Уравнения сферы плоскости и прямой кратко

306 гр. Математика. Дистанционное обучение. Тема 1-3.

Просмотр содержимого документа
«Уравнение прямой, плоскости и сферы»

Тема 1: Уравнение прямой в пространстве.

З адание: записать конспект и выполнить самостоятельную работу.

Пример 1. Составить уравнение прямой, проходящей через две точки:

Подставив в уравнение прямой соответствующие координаты, получим:

Упростим:

Ответ:

Пример 2. Составить уравнение прямой, проходящей через две точки:

Подставив в уравнение прямой соответствующие координаты, получим:

Упростим:

Ответ: Самостоятельная работа

Пример 1. Составить уравнение прямой, проходящей через две точки:

Пример 2. Составить уравнение прямой, проходящей через две точки:

Пример 3. Составить уравнение прямой, проходящей через две точки:

Тема 2: Уравнение плоскости в пространстве

Задание: записать конспект и выполнить самостоятельную работу

П ример 1: Принадлежит, ли точка В (-1; 2; 7) плоскости, заданной уравнением 2х+3у-z+3=0

Решение: Подставим координаты точки в уравнение и проверим верно ли равенство.

Ответ: точка В (-1; 2; 7) принадлежит плоскости.

Пример 2: Принадлежит, ли точка Е(0; 4; -6) плоскости, заданной уравнением х-5у-4z+2=0

Решение: Подставим координаты точки в уравнение и проверим верно ли равенство. х-5у-4z+2=0

0-5·4-4·(-6)+2=0-20+24+2=6≠0 не верно

Ответ: точка Е(0; 4; -6) не принадлежит плоскости.

Пример 3: При каком D точка А(1; 5;-2) принадлежит плоскости -3х+2у-z+D=0

Решение: Подставим координаты точки в уравнение и найдем D.

Пример 1: Принадлежит, ли точка В (-2; 3; 8) плоскости, заданной уравнением

Пример 2: Принадлежит, ли точка Е(3; 4; -2) плоскости, заданной уравнением

Пример 3: При каком D точка А(2; 4;-1) принадлежит плоскости -2х+5у-z+D=0

Решить задания №1, №2

О пределение. Сферой называется поверхность, состоящая из всех точек пространства, расположенных на данном расстоянии R от данной точки О.

R – радиус сферы, т. О – центр сферы.

Написать уравнение сферы с центром в точке О(1; 2; -5) и радиусом R=3.

Подставим в уравнение сферы: (х-1) 2 +(у-2) 2 +(z-(-5)) 2 =3 2 .

Упростим: (х-1) 2 +(у-2) 2 +(z+5) 2 =9.

Ответ: (х-1) 2 +(у-2) 2 +(z+5) 2 =9.

Пример 2. Дано уравнение сферы: (х-6) 2 +(у+3) 2 +(z-4) 2 =64. Найти координаты центра и радиус сферы.

1)найдем координаты центра: (х-6) 2 +(у-(-3)) 2 +(z-4) 2 =64

2)найдем радиус: R 2 =64, R=√64=8,

Ответ: О(6, -3, 4), R = 8.

Задание 1. Написать уравнение сферы с центром в точке О(5; -2; 3) и радиусом R= 6

Задание 2. Дано уравнение сферы (х-3) 2 +(у+7) 2 +(z-8) 2 =25. Найти координаты центра и радиус сферы.

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

Уравнения прямой и плоскости

Практическое занятие 36

Форма проведения: Практическая

Обучающая: закрепить понятие уравнения сферы,плоскостии прямой

Развивающая: развивать логическое мышление, пространственное воображение; умение сравнивать, проводить аналогию; интерес к предмету; творческие способности учащихся.

Воспитывающая: воспитывать взаимопомощь у учащихся через работу в группах; уважение к мнению других.

раздаточный материал: карточки с заданиями, заготовки для вывода уравнения сферы, шкалы для оценки урока на этапе рефлексия, маркеры, магниты, чистые листы;

глобус, разминка для глаз в виде полушарий земной поверхности;

Ход урока

Девиз урока Математику нельзя изучать, наблюдая, как это делает сосед! Древнегреческий поэт Нивен

Уравнения прямой и плоскости

Уравнение прямой на плоскости в декартовой системе координат можно задать уравнением вида

для случая, когда прямая не параллельна оси OY, и уравнением

для вертикальной прямой. Но прямая может быть также задана и другим способом. Достаточно указать вектор направления этой прямой и какую-нибудь точку , лежащую на этой прямой. При этом точки, лежащие на прямой, могут быть заданы с использованием векторных операций в виде так называемого параметрического уравнения прямой

в котором параметр t пробегает все значения числовой прямой. Координаты точки, соответствующей некоторому значению этого параметра, определяются соотношениями

( 3.4)

Прямую в пространстве тоже можно задавать параметрическим уравнением, которое очень легко получить из предыдущего простым переходом от двумерных векторов к трехмерным. Пусть . Тогда это уравнение будет определять прямую в пространстве, а координаты точек этой прямой будут определяться формулами

( 3.5)

Как известно из элементарной геометрии, через любые три точки в пространстве проходит плоскость. С другой стороны, через каждую точку плоскости можно провести единственную прямую, перпендикулярную данной плоскости. При этом все эти прямые будут параллельны друг другу, а значит, они имеют общий вектор направления. Этот вектор будем называть нормалью к плоскости. Если длина вектора равна единице, мы будем называть его единичной нормалью. В компьютерной графике часто приходится решать задачу построения нормали к некоторой плоскости, заданной тремя точками, а также задачи пересечения прямой с плоскостью и двух плоскостей.

Плоскость в пространстве можно задать, указав вектор нормали к ней и какую-либо точку, принадлежащую данной плоскости. Пусть — вектор единичной нормали, а — некоторая точка на плоскости. Тогда для любой точки , лежащей на плоскости, вектор будет ортогонален вектору нормали, а следовательно, выполняется равенство

Раскрывая это выражение в координатном виде, получаем

Теперь перепишем это уравнение в виде

( 3.6)

где . Это уравнение называется каноническим уравнением плоскости. При этом совершенно ясно, что если все это уравнение умножить на какой-либо отличный от нуля множитель, то оно будет описывать ту же самую плоскость, т.е. коэффициенты для каждой плоскости задаются с точностью до произвольного ненулевого множителя. Но если при этом вектор имеет единичную длину, то задает расстояние от начала координат до данной плоскости.

В алгоритмах компьютерной графики довольно часто приходится сталкиваться с задачей построения плоскости, проходящей через три заданные точки. Пусть три точки , и , не лежащие на одной прямой, имеют координатами и . Для канонического уравнения необходимо построить нормаль к плоскости, что легко можно осуществить, используя операцию векторного произведения. Поскольку векторы и лежат в искомой плоскости, то вектор будет ортогонален этой плоскости. Пусть , тогда уравнение плоскости будет иметь вид

Остается определить значение . Так как точка принадлежит этой плоскости, то ее координаты должны удовлетворять полученному уравнению. Подставим их в уравнение и получим

и после подстановки окончательно получим:

( 3.7)

В большинстве алгоритмов, использующих плоскости, достаточно знать нормаль к ней и какую-либо точку, принадлежащую плоскости. Очевидно, что по аналогии можно вывести каноническое уравнение прямой на плоскости, если задана нормаль к ней и принадлежащая прямой точка.

Уравнение сферы

Найдем уравнение сферы радиуса R с центром в точке O₁(x₀;y₀;z₀). Согласно определению сферы расстояние любой ее точки М(х; у; z) от центра O₁(x₀;y₀;z₀) равно радиусу R, т. е. O₁M= R. Но , где . Следовательно,

Это и есть искомое уравнение сферы. Ему удовлетворяют координаты лю­бой ее точки и не удовлетворяют координаты точек, не лежащих на данной сфере.

Если центр сферы Ο₁ совпадает с началом координат, то уравнение сферы принимает вид .

Если же дано уравнение вида F(x;y;z) = 0 , то оно, вообще говоря, определяет в пространстве некоторую поверхность.

Выражение «вообще говоря» означает, что в отдельных случаях уравнение F(x; y; z)=0 может определять не поверхность, а точку, линию или вовсе не определять никакой геометрический образ. Говорят, «поверхность вырождается».

Так, уравнению не удовлетворяют никакие дей­ствительные значения х, у, z. Уравнению удовлетворяют лишь координаты точек, лежащих на оси Ох (из уравнения следует: у = 0, z = 0, а х — любое число).

Итак, поверхность в пространстве можно задать геометрически и ана­литически. Отсюда вытекает постановка двух основных задач:

1. Дана поверхность как геометрическое место точек. Найти уравнение этой поверхности.

2. Дано уравнение F(x;y;z) = 0. Исследовать форму поверхности, определяемой этим уравнением.

1. Сфера задана уравнением (x – 1) 2 + y 2 + (z – 2) 2 = 9.

1. Найдите координаты центра и радиуса сферы.

2. Определите, принадлежат ли данной сфере точки А(1; 3; -1) и В(2; 2; 1).

2. Сфера с центром в точке О(0; 1; -2) проходит через точку А(-3; 1; 2).

1. Составьте уравнение сферы.

2. Найдите координаты точек оси абсцисс, принадлежащих данной сфере.

3. Точки А(1; 2; -3) и В(7; 2; 5) лежат на сфере радиуса 13. Найдите

расстояние от центра сферы до прямой АВ.

1. Сфера задана уравнением x 2 + (y +3) 2 + (z – 2) 2 = 25.

1. Найдите координаты центра и радиуса сферы.

2. Определите, принадлежат ли данной сфере точки А(4; -3; -1) и В(0; 1; 3).

2. Сфера с центром в точке О(-1; 0; 2) проходит через точку А(1; 2; 1).

1. Составьте уравнение сферы.

2. Найдите координаты точек оси ординат, принадлежащих данной сфере.

3. Точки А(1; 5; 6) и В(1; -1; -2) лежат на сфере, центр которой удален от

середины отрезка АВ на 12. Найдите радиус сферы.

1. Сфера задана уравнением x 2 + y 2 + z 2 + 2y – 4z = 4.

a) Найдите координаты центра и радиуса сферы.

b) Найдите значение m, при котором точки А(0; m; 2) и

В(1; 1; m — 2) принадлежат данной сфере.

2. Диаметр сферы – отрезок АВ с концами А(2; -1; 4) и В(2; 7; 10).

a) Составьте уравнение сферы.

b) Найдите кратчайшее расстояние от точки данной сферы до плоскости Оxy.

3. Сфера задана уравнением (x + 3) 2 + (y – 4) 2 + (z + 1) 2 = 25. Найдите

длину линии, по которой данная сера пересекается с плоскостью Оyz.

Видео:11 класс, 20 урок, Уравнение сферыСкачать

Уравнение сферы, плоскости, прямой

Видео:Лекция 23. Виды уравнений прямой на плоскости.Скачать

Понятие сферы и её элементов Уравнение сферы в заданной системе координат

Понятие сферы и её элементов
Уравнение сферы в заданной системе координат

Видео:Аналитическая геометрия, 5 урок, Уравнение плоскостиСкачать

Тело вращения — сфера

Тело вращения — сфера

Видео:11 класс, 24 урок, Взаимное расположение сферы и прямойСкачать

Определение сферы Элементы сферы

Сферой называется поверхность, состоящая из всех точек пространства, расположенных на данном расстоянии от данной точки.

т.О — центр сферы
ОА – радиус сферы.
Любой отрезок, соединяющий центр и какую-нибудь точку сферы называется радиусом сферы.
ВС – диаметр сферы.
Отрезок, соединяющий две точки сферы и проходящий через ее центр, называется диаметром сферы
d=2r

Видео:Лекция 25. Виды уравнений плоскости в пространстве.Скачать

На плоскости В пространстве Уравнение с двумя переменными х и у называется уравнением линии

Уравнение с двумя переменными х и у называется уравнением линии L, если этому уравнению удовлетворяют координаты любой точки линии L и не удовлетворяют координаты никакой точки, не лежащей на этой линии

Уравнение с тремя переменными х,у,z называется уравнением поверхности, если этому уравнению удовлетворяют координаты любой точки поверхности и не удовлетворяют координаты никакой точки, не лежащей на этой поверхности

Видео:Геометрия 11 класс: Сфера и шар. Уравнение сферы. Площадь сферыСкачать

На плоскости В пространстве М(х;у) х у х у z (х;у;z)

Видео:11 класс, 21 урок, Взаимное расположение сферы и плоскостиСкачать

Уравнение плоскости и прямой

Уравнение плоскости и прямой

Видео:9 класс, 5 урок, Уравнение линии на плоскостиСкачать

Общее уравнение плоскости Ax+By+Cz+D=0 где

Общее уравнение плоскости

где А, В, С, D – числовые коэффициенты

Видео:11. Прямая в пространстве и ее уравненияСкачать

Особые случаи уравнения: D = 0 

Особые случаи уравнения:

D = 0  Ax+By+Cz = 0
плоскость проходит через начало координат.
А = 0  Ву + Cz +D = 0
плоскость параллельна оси Ох.
В = 0  Ах + Cz +D = 0
плоскость параллельна оси Оу.
C = 0  Ax+By+D = 0
плоскость параллельна оси Oz.

Видео:Уравнения прямой на плоскости | Векторная алгебраСкачать

Особые случаи уравнения: А = В = 0 

Особые случаи уравнения:

А = В = 0  Сz + D = 0
плоскость параллельна плоскости Оху.
А = С = 0  Ву + D = 0
плоскость параллельна плоскости Охz.
В = C= 0  Ах+D = 0
плоскость параллельна плоскости Оуz.

Видео:Уравнение плоскости. 11 класс.Скачать

Особые случаи уравнения: A = D = 0 

Особые случаи уравнения:

A = D = 0  By+Cz = 0
плоскость проходит через ось Ox.
B = D = 0  Ax + Cz = 0
плоскость параллельна оси Оy.
C = D = 0  Ах + By = 0
плоскость параллельна оси Оz.

Видео:УРАВНЕНИЕ ПРЯМОЙ на плоскости 8 и 9 классСкачать

Уравнения координатных плоскостей x = 0, плоскость

Уравнения координатных плоскостей

x = 0, плоскость Оyz
y = 0, плоскость Оxz
z = 0, плоскость Оxy

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

Две плоскости в пространстве: параллельны, если существует такое число k, что

совпадают, если существует такое число k, что

Две плоскости в пространстве:

параллельны, если существует такое число k, что

В остальных случаях плоскости пересекаются.

Видео:Уравнение прямой на плоскостиСкачать

Алгоритм составления уравнения плоскости, проходящей через точку перпендикулярно данному вектору

Алгоритм составления уравнения плоскости, проходящей через точку перпендикулярно данному вектору

Итак, пусть  произвольная плоскость в пространстве. Всякий перпендикулярный ей ненулевой вектор называется вектором нормали к этой плоскости.

Видео:17. Показать что прямые пересекаются и составить уравнение плоскости в которой они расположеныСкачать

Если известна какая-нибудь точка плоскости

Если известна какая-нибудь точка плоскости M0 и какой-нибудь вектор нормали к ней, то через заданную точку можно провести единственную плоскость, перпендикулярную данному вектору. Общее уравнение плоскости будет иметь вид:

Алгоритм составления уравнения плоскости, проходящей через точку перпендикулярно данному вектору

Видео:Аналитическая геометрия, 6 урок, Уравнение прямойСкачать

Чтобы получить уравнение плоскости , имеющее приведённый вид, возьмём на плоскости произвольную точку

Чтобы получить уравнение плоскости, имеющее приведённый вид, возьмём на плоскости произвольную точку M(x;y;z). Эта точка принадлежит плоскости только в том случае, когда вектор перпендикулярен вектору (рис), а для этого, необходимо и достаточно, чтобы скалярное произведение этих векторов было равно нулю, т.е.

Вектор задан по условию. Координаты вектора найдём по формуле :

Теперь, используя формулу скалярного произведения векторов , выразим скалярное произведение в координатной форме:

Видео:Уравнение прямой в пространстве. 11 класс.Скачать

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

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

Используем формулу
A(x-x0)+B(y-y0)+C(z-z0)=0

Решение:

Ответ: 5x + y — 4z — 3=0

Видео:Стереометрия 10 класс. Часть 1 | МатематикаСкачать

Уравнение прямой в пространстве

Уравнение прямой в пространстве

Поскольку прямую в пространстве можно рассматривать как линию пересечения двух плоскостей, то одним из способов аналитического задания прямой в пространстве является задание с помощью системы из двух уравнений задающих пару пересекающихся плоскостей.

Уравнение прямой в пространстве

Уравнение прямой в пространстве

Прямую, проходящую через точку A0(x0,y0,z0) с направляющим вектором (a,b,c) можно задавать параметрическими уравнениями

В случае, если прямая в пространстве задается двумя точками A1(x1,y1,z1), A2(x2,y2,z2), то, выбирая в качестве направляющего векто­ра вектор (x2-x1,y2-y1,z2-z1) и в качестве точки А0 точку А1, получим следующие уравнения