Нормаль плоскости через уравнение плоскости

Нормальное уравнение плоскости

В данной статье мы рассмотрим нормальное уравнение плоскости. Приведем примеры построения нормального уравнения плоскости по углу наклона нормального вектора плоскости от осей Ox, Oy, Oz и по расстоянию r от начала координат до плоскости. Представим метод приведения общего уравнения прямой к нормальному виду. Рассмотрим численные примеры.

Пусть в пространстве задана декартова прямоугольная система координат. Тогда нормальное уравнение плоскости Ω представляется следующей формулой:

xcosα+ycosβ+zcosγ−r=0,(1)

где r− расстояние от начала координат до плоскости Ω, а α,β,γ− это углы между единичным вектором n, ортогональным плоскости Ω и координатными осьями Ox, Oy, Oz, соответственно (Рис.1). (Если r>0, то вектор n направлен в сторону плоскости Ω, если же плоскость проходит через начало координат, то направление вектора n выбирается произвольной).

Выведем формулу (1). Пусть в пространстве задана декартова прямоугольная система координат и плоскость Ω (Рис.1). Проведем через начало координат прямую Q, перпендикулярную плоскости Ω, и точку пересечения обозначим через R. На этой прямой выделим единичный вектор n, с направлением, совпадающим с вектором Нормаль плоскости через уравнение плоскости. (Если точки O и R совпадают, то направление n можно взять произвольным).

Нормаль плоскости через уравнение плоскости

Выразим уравнение плоскости Ω через следующие параметры: длину отрезка Нормаль плоскости через уравнение плоскостии углы наклона α, β, γ между вектором n и осьями Ox, Oy, Oz, соответственно.

Так как вектор n является единичным вектором, то его проекции на Ox, Oy, Oz будут иметь следующие координаты:

n=<cosα, cosβ, cosγ>.(2)

Обозначим через r расстояние от начала координат до точки R. Рассмотрим, теперь, точку M (x,y, z). Точка M лежит на плоскости Ω тогда и только тогда, когда проекция вектора Нормаль плоскости через уравнение плоскостина прямую R равна r, т.е.

Нормаль плоскости через уравнение плоскости(3)

Скалярное произведение векторов n и Нормаль плоскости через уравнение плоскостиимеет следующий вид:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости,(4)

где Нормаль плоскости через уравнение плоскости− обозначен скалярное произведение векторов n и Нормаль плоскости через уравнение плоскости, а | · |− норма (длина) вектора, α−угол между векторами n и Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Поскольку n единичный вектор, то (4) можно записать так:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.(5)

Учитывая, что n=<cosα, cosβ, cosγ>, Нормаль плоскости через уравнение плоскости, мы получим:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.(6)

Тогда из уравнений (3), (5), (6) следует:

xcosα+ycosβ+zcosγ=r,
xcosα+ycosβ+zcosγ−r=0.(7)

Мы получили нормальное уравнение плоскости Ω. Уравнение (7) (или (1)) называется также нормированным уравнением плоскости . Вектор n называется нормальным вектором плоскости .

Как было отмечено выше, число r в уравнении (1) показывает расстояние плоскости от начала координат. Поэтому, имея нормальное уравнение плоскости легко определить расстояние плоскости от начала координат. Для проверки, является ли данное уравнение плоскости уравнением в нормальном виде, нужно проверить длину нормального вектора этой плоскости и знак числа r, т.е. если |n|=1 и r>0, то данное уравнение является нормальным (нормированным) уравнением плоскости.

Пример 1. Задано следующее уравнение плоскости:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.(7)

Определить, является ли уравнение (7) нормальным уравнением плоскости и если да, то определить расстояние данной плоскости от начала координат.

Решение. Нормальный вектор плоскости имеет следующий вид:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости

Определим длину вектора n:

Нормаль плоскости через уравнение плоскостиНормаль плоскости через уравнение плоскости

Ответ: Длина вектора n равна 1, Нормаль плоскости через уравнение плоскости, следовательно уравнение (7) является нормальным уравнением плоскости, а Нормаль плоскости через уравнение плоскости− это расстояние плоскости от начала координат.

Видео:Математика без Ху!ни. Уравнение плоскости.Скачать

Математика без Ху!ни. Уравнение плоскости.

Приведение общего уравнения плоскости к нормальному виду

Ax+By+Cz+D=0.(8)

Так как уравнения (1) и (8) должны определять одну и ту же прямую (Утрерждение 2 статьи «Общее уравнение плоскости»), то существует такое число t, что

tA=cosα, tB=cosβ, tC=cosγ, tD=−r.(9)

Возвышая в квадрат первые три равенства в (9) и складывая их, получим:

(tA) 2 +(tB) 2 +() 2 =cos 2 α+cos 2 β+cos 2 γ=1.(10)

Упростим выражение и найдем t:

t 2 A 2 +t 2 B 2 +t 2 C 2 =t 2 (A 2 +B 2 +C 2 )=1,
Нормаль плоскости через уравнение плоскости.(11)

Знаменатель в (11) отличен от нуля, т.к. хотя бы один из коэффициентов A, B, C не равен нулю (в противном случае (8) не представлял бы уравнение прямой).

Выясним, какой знак имеет t. Обратим внимание на четвертое равенство в (9). Так как r−это расстояние от начала координат до плоскости, то r≥0. Тогда произведение tD должна иметь отрицательный знак. Т.е. знак t в (11) должен быть противоположным знаку D.

Подставляя в (1) вместо cosα, cosβ, cosγ и −r значения из (9), получим tAx+tBy+tCz+tD=0. Т.е. для приведения общего уравенения плоскости к нормальному виду, нужно заданное уравнение умножить на множитель (11). Множитель (11) называется нормирующим множителем .

Пример 2. Задано общее уравнение плоскости

2x−3y+6z+4=0.(12)

Построить нормальное уравнение плоскости (12).

Решение. Из уравнения (12) можно записать: A=2, B=−3, C=6, D=4. Вычислим t из равенства (11):

Нормаль плоскости через уравнение плоскостиНормаль плоскости через уравнение плоскости.

Так как D>0, то знак t отрицательный:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Умножим уравнение (12) на t:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Ответ. Нормальное уравнение прямой (12) имеет следующий вид:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Отметим, что число Нормаль плоскости через уравнение плоскостиявляется расстоянием от начала координат до прямой (12).

Видео:Математика Без Ху!ни. Касательная плоскость и нормаль к поверхности.Скачать

Математика Без Ху!ни. Касательная плоскость и нормаль к поверхности.

Нормальное уравнение плоскости: описание, примеры, решение задач

Статья раскрывает суть нормального (нормированного) уравнения и показывает, при каких видах задач его чаще всего применяют. Рассмотрим выведение нормального уравнения плоскости с примерами решений. Приведем примеры приведения общего уравнения плоскости к нормальному виду. Решим задачи по нахождению расстояния от точки до плоскости при помощи нормального уравнения плоскости.

Видео:Математический анализ, 33 урок, Касательная плоскость и нормаль к поверхностиСкачать

Математический анализ, 33 урок, Касательная плоскость и нормаль к поверхности

Нормальное уравнение плоскости – описание и пример

Возьмем прямоугольную систему координат О х у z трехмерного пространства. Если плоскость удалена на расстояние p ≥ 0 в положительном направлении нормального вектора n → . Возьмем за единицу длину вектора n → . Получим, что координатами направляющего косинуса являются n → = ( cos α , cos β , cos γ ) , тогда n → = cos 2 α , cos 2 β , cos 2 γ = 1 .

Примем обозначение O N за расстояние от точки до плоскости, таким образом, точка N принадлежит плоскости, где длиной отрезка O N будет значение p . Представим это на рисунке, изображенном ниже.

Нормаль плоскости через уравнение плоскости

Теперь найдем уравнение заданной плоскости.

В трехмерном пространстве обозначим точку M ( x , y , z ) . Отсюда получим, что O M → , являющийся ее радиус вектором, с координатами ( x , y , z ) . Запись примет вид O M → = ( x , y , z ) . Отсюда получаем, что плоскость определена множеством точек M ( x , y , z ) , тогда числовая проекция вектора O M → по направлению n → равна значению p . Запись принимает вид n p n → O M → = p . Рассмотрим на приведенном ниже рисунке.

Нормаль плоскости через уравнение плоскости

Из вышесказанного получим, что определение скалярного произведения векторов по формуле n → = ( cos α , cos β , cos γ ) и O M → = ( x , y , z ) в результате дают равенство

n → , O M → = n → · O M → · cos n ⇀ , O M → ^ = n → · n p n → O M → = 1 · p = p

Данная формула представляет скалярное произведение в координатной форме. Тогда получаем следующее выражение:

n → , O M → = cos α · x + cos β · y + cos γ · z

При сопоставлении двух последних равенств получаем уравнение плоскости такого вида cos α · x + cos β · y + cos γ · z = p . Упростим выражения. Для этого необходимо перенести значение p в левую сторону, получим cos α · x + cos β · y + cos γ · z — p = 0 .

cos α · x + cos β · y + cos γ · z — p = 0 называют нормальным уравнением плоскости или уравнением плоскости в нормальном виде. Реже его называют нормированным уравнением заданной плоскости.

Теперь заданное в прямоугольной системе координат О х у z нормальное уравнение принимает вид cos α · x + cos β · y + cos γ · z — p = 0 . Р имеет значение расстояния положительного направления единичного нормального вектора плоскости n → = ( cos α , cos β , cos γ ) .

Чаще всего косинус не представляется явно в уравнении плоскости, потому как cos α , cos β и cos γ является некоторыми действительными числами, сумма квадратов которых равна единице.

Рассмотрим пример нормального уравнения плоскости.

Если имеется плоскость, заданная в прямоугольной системе координат O x y z при помощи уравнения нормального вида, — 1 4 · x — 3 4 · y + 6 4 · z — 7 = 0 .

Отсюда cos α = — 1 4 , cos β = — 3 4 , cos γ = 6 4 .

Из выражения находим, что — 1 4 , — 3 4 , 6 4 — координаты нормального вектора плоскости n → . Его длина вычисляется из формулы n → = — 1 4 2 + — 3 4 2 + 6 4 2 = 1 . Плоскость располагается относительно координат в направлении вектора n → на расстоянии 7 единиц, потому как p = 7 .

Отсюда ясно, что нормальное уравнение плоскости представляет собой общее уравнение плоскости A x + B y + C z + D = 0 , где A , B , C – некоторые действительные числа, при которых длина нормального вектора плоскости n → = ( A , B , C ) равняется 1 , причем D является неотрицательным числом.

Чтобы выявить, является представленное уравнение нормальным уравнением плоскости, необходимо выполнение обоих условий n → = cos 2 α + cos 2 β + cos 2 γ = 1 и p ≥ 0 , тогда получим уравнение плоскости нормального вида. При невыполнении хотя бы одного условия, уравнение не является нормальным.

Рассмотрим на примере.

Выявить уравнение плоскости нормального вида из заданных уравнений:

1 7 x — 4 7 y + 4 2 7 — 3 = 0 1 3 x + 7 6 y — 5 6 z + 2 5 = 0 1 3 x + 1 2 y + 1 4 z — 11 = 0

Начнем решение с первого уравнения. Для этого необходимо проверить, равняется ли длина нормального вектора n → = 1 7 , — 4 7 , 4 2 7 единице.

Вычисляем длину по формуле и получаем: n → = 1 7 2 + — 4 7 2 + 4 2 7 2 = 1 49 + 16 49 + 32 49 = 1

Необходимо поработать с числом p , так как его значение должно быть положительным. Это верно, так как p = 3 . Значит, первое заданное уравнение плоскости можно считать уравнением плоскости в нормальном виде.

Второе уравнение из заданных нельзя считать нормальным уравнением плоскости, так как условие p ≥ 0 не выполняется, ибо в данном уравнении p = — 2 5 .

Третье уравнение имеет нормальный вектор с координатами n → = 1 3 , 1 2 , 1 4 , длина которого не равняется единице из вычислений:

n → = 1 3 2 + 1 2 2 + 1 4 2 = 1 9 + 1 4 + 1 16 = 61 12 ≠ 1

Отсюда следует, что его нельзя считать за уравнение плоскости в нормальном виде.

Ответ: 1 7 x — 4 7 y + 4 2 7 z — 3 = 0 уравнение является нормальным уравнением плоскости.

Видео:Аналитическая геометрия, 5 урок, Уравнение плоскостиСкачать

Аналитическая геометрия, 5 урок, Уравнение плоскости

Приведение общего уравнения плоскости к нормальному виду

Для приведения уравнения плоскости A x + B y + C z + D = 0 к нормальному виду, обе части умножаются на нормированный множитель ± 1 A 2 + B 2 + C 2 . Знак определятся по числу D , он должен быть противоположным значения числа D .

Когда D = 0 , знак может быть любым.

Нормальным уравнением плоскости считается общее уравнение плоскости после умножения на нормирующий множитель, потому как длина вектора с кооординатами ± A A 2 + B 2 + C 2 , ± B A 2 + B 2 + C 2 , ± C A 2 + B 2 + C 2 равна 1 .

Отсюда получаем, что ± A A 2 + B 2 + C 2 , ± B A 2 + B 2 + C 2 , ± C A 2 + B 2 + C 2 = A 2 + B 2 + C 2 A 2 + B 2 + C 2 = 1 .

Знак множителя необходим для того, что проверять выполнимость условия p ≥ 0 .

Привести уравнение 2 x — 3 y + z + 5 = 0 к нормальному виду.

Из условия имеем, что A = 2 , B = — 3 , C = 1 , D = 5 . Исходя из того, что D является положительным числом, нормирующий множитель дожжен иметь противоположный знак. Отсюда получим, что получим отрицательный результат.

— 1 A 2 + B 2 + C 2 = — 1 2 2 + ( — 3 ) 2 + 1 2 = — 1 14

Чтобы получить искомое нормальное уравнение плоскости, обе части уравнения необходимо умножить на нормирующий множитель. Получим:

— 1 14 · 2 x — 3 y + z + 5 = — 1 14 · 0 ⇔ ⇔ — 2 14 x + 3 14 y — 1 14 z — 5 14 = 0

Ответ: — 2 14 x + 3 14 y — 1 14 z — 5 14 = 0 .

Написать нормальное уравнение плоскости, если оно задано уравнением 3 x — 4 z = 0 прямоугольной системы координат O x y z .

Из условия видно, что A = 3 , B = 0 , C = — 4 , D = 0 . Знака перед множителем нет, потому как D = 0 . Значит, возьмем со знаком « + ». Получаем выражение вида:

1 A 2 + B 2 + C 2 = 1 3 2 + 0 2 + ( — 4 ) 2 = 1 5

При умножении обеих частей уравнения на нормирующий множитель, получаем уравнение плоскости нормального вида 3 5 x — 4 5 z = 0 .

Ответ: 3 5 x — 4 5 z = 0 .

Видео:5. Нормальное уравнение плоскости выводСкачать

5. Нормальное уравнение плоскости вывод

Нахождение расстояния от точки до плоскости

Теперь раскроем тему нормального уравнения плоскости, где уравнение плоскости нормального вида применимо для нахождения расстояния от заданной точки в пространстве до плоскости.

При заданной системе координат О х у z трехмерного пространства имеем плоскость с уравнением cos α · x + cos β · y + cos γ · z — p = 0 , где необходимо определить расстояние от p до точки M 0 ( x 0 , y 0 , z 0 ) заданной плоскости. Его вычисляют по формуле p = cos α · x 0 + cos β · y 0 + cos γ · z 0 — p . Само расстояние является числом, которое получается при подстановке координат точки в левую сторону уравнения. Для вывода формулы необходимо обратиться к статье расстояния от точки до плоскости.

Имеется уравнение плоскости вида — 1 3 x + 2 3 y — 2 3 z — 1 = 0 , которое располагается в прямоугольной системе координат. Определить расстояние от точки с координатами M 0 ( 1 , — 3 , 0 ) до плоскости.

Координаты точки M необходимо подставить в левую часть уравнения плоскости. Тогда получаем:

— 1 3 · 1 + 2 3 · ( — 3 ) — 2 3 · 0 — 1 = 0

Искомое расстояние – величина абсолютная, значит p = — 3 1 3 = 3 1 3 .

Если плоскость задана другим уравнением, а необходимо произвести вычисление от заданной точки до плоскости, необходимо привести уравнение к виду нормального уравнения плоскости, используя формулу p = cos α · x 0 + cos β · y 0 + cos γ · z 0 — p .

Найти расстояние от заданной точки с координатами M 0 ( 5 , — 1 , 2 ) до плоскости x 5 + y — 2 + z 4 = 1 .

По условию имеем уравнение плоскости в отрезках. Это значит, что необходимо привести его к нормальному уравнению плоскости. Для этого переходим к общему уравнению, после чего приведем к нормальному виду.

Получаем: x 5 + y — 2 + z 4 = 1 ⇔ 1 5 x — 1 2 y + 1 4 z — 1 = 0

Для вычисления нормирующего множителя применяем: 1 1 5 2 + — 1 2 2 + 1 4 2 = 1 141 25 · 16 = 20 141

Обе части уравнения 1 5 x — 1 2 y + 1 4 z — 1 = 0 умножаем на нормирующий множитель. Теперь получено нормальное уравнение исходной плоскости вида:

4 141 x — 10 141 y + 5 141 z — 20 141 = 0

Отсюда видно, что cos α = 4 141 , cos β = — 10 141 , cos γ = 5 141 , p = — 20 141 , x 0 = 5 , y 0 = — 1 , z 0 = 2

Все имеющиеся данные помогут использовать формулу для нахождения искомого расстояния от точки до плоскости:

p = cos α · x 0 + cos β · y 0 + cos γ · z 0 — p = 4 141 · 5 — 10 141 · — 1 + 5 141 · 2 — 20 141 = 20 141

Видео:Видеоурок "Уравнение плоскости в отрезках"Скачать

Видеоурок "Уравнение плоскости в отрезках"

Уравнения плоскости: общее, через три точки, нормальное

Видео:Уравнение плоскости. 11 класс.Скачать

Уравнение плоскости. 11 класс.

Плоскость, общее уравнение плоскости

Чтобы получить общее уравнение плоскости, разберём плоскость, проходящую через заданную точку.

Пусть в пространстве есть три уже известные нам оси координат — Ox, Oy и Oz. Подержим лист бумаги так, чтобы он оставался плоским. Плоскостью будет сам лист и его продолжение во всех направлениях.

Пусть P произвольная плоскость в пространстве. Всякий перпендикулярный ей вектор называется вектором нормали к этой плоскости. Естественно, речь идёт о ненулевом векторе.

Нормаль плоскости через уравнение плоскости

Если известна какая-нибудь точка Нормаль плоскости через уравнение плоскостиплоскости P и какой-нибудь вектор Нормаль плоскости через уравнение плоскостинормали к ней, то этими двумя условиями плоскость в пространстве вполне определена (через заданную точку можно провести единственную плоскость, перпендикулярную данному вектору). Общее уравнение плоскости будет иметь вид:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости

Итак, условия, которыми задаётся уравнение плоскости, есть. Чтобы получить само уравнение плоскости, имеющее приведённый выше вид, возьмём на плоскости P произвольную точку M с переменными координатами x, y, z. Эта точка принадлежит плоскости только в том случае, когда вектор Нормаль плоскости через уравнение плоскостиперпендикулярен вектору Нормаль плоскости через уравнение плоскости(рис. 1). Для этого, согласно условию перпендикулярности векторов, необходимо и достаточно, чтобы скалярное произведение этих векторов было равно нулю, то есть

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Вектор Нормаль плоскости через уравнение плоскостизадан по условию. Координаты вектора Нормаль плоскости через уравнение плоскостинайдём по формуле Нормаль плоскости через уравнение плоскости:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Теперь, используя формулу скалярного произведения векторов Нормаль плоскости через уравнение плоскости, выразим скалярное произведение Нормаль плоскости через уравнение плоскостив координатной форме:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости. (1)

Так как точка M(x; y; z) выбрана на плоскости произвольно, то последнему уравнению удовлетворяют координаты любой точки, лежащей на плоскости P. Для точки N, не лежащей на заданной плоскости, Нормаль плоскости через уравнение плоскости, т.е. равенство (1) нарушается.

Перед решением задач может пригодиться урок о декартовой системе координат. Также хорошо бы владеть материалом о скалярном произведении векторов.

Пример 1. Составить уравнение плоскости, проходящей через точку Нормаль плоскости через уравнение плоскостии перпендикулярной вектору Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Решение. Используем формулу (1), еще раз посмотрим на неё:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

В этой формуле числа A , B и C координаты вектора Нормаль плоскости через уравнение плоскости, а числа x 0 , y 0 и z 0 — координаты точки Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Вычисления очень простые: подставляем эти числа в формулу и получаем

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Умножаем всё, что нужно умножить и складываем просто числа (которые без букв). Результат:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Требуемое уравнение плоскости в этом примере оказалось выражено общим уравнением первой степени относительно переменных координат x, y, z произвольной точки плоскости.

Итак, уравнение вида

Нормаль плоскости через уравнение плоскости(2)

называется общим уравнением плоскости.

Пример 2. Построить в прямоугольной декартовой системе координат плоскость, заданную уравнением Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Решение. Для построения плоскости необходимо и достаточно знать какие-либо три её точки, не лежащие на одной прямой, например, точки пересечения плоскости с осями координат.

Как найти эти точки? Чтобы найти точку пересечения с осью Oz , нужно в уравнение, данное в условии задачи, вместо икс и игрека подставить нули: x = y = 0 . Поэтому получаем z = 6 . Таким образом, заданная плоскость пересекает ось Oz в точке A(0; 0; 6) .

Точно так же находим точку пересечения плоскости с осью Oy . При x = z = 0 получаем y = −3 , то есть точку B(0; −3; 0) .

И, наконец, находим точку пересечения нашей плоскости с осью Ox . При y = z = 0 получим x = 2 , то есть точку C(2; 0; 0) . По трём полученным в нашем решении точкам A(0; 0; 6) , B(0; −3; 0) и C(2; 0; 0) строим заданную плоскость.

Рассмотрим теперь частные случаи общего уравнения плоскости. Это случаи, когда те или иные коэффициенты уравнения (2) обращаются в нуль.

1. При D = 0 уравнение Нормаль плоскости через уравнение плоскостиопределяет плоскость, проходящую через начало координат, так как координаты точки 0(0; 0; 0) удовлетворяют этому уравнению.

2. При A = 0 уравнение Нормаль плоскости через уравнение плоскостиопределяет плоскость, параллельную оси Ox, поскольку вектор нормали Нормаль плоскости через уравнение плоскостиэтой плоскости перпендикулярен оси Ox (его проекция на ось Ox равна нулю). Аналогично, при B = 0 плоскость Нормаль плоскости через уравнение плоскостипараллельная оси Oy, а при C = 0 плоскость Нормаль плоскости через уравнение плоскостипараллельна оси Oz.

3. При A = D = 0 уравнение Нормаль плоскости через уравнение плоскостиопределяет плоскость, проходящую через ось Ox, поскольку она параллельна оси Ox (A = 0) и проходит через начало координат (D = 0). Аналогично, плоскость Нормаль плоскости через уравнение плоскостипроходит через ось Oy, а плоскость Нормаль плоскости через уравнение плоскостичерез ось Oz.

4. При A = B = 0 уравнение Нормаль плоскости через уравнение плоскостиопределяет плоскость, параллельную координатной плоскости xOy, поскольку она параллельна осям Ox (A = 0) и Oy (B = 0). Аналогично, плоскость Нормаль плоскости через уравнение плоскостипараллельна плоскости yOz, а плоскость Нормаль плоскости через уравнение плоскости— плоскости xOz.

5. При A = B = D = 0 уравнение Нормаль плоскости через уравнение плоскости(или z = 0) определяет координатную плоскость xOy, так как она параллельна плоскости xOy (A = B = 0) и проходит через начало координат (D = 0). Аналогично, уравнение y = 0 в пространстве определяет координатную плоскость xOz, а уравнение x = 0 — координатную плоскость yOz.

Пример 3. Составить уравнение плоскости P , проходящей через ось Oy и точку Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Решение. Итак, плоскость проходит через ось Oy . Поэтому в её уравнении y = 0 и это уравнение имеет вид Нормаль плоскости через уравнение плоскости. Для определения коэффициентов A и C воспользуемся тем, что точка Нормаль плоскости через уравнение плоскостипринадлежит плоскости P .

Поэтому среди её координат есть такие, которые можно подставить в уравнению плоскости, которое мы уже вывели (Нормаль плоскости через уравнение плоскости). Смотрим ещё раз на координаты точки:

Среди них x = 2 , z = 3 . Подставляем их в уравнение общего вида и получаем уравнение для нашего частного случая:

Оставляем 2A в левой части уравнения, переносим 3C в правую часть и получаем

Подставив найденное значение A в уравнение Нормаль плоскости через уравнение плоскости, получим

Нормаль плоскости через уравнение плоскостиили Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Это и есть уравнение, требуемое в условии примера.

Решить задачу на уравнения плоскости самостоятельно, а затем посмотреть решение

Пример 4. Определить плоскость (или плоскости, если больше одной) относительно координатных осей или координатных плоскостей, если плоскость (плоскости) задана уравнением Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Видео:Уравнение плоскости через точку и нормальСкачать

Уравнение плоскости через точку и нормаль

Уравнение плоскости, проходящей через три точки

Как уже упоминалось, необходимым и достаточным условием для построения плоскости, кроме одной точки и вектора нормали, являются также три точки, не лежащие на одной прямой.

Пусть даны три различные точки Нормаль плоскости через уравнение плоскости, Нормаль плоскости через уравнение плоскостии Нормаль плоскости через уравнение плоскости, не лежащие на одной прямой. Так как указанные три точки не лежат на одной прямой, векторы Нормаль плоскости через уравнение плоскостии Нормаль плоскости через уравнение плоскостине коллинеарны, а поэтому любая точка плоскости Нормаль плоскости через уравнение плоскостилежит в одной плоскости с точками Нормаль плоскости через уравнение плоскости, Нормаль плоскости через уравнение плоскостии Нормаль плоскости через уравнение плоскоститогда и только тогда, когда векторы Нормаль плоскости через уравнение плоскости, Нормаль плоскости через уравнение плоскостии Нормаль плоскости через уравнение плоскостикомпланарны, т.е. тогда и только тогда, когда смешанное произведение этих векторов равно нулю.

Используя выражение смешанного произведения в координатах, получим уравнение плоскости

Нормаль плоскости через уравнение плоскости(3)

После раскрытия определителя это уравнение становится уравнением вида (2), т.е. общим уравнением плоскости.

Пример 5. Составить уравнение плоскости, проходящей через три данные точки, не лежащие на одной прямой:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости, Нормаль плоскости через уравнение плоскости, Нормаль плоскости через уравнение плоскости

и определить частный случай общего уравнения прямой, если такой имеет место.

Решение. По формуле (3) имеем:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости

Нормаль плоскости через уравнение плоскости

Получили общее уравнение плоскости

Нормаль плоскости через уравнение плоскостиили после деления на -2:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Это уравнение, в котором A = 0, т.е. оно определяет плоскость, параллельную оси Ox.

Видео:Репетитор по математике ищет нормаль к плоскостиСкачать

Репетитор по математике ищет нормаль к плоскости

Нормальное уравнение плоскости. Расстояние от точки до плоскости

Нормальным уравнением плоскости называется её уравнение, записанное в виде

Нормаль плоскости через уравнение плоскости,

где Нормаль плоскости через уравнение плоскости— направляющие косинусы нормали плоскости, Нормаль плоскости через уравнение плоскости— расстояние от начала координат до плоскости.

Нормалью к плоскости называется вектор, направление которого совпадает с направлением прямой, проведённой через начало координат перпендикулярно данной плоскости. (Есть полная аналогия с нормалью к прямой на плоскости, с той лишь разницей, что нормальное уравнение прямой существует в двух измерениях, а нормальное уравнение плоскости — в трёх).

Пусть M — какая угодно точка пространства. Для нахождения отклонения Нормаль плоскости через уравнение плоскоститочки M от плоскости следует в левую часть нормального уравнения плоскости подставить на место x, y и z подставить координаты Нормаль плоскости через уравнение плоскостиэтой точки.

Это правило позволяет найти и расстояние от точки M до плоскости: расстояние равно модулю отклонения, т.е.

Нормаль плоскости через уравнение плоскости,

так как расстояние не может быть отрицательным числом.

Общее уравнение плоскости

Нормаль плоскости через уравнение плоскости

приводится к нормальному виду почленным умножением на нормирующий множитель, определяемый формулой

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Знак нормирующего множителя берётся противоположным знаку свободного члена Нормаль плоскости через уравнение плоскостив общем уравнении плоскости.

Пример 6. Привести уравнение плоскости Нормаль плоскости через уравнение плоскостик нормальному виду.

Решение. Вычислим нормирующий множитель:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Знак нормирующего множителя положительный, то есть, противоположен знаку свободного члена в общем уравнении плоскости. Умножим общее уравнение почленно на нормирующий множитель и получим требуемое в условии примера нормальное уравнение плоскости:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Пример 7. Вычислить величину отклонения и расстояния от точки до прямой, если точка задана координатами (-2; -4; 3) , а плоскость задана общим уравнением Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Решение. Сначала приведём уравнение плоскости к нормальному виду. Вычислим нормирующий множитель:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Знак нормирующего множителя отрицательный, то есть, противоположен знаку свободного члена в общем уравнении плоскости. Умножим общее уравнение почленно на нормирующий множитель и получим нормальное уравнение плоскости:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости.

Вычислим отклонение точки от плоскости:

Нормаль плоскости через уравнение плоскости

Найдём теперь расстояние от точки до плоскости как модуль отклонения:

🎬 Видео

Уравнение плоскости через 2 точки параллельно векторуСкачать

Уравнение плоскости через 2 точки параллельно вектору

Уравнение плоскости через 3 точкиСкачать

Уравнение плоскости через 3 точки

11 класс, 8 урок, Уравнение плоскостиСкачать

11 класс, 8 урок, Уравнение плоскости

Видеоурок "Нормальное уравнение плоскости"Скачать

Видеоурок "Нормальное уравнение плоскости"

3. Частные случаи общего уравнения плоскости Неполные уравнения плоскостиСкачать

3. Частные случаи общего уравнения плоскости Неполные уравнения плоскости

§42 Нормальное урaвнение плоскостиСкачать

§42 Нормальное урaвнение плоскости

1. Уравнение плоскости проходящей через точку перпендикулярно вектору / общее уравнение / примерыСкачать

1. Уравнение плоскости проходящей через точку перпендикулярно вектору / общее уравнение / примеры

Уравнения касательной плоскости и нормали к поверхностиСкачать

Уравнения касательной плоскости и нормали к поверхности

4. Уравнение плоскости проходящей через три точки / в отрезках / доказательство и примерыСкачать

4. Уравнение плоскости проходящей через три точки / в отрезках / доказательство и примеры

Метод координат Урок №2 2 Нахождение уравнения плоскости по трем точкамСкачать

Метод координат  Урок №2 2  Нахождение уравнения плоскости по трем точкам
Поделиться или сохранить к себе: