Составить нормальное уравнение плоскости из общего

Видео:Видеоурок "Нормальное уравнение плоскости"Скачать

Видеоурок "Нормальное 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 Составить нормальное уравнение плоскости из общего. (Если точки O и R совпадают, то направление n можно взять произвольным).

Составить нормальное уравнение плоскости из общего

Выразим уравнение плоскости Ω через следующие параметры: длину отрезка Составить нормальное уравнение плоскости из общегои 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 Составить нормальное уравнение плоскости из общегона прямую R равна r, т.е.

Составить нормальное уравнение плоскости из общего(3)

Скалярное произведение векторов n и Составить нормальное уравнение плоскости из общегоимеет следующий вид:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего,(4)

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

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

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.(5)

Учитывая, что n=<cosα, cosβ, cosγ>, Составить нормальное уравнение плоскости из общего, мы получим:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.(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:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.(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:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего

Определим длину вектора n:

Составить нормальное уравнение плоскости из общегоСоставить нормальное уравнение плоскости из общего

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

Видео:5. Нормальное уравнение плоскости выводСкачать

5. Нормальное уравнение плоскости вывод

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,
Составить нормальное уравнение плоскости из общего.(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):

Составить нормальное уравнение плоскости из общегоСоставить нормальное уравнение плоскости из общего.

Так как D>0, то знак t отрицательный:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

Умножим уравнение (12) на t:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

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

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

Отметим, что число Составить нормальное уравнение плоскости из общегоявляется расстоянием от начала координат до прямой (12).

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

Математика без Ху!ни. Уравнение плоскости.

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:3. Частные случаи общего уравнения плоскости Неполные уравнения плоскостиСкачать

3. Частные случаи общего уравнения плоскости Неполные уравнения плоскости

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.

Составить нормальное уравнение плоскости из общего

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.

Составить нормальное уравнение плоскости из общего

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:Видеоурок "Общее уравнение плоскости"Скачать

Видеоурок "Общее 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:4. Уравнение плоскости проходящей через три точки / в отрезках / доказательство и примерыСкачать

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

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:Уравнение плоскости. 11 класс.Скачать

Уравнение плоскости. 11 класс.

Уравнения плоскости: общее, через три точки, нормальное

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

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

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.

Составить нормальное уравнение плоскости из общего

Если известна какая-нибудь точка Составить нормальное уравнение плоскости из общегоплоскости P и какой-нибудь вектор Составить нормальное уравнение плоскости из общегонормали 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:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего

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 Составить нормальное уравнение плоскости из общегоперпендикулярен вектору Составить нормальное уравнение плоскости из общего(рис. 1). Для этого, согласно условию перпендикулярности векторов, необходимо и достаточно, чтобы скалярное произведение этих векторов было равно нулю, то есть

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

Вектор Составить нормальное уравнение плоскости из общегозадан по условию. Координаты вектора Составить нормальное уравнение плоскости из общегонайдём по формуле Составить нормальное уравнение плоскости из общего:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

Теперь, используя формулу скалярного произведения векторов Составить нормальное уравнение плоскости из общего, выразим скалярное произведение Составить нормальное уравнение плоскости из общегов координатной форме:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего. (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, Составить нормальное уравнение плоскости из общего, 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 Составить нормальное уравнение плоскости из общегои перпендикулярной вектору Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

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

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

В этой формуле числа A , B и C координаты вектора Составить нормальное уравнение плоскости из общего, а числа x 0 , y 0 и z 0 — координаты точки Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

Вычисления очень простые: подставляем эти числа в формулу и получаем

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

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

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

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

Итак, уравнение вида

Составить нормальное уравнение плоскости из общего(2)

называется общим уравнением плоскости.

Пример 2. Построить в прямоугольной декартовой системе координат плоскость, заданную уравнением Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

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 Составить нормальное уравнение плоскости из общегоопределяет плоскость, проходящую через начало координат, так как координаты точки 0(0; 0; 0) удовлетворяют этому уравнению.

2. При A = 0 уравнение Составить нормальное уравнение плоскости из общегоопределяет плоскость, параллельную оси Ox, поскольку вектор нормали Составить нормальное уравнение плоскости из общегоэтой плоскости перпендикулярен оси Ox (его проекция на ось Ox равна нулю). Аналогично, при B = 0 плоскость Составить нормальное уравнение плоскости из общегопараллельная оси Oy, а при C = 0 плоскость Составить нормальное уравнение плоскости из общегопараллельна оси Oz.

3. При A = D = 0 уравнение Составить нормальное уравнение плоскости из общегоопределяет плоскость, проходящую через ось Ox, поскольку она параллельна оси Ox (A = 0) и проходит через начало координат (D = 0). Аналогично, плоскость Составить нормальное уравнение плоскости из общегопроходит через ось Oy, а плоскость Составить нормальное уравнение плоскости из общегочерез ось Oz.

4. При A = B = 0 уравнение Составить нормальное уравнение плоскости из общегоопределяет плоскость, параллельную координатной плоскости xOy, поскольку она параллельна осям Ox (A = 0) и Oy (B = 0). Аналогично, плоскость Составить нормальное уравнение плоскости из общегопараллельна плоскости yOz, а плоскость Составить нормальное уравнение плоскости из общего— плоскости xOz.

5. При A = B = D = 0 уравнение Составить нормальное уравнение плоскости из общего(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 Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

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

Поэтому среди её координат есть такие, которые можно подставить в уравнению плоскости, которое мы уже вывели (Составить нормальное уравнение плоскости из общего). 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 Составить нормальное уравнение плоскости из общего, получим

Составить нормальное уравнение плоскости из общегоили Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

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 Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

Видео:10. Параллельность и перпендикулярность плоскостей Решение задачСкачать

10. Параллельность и перпендикулярность плоскостей Решение задач

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 Составить нормальное уравнение плоскости из общего, Составить нормальное уравнение плоскости из общегои Составить нормальное уравнение плоскости из общего, не лежащие на одной прямой. Так как указанные три точки не лежат на одной прямой, векторы Составить нормальное уравнение плоскости из общегои Составить нормальное уравнение плоскости из общегоне коллинеарны, а поэтому любая точка плоскости Составить нормальное уравнение плоскости из общеголежит в одной плоскости с точками Составить нормальное уравнение плоскости из общего, Составить нормальное уравнение плоскости из общегои Составить нормальное уравнение плоскости из общеготогда и только тогда, когда векторы Составить нормальное уравнение плоскости из общего, Составить нормальное уравнение плоскости из общегои Составить нормальное уравнение плоскости из общегокомпланарны, т.е. тогда и только тогда, когда смешанное произведение этих векторов равно нулю.

Используя выражение смешанного произведения в координатах, получим уравнение плоскости

Составить нормальное уравнение плоскости из общего(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:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего, Составить нормальное уравнение плоскости из общего, Составить нормальное уравнение плоскости из общего

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

Решение. По формуле (3) имеем:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего

Составить нормальное уравнение плоскости из общего

Получили общее уравнение плоскости

Составить нормальное уравнение плоскости из общегоили после деления на -2:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

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

Видео:Уравнение плоскости через 3 точкиСкачать

Уравнение плоскости через 3 точки

Нормальное уравнение плоскости. Расстояние от точки до плоскости

Нормальным уравнением плоскости называется её уравнение, записанное в виде

Составить нормальное уравнение плоскости из общего,

где Составить нормальное уравнение плоскости из общего— направляющие косинусы нормали плоскости, Составить нормальное уравнение плоскости из общего— 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 Составить нормальное уравнение плоскости из общеготочки M от плоскости следует в левую часть нормального уравнения плоскости подставить на место x, y и z подставить координаты Составить нормальное уравнение плоскости из общегоэтой точки.

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

Составить нормальное уравнение плоскости из общего,

так как расстояние не может быть отрицательным числом.

Общее уравнение плоскости

Составить нормальное уравнение плоскости из общего

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

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

Знак нормирующего множителя берётся противоположным знаку свободного члена Составить нормальное уравнение плоскости из общегов общем уравнении плоскости.

Пример 6. Привести уравнение плоскости Составить нормальное уравнение плоскости из общегок нормальному виду.

Решение. Вычислим нормирующий множитель:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

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:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

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

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

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

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:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего.

Вычислим отклонение точки от плоскости:

Составить нормальное уравнение плоскости из общего

Найдём теперь расстояние от точки до плоскости как модуль отклонения:

📹 Видео

Лекция 25. Виды уравнений плоскости в пространстве.Скачать

Лекция 25. Виды уравнений плоскости в пространстве.

Аналитическая геометрия, 5 урок, Уравнение плоскостиСкачать

Аналитическая геометрия, 5 урок, Уравнение плоскости

Видеоурок "Уравнение плоскости в отрезках"Скачать

Видеоурок "Уравнение плоскости в отрезках"

Видеоурок "Нормальное уравнение прямой"Скачать

Видеоурок "Нормальное уравнение прямой"

Найти уравнение плоскости проходящей через прямую и перпендикулярно плоскостиСкачать

Найти уравнение плоскости проходящей через прямую и перпендикулярно плоскости

2. Уравнение плоскости примеры решения задач #1Скачать

2. Уравнение плоскости примеры решения задач #1

§42 Нормальное урaвнение плоскостиСкачать

§42 Нормальное урaвнение плоскости

Математика без Ху!ни. Уравнения прямой. Часть 2. Каноническое, общее и в отрезках.Скачать

Математика без Ху!ни. Уравнения прямой. Часть 2. Каноническое, общее и в отрезках.

Видеоурок "Общее уравнение прямой"Скачать

Видеоурок "Общее уравнение прямой"
Поделиться или сохранить к себе: