2  { m 2 ; n 2 ; p 2 }


Slide 18

1
2

M

M

0

r

r0

O
У равн ен и я
и

 r  r0 ,
x  x0
m1
m2

1 ,  2   0

y  y0
n1
n2

z  z0
p1
0
p2

(4 *)
(4)

н азы ваю т ур авн ен и я м и п л ос кост и , п роход я щ ей через
т очку п ара л л ел ьн о д вум н е кол л и н еа рн ы м вект орам (в
векто рн ой и коорд и н а тн ой ф орм е соотве тс тве н н о).


Slide 19

2) Уравнение плоскости, проходящей через три точки, не
лежащие на одной прямой – частный случай уравнения (4)
Пусть плоскость проходит через три точки M1(x1;y1;z1),
M2(x2;y2;z2) и M3(x3;y3;z3), не лежащие на одной прямой.

M

2

M
M

M
У равн ен и я
и

3

1

 r  r1 , r2  r1 , r3  r1   0
x  x1
x 2  x1
x 3  x1

y  y 1 z  z1
y 2  y 1 z 2  z1  0
y 3  y 1 z 3  z1

(5 *)
(5)

н азы ваю т урав н ен и я м и п л оскост и , п роход я щ ей через
т ри т очк и M 1 ( x 1 , y 1 , z 1 ) , M 2 ( x 2 , y 2 , z 2 ) и M 3 ( x 3 , y 3 , z 3 )
(в век торн о й и коорд и н атн ой ф орм е соответ с твен н о).