Пусть заданы точки М1(x1, y1, z1), M2(x2, y2, z2) и вектор .

Составим уравнение плоскости, проходящей через данные точки М1 и М2 и произвольную точку М(х, у, z) параллельно вектору .

 

Векторы и вектор должны быть компланарны, т.е.

( ) = 0

Уравнение плоскости:

Уравнение плоскости по одной точке и двум векторам,

коллинеарным плоскости.

 

Пусть заданы два вектора и , коллинеарные плоскости. Тогда для произвольной точки М(х, у, z), принадлежащей плоскости, векторы должны быть компланарны.

 

Уравнение плоскости:

 

 

Уравнение плоскости по точке и вектору нормали.

 

Теорема. Если в пространстве задана точка М00, у0, z0), то уравнение плоскости, проходящей через точку М0 перпендикулярно вектору нормали (A, B, C) имеет вид:

A(x – x0) + B(y – y0) + C(z – z0) = 0.

 

Доказательство. Для произвольной точки М(х, у, z), принадлежащей плоскости, составим вектор . Т.к. вектор - вектор нормали, то он перпендикулярен плоскости, а, следовательно, перпендикулярен и вектору . Тогда скалярное произведение

× = 0

 

Таким образом, получаем уравнение плоскости

 

Теорема доказана.

 

 

Уравнение плоскости в отрезках.

Если в общем уравнении Ах + Ву + Сz + D = 0 поделить обе части на (-D)

,

заменив , получим уравнение плоскости в отрезках:

 

Числа a, b, c являются точками пересечения плоскости соответственно с осями х, у, z.

 

 

Уравнение плоскости в векторной форме.

 

где

- радиус- вектор текущей точки М(х, у, z),

- единичный вектор, имеющий направление, перпендикуляра, опущенного на плоскость из начала координат.

 

a, b и g - углы, образованные этим вектором с осями х, у, z.

p – длина этого перпендикуляра.

 

В координатах это уравнение имеет вид:

xcosa + ycosb + zcosg - p = 0.

 

Расстояние от точки до плоскости.

Расстояние от произвольной точки М00, у0, z0) до плоскости Ах+Ву+Сz+D=0 равно:

 

Пример. Найти уравнение плоскости, зная, что точка Р(4; -3; 12) – основание перпендикуляра, опущенного из начала координат на эту плоскость.

 

 

Таким образом, A = 4/13; B = -3/13; C = 12/13, воспользуемся формулой:

 

A(x – x0) + B(y – y0) + C(z – z0) = 0.

 

 

 

Пример. Найти уравнение плоскости, проходящей через две точки P(2; 0; -1) и

Q(1; -1; 3) перпендикулярно плоскости 3х + 2у – z + 5 = 0.

 

Вектор нормали к плоскости 3х + 2у – z + 5 = 0 параллелен искомой плоскости.

Получаем:

 

 

Пример. Найти уравнение плоскости, проходящей через точки А(2, -1, 4) и

В(3, 2, -1) перпендикулярно плоскости х + у + 2z – 3 = 0.

 

Искомое уравнение плоскости имеет вид: Ax + By + Cz + D = 0, вектор нормали к этой плоскости (A, B, C). Вектор (1, 3, -5) принадлежит плоскости. Заданная нам плоскость, перпендикулярная искомой имеет вектор нормали (1, 1, 2). Т.к. точки А и В принадлежат обеим плоскостям, а плоскости взаимно перпендикулярны, то

Таким образом, вектор нормали (11, -7, -2). Т.к. точка А принадлежит искомой плоскости, то ее координаты должны удовлетворять уравнению этой плоскости, т.е. 11×2 + 7×1 - 2×4 + D = 0; D = -21.

 

Итого, получаем уравнение плоскости: 11x - 7y – 2z – 21 = 0.

 

 

Пример. Найти уравнение плоскости, зная, что точка Р(4, -3, 12) – основание перпендикуляра, опущенного из начала координат на эту плоскость.

 

Находим координаты вектора нормали = (4, -3, 12). Искомое уравнение плоскости имеет вид: 4x – 3y + 12z + D = 0. Для нахождения коэффициента D подставим в уравнение координаты точки Р:

16 + 9 + 144 + D = 0

D = -169

Итого, получаем искомое уравнение: 4x – 3y + 12z – 169 = 0

 

 

Пример. Даны координаты вершин пирамиды А1(1; 0; 3), A2(2; -1; 3), A3(2; 1; 1),

A4(1; 2; 5).

 

1) Найти длину ребра А1А2.

 

2) Найти угол между ребрами А1А2 и А1А4.

 

3) Найти угол между ребром А1А4 и гранью А1А2А3.

 

Сначала найдем вектор нормали к грани А1А2А3 как векторное произведение векторов и .

 

= (2-1; 1-0; 1-3) = (1; 1; -2);

 

Найдем угол между вектором нормали и вектором .

-4 – 4 = -8.

Искомый угол g между вектором и плоскостью будет равен g = 900 - b.

 

4) Найти площадь грани А1А2А3.

 

 

5) Найти объем пирамиды.

 

(ед3).

 

6) Найти уравнение плоскости А1А2А3.

 

Воспользуемся формулой уравнения плоскости, проходящей через три точки.

 

2x + 2y + 2z – 8 = 0

 

x + y + z – 4 = 0;

 

 

При использовании компьютерной версии “Курса высшей математики” можно запустить программу, которая решит рассмотренный выше пример для любых координат вершин пирамиды.

Для запуска программы дважды щелкните на значке:

 
 

В открывшемся окне программы введите координаты вершин пирамиды и, нажимите Enter. Таким образом, поочередно могут быть получены все пункты решения.

Примечание: Для запуска программы необходимо чтобы на компьютере была установлена программа Maple (Ó Waterloo Maple Inc.) любой версии, начиная с MapleV Release 4.

 

 








Дата добавления: 2015-08-14; просмотров: 2366;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.021 сек.