Как найти общее уравнение прямой в пространстве - Сайт, где вы сможете решить свои вопросы

Уравнения прямых в пространстве

Уравнение прямой как линии пересечения двух плоскостей

Пусть в координатном пространстве Oxyz (в прямоугольной системе координат) две плоскости заданы общими уравнениями

$begin{aligned}rho_{1}colon & ,A_{1}cdot x+B_{1}cdot y+C_{1}cdot z+D_{1}=0;\[2pt] rho_{2}colon & ,A_{2}cdot x+B_{2}cdot y+C_{2}cdot z+D_{2}=0,end{aligned}$

в которых коэффициенты при неизвестных непропорциональны, т.е. $operatorname{rang}!begin{pmatrix}A_{1}&B_{1}&C_{1}\A_{2}&B_{2}&C_{2}end{pmatrix}=2$ . Это условие означает, что плоскости $rho_{1}$ и $rho_{2}$ пересекаются (см. условие (4.25)), поскольку их нормали $vec{n}_{1}=A_{1}vec{i}+B_{1}vec{j}+C_{1}vec{k}$ и $vec{n}_{2}=A_{2}vec{i}+B_{2}vec{j}+C_{2}vec{k}$ неколлинеарны (рис.4.25). Тогда линия пересечения плоскостей описывается системой уравнений

$begin{cases} A_{1}cdot x+D_{1}cdot y+C_{1}cdot z+D_{1}=0,\ A_{2}cdot x+D_{2}cdot y+C_{2}cdot z+D_{2}=0. end{cases}$

(4.31)

Система (4.31) называется общим уравнением прямой в пространстве.

Общее уравнение прямой в пространстве как пересечение двух плоскостей

Пример 4.13. В координатном пространстве Oxyz (в прямоугольной системе координат) заданы вершины A(1;2;3), B(3;0;2), C(7;4;6) треугольника (рис.4.26). Требуется составить уравнение прямой, содержащей высоту треугольника.

Решение. Прямая является линией пересечения двух плоскостей: плоскости $rho_{1}$ , треугольника ABC и плоскости $rho_{2}$ , проходящей через точку перпендикулярно вектору overrightarrow{BC} (рис.4.26). По формуле (4.21) составим уравнение плоскости $rho_{1},$ проходящей через три точки A,,B,,C:

$begin{vmatrix}x-1&y-2&z-3\3-1&0-2&2-3\7-1&4-2&6-3end{vmatrix}= begin{vmatrix} x-1&y-2&z-3\ 2&-2&-1\ 6&2&3 end{vmatrix}=0 quad Leftrightarrow quad x+3y-4z+5=0.$

По формуле (4.14) составим уравнение плоскости $rho_{2}$ , проходящей через точку перпендикулярно вектору overrightarrow{BC}=(7-3)vec{i}+(4-0)vec{j}+(6-2)vec{k}=4vec{i}+4vec{j}+4vec{k}:

4cdot(x-1)+4cdot(y-2)+4cdot(z-3)=0 quad Leftrightarrow quad x+y+z-6=0.

Следовательно, общее уравнение (4.31) прямой имеет вид $begin{cases}x+3y-4z+5=0,\x+y+z-6=0.end{cases}$

Параметрическое уравнение прямой в пространстве

Напомним, что направляющий вектором прямой называется ненулевой вектор, коллинеарный этой прямой, т.е. принадлежащий или параллельный ей.

Пусть в координатном пространстве Oxyz заданы точка $M_{0}(x_{0}, y_{0}, z_{0})$ и ненулевой вектор vec{p}= avec{i}+ bvec{j}+ cvec{k} (рис.4.27). Требуется составить уравнение прямой, коллинеарной вектору vec{p} и проходящей через точку $M_{0}(x_{0},y_{0},z_{0})$ .

Выберем на прямой произвольную точку $M_{0}(x,y,z)$ . Обозначим vec{r}=overrightarrow{OM}, $vec{r}_{0}=overrightarrow{OM_{0}}$ — радиус-векторы точек M(x,y,z) и $M_{0}(x_{0},y_{0},z_{0})$ (рис.4.28).

Параметрическое уравнение прямой в пространстве и направляющий вектор прямой

Точка принадлежит заданной прямой тогда и только тогда, когда векторы $overrightarrow{M_{0}M}$ и vec{p} коллинеарны. Запишем условие коллинеарности: $overrightarrow{M_{0}M}=tvec{p}$ , где — некоторое действительное число (параметр). Учитывая, что $overrightarrow{M_{0}M}=vec{r}-vec{r}_{0}$ , получим векторное параметрическое уравнение прямой в пространстве:

$vec{r}=vec{r}_{0}+tcdotvec{p}, quad tinmathbb{R},,$

(4.32)

где vec{p} — направляющий вектор прямой, а $vec{r}_{0}$ — радиус-вектор заданной точки $M_{0}(x_{0},y_{0},z_{0})$ принадлежащей прямой.

Координатная форма записи уравнения (4.32) называется параметрическим уравнением прямой в пространстве

$begin{cases}x=x_{0}+acdot t,\y=y_{0}+bcdot t,\z=z_{0}+ccdot t,end{cases}tinmathbb{R},,$

(4.33)

где a,b,c — координаты направляющего вектора vec{p} прямой. Параметр в уравнениях (4.32),(4.33) имеет следующий геометрический смысл: величина пропорциональна расстоянию от заданной точки $M_{0}(x_{0}, y_{0}, z_{0})$ до точки $M(x,y,z)equiv M(x_{0}+at,y_{0}+bt,z_{0}+ct)$ . Физический смысл параметра в параметрических уравнениях (4.32),(4.33) — это время при равномерном и Прямолинейном движении точки по прямой. При t=0 точка M(x,y,z) совпадает с заданной точкой $M_{0}$ . При возрастании параметра движение происходит в направлении направляющего вектора.

Каноническое уравнение прямой в пространстве

Выразим параметр из каждого уравнения системы (4.33): $t=frac{x-x_{0}}{a},, t=frac{y-y_{0}}{b},, t=frac{z-z_{0}}{c}$ , а затем исключим этот параметр:

$frac{x-x_{0}}{a}=frac{y-y_{0}}{b}=frac{z-z_{0}}{c}, quad a^2+b^2+c^2ne0.$

(4.34)

Уравнение (4.34) называется каноническим уравнением прямой в пространстве. В этом уравнении коэффициенты a,b,c не равны нулю одновременно, так как это координаты направляющего вектора прямой.

Замечания 4.6.

1. Если один или два из трех знаменателей дробей в (4.34) равны нулю, то считается, что соответствующий числитель дроби равен нулю. Например:

а) каноническое уравнение $frac{x-x_{0}}{0}=frac{y-y_{0}}{0}=frac{z-z_{0}}{c}$ — это уравнение $begin{cases}x=x_{0},\y=y_{0}end{cases}$ прямой, параллельной оси аппликат (рис.4.29,а);

б) каноническое уравнение $frac{x-x_{0}}{a}=frac{y-y_{0}}{b}=frac{z-z_{0}}{0}$ — это уравнение $begin{cases}z=z_{0},\dfrac{x-x_{0}}{a}=dfrac{y-y_{0}}{b}end{cases}$ прямой, параллельной координатной плоскости Oxy (рис.4.29,б).

Прямые в пространстве, параллельные координатным плоскостям

2. Направляющий вектор vec{p} прямой определяется неоднозначно. Например, любой ненулевой вектор lambdacdotvec{p} , где lambdainmathbb{R} , также является направляющим вектором для той же прямой.

Переход от общего уравнение к каноническому

3. Для перехода от общего уравнения прямой (4.31) к каноническому (4.34) нужно выполнить следующие действия:

1) найти любое решение $(x_{0},y_{0},z_{0})$ системы $begin{cases} A_{1}cdot x+B_{1}cdot y+C_{1}cdot z+D_{1}=0,\ A_{2}cdot x+B_{2}cdot y+C_{2}cdot z+D_{2}=0, end{cases}$ определяя тем самым координаты точки $M_{0}(x_{0},y_{0},z_{0})$ , принадлежащей прямой;

2) найти направляющий вектор vec{p} прямой как векторное произведение нормалей $vec{n}_{1}=A_{1}vec{i}+B_{1}vec{j}+C_{1}vec{k},$ $vec{n}_{2}= A_{2}vec{i}+ B_{2}vec{j}+ C_{2}vec{k},$ заданных плоскостей:

$vec{p}= begin{bmatrix}vec{n}_{1},vec{n}_{2}end{bmatrix}= acdotvec{i}+ bcdotvec{j}+ ccdotvec{k}= begin{vmatrix} vec{i}&vec{j}&vec{k}\ A_{1}&B_{1}&C_{1}\ A_{2}&B_{2}&C_{2} end{vmatrix}.$

3) записать каноническое уравнение (4.34) с учетом пунктов 1 и 2.

4. Чтобы перейти от канонического уравнения к общему, достаточно двойное равенство (4.34) записать в виде системы

$left{!begin{aligned}frac{x-x_{0}}{a}&=frac{y-y_{0}}{b},,\frac{y-y_{0}}{b}&=frac{z-z_{0}}{c},,end{aligned}right.$ и привести подобные члены.

5. Чтобы перейти от канонического уравнения к параметрическому, следует приравнять каждую дробь в уравнении (4.34) параметру t и записать полученные равенства в виде системы (4.33):

$frac{x-x_{0}}{a}=frac{y-y_{0}}{b}=frac{z-z_{0}}{c}=t quad Leftrightarrow quad begin{cases}x=x_{0}+acdot t,\y=y_{0}+bcdot t,\z=z_{0}+ccdot t,end{cases} tinmathbb{R},.$

6. Если в каноническом уравнении (4.34) прямой фиксировать координаты $x_{0},y_{0},z_{0}$ точки $M_{0}$ , а коэффициентам a,b,c придавать произвольные значения (не равные нулю одновременно), то получим уравнение связки прямых с центром в точке $M_{0}(x_{0},y_{0},z_{0})$ , т.е. совокупность всех прямых, проходящих через точку $M_{0}$ .

7. Параметрическое (4.33) и каноническое (4.34) уравнения прямой, полученные в прямоугольной системе координат, имеют тот же вид в любой другой аффинной системе координат. Геометрический смысл коэффициентов в уравнениях остается прежним.

Пример 4.14. В координатном пространстве Oxyz (в прямоугольной системе координат) заданы вершины A(1;2;3), B(3;0;2), C(7;4;6) треугольника (рис. 4.30). Требуется:

В координатном пространстве Oxyz (в прямоугольной системе координат) заданы вершины A(1,2,3), B(3,0,2), C(7,4,6) треугольника

а) составить каноническое уравнение прямой, содержащей высоту треугольника;

б) составить общее уравнение прямой, содержащей биссектрису треугольника.

Решение. а) Общее уравнение прямой получено в примере 4.13: $begin{cases}x+3cdot y-4cdot z+5=0,\x+y+z-6=0.end{cases}$ Перейдем от общего уравнения к каноническому.

1) Найдем любое решение $(x_{0},y_{0},z_{0})$ системы, например, $x_{0}=1,$ $y_{0}=2,$ $z_{0}=3$ (это координаты точки A(1;2;3) ).

2) Найдем направляющий вектор vec{p} прямой как векторное произведение нормалей $vec{n}_{1}=vec{i}+3vec{j}-4vec{k},$ $vec{n}_{2}=vec{i}+vec{j}+vec{k}$ заданных плоскостей

$vec{p}= begin{bmatrix}vec{n}_{1},vec{n}_{2}end{bmatrix}= begin{vmatrix} vec{i}&vec{j}&vec{k}\ 1&3&-4\ 1&1&1 end{vmatrix}= 7cdotvec{i}-5cdotvec{j}-2cdotvec{k},.$

3) Запишем каноническое уравнение (4.34): $frac{x-1}{7}=frac{y-2}{-5}=frac{z-3}{-2}$ .

б) Сначала составим каноническое уравнение прямой . Для этого нужно найти направляющий вектор vec{l} этой прямой. Учитывая, что диагональ ромба является биссектрисой, vec{l}=vec{b}+vec{c} , где vec{b} и vec{c} — единичные векторы, одинаково направленные с векторами overrightarrow{AB} и overrightarrow{AC} соответственно. Находим

$begin{gathered}overrightarrow{AB}= 2cdotvec{i}-2cdotvec{j}-1cdotvec{k}, quad begin{vmatrix}overrightarrow{AB}end{vmatrix}=3, quad vec{b}= frac{overrightarrow{AB}}{begin{vmatrix} overrightarrow{AB}end{vmatrix}}= frac{2}{3}cdot vec{i}-frac{2}{3} cdotvec{j}-frac{1}{3}cdot vec{k},;\[3pt] overrightarrow{AC}= 6cdot vec{i}+ 2cdotvec{j}+3cdotvec{k}, quad begin{vmatrix} overrightarrow{AC} end{vmatrix}=7, quad vec{c}= frac{overrightarrow{AC}}{begin{vmatrix} overrightarrow{AC}end{vmatrix}}= frac{6}{7}cdotvec{i}+ frac{2}{7}cdotvec{j}+ frac{3}{7}cdotvec{k},;\[3pt] vec{l}=vec{a}+vec{c}= left(frac{2}{3}cdotvec{i}-frac{2}{3}cdotvec{j}-frac{1}{3}cdotvec{k}right)+ left(frac{6}{7}cdotvec{i}+frac{2}{7}cdotvec{j}+frac{3}{7}cdotvec{k}right)= frac{32}{21}cdotvec{i}-frac{8}{21}cdotvec{j}+frac{2}{21}cdotvec{k},. end{gathered}$

Составляем каноническое уравнение прямой $ALcolon,frac{x-1}{32/21}=frac{y-2}{-8/21}=frac{z-3}{2/21}$ .

Записывая двойное равенство в виде системы, получаем общее уравнение прямой AL:

$left{!begin{aligned}frac{x-1}{32/21}&=frac{y-2}{-8/21},\ frac{y-2}{-8/21}&=frac{z-3}{2/21},end{aligned}right. quad Leftrightarrow quad begin{cases}x+4cdot y-9=0,\ y+4cdot z-14=0.end{cases}$

Расстояние от точки до прямой, заданной каноническим уравнением

Расстояние от точки до прямой в пространстве

Найдем расстояние от точки $M_{1}(x_{1},y_{1},z_{1})$ до прямой , заданной каноническим уравнением (рис.4.31)):

$lcolon, frac{x-x_{0}}{a}= frac{y-y_{0}}{b}= frac{z-z_{0}}{c},.$

Искомое расстояние равно высоте параллелограмма, построенного на векторах

vec{p}=avec{i}+bvec{j}+cvec{k} и $vec{m}=overrightarrow{M_{0}M_{1}}=(x_{1}-x_{0})vec{i}+(y_{1}-y_{0})vec{j}+(z_{1}-z_{0})vec{k}$ , то есть.

$d=frac{begin{vmatrix}begin{bmatrix}vec{m},vec{p}end{bmatrix}end{vmatrix}}{begin{vmatrix}vec{p}end{vmatrix}}= frac{sqrt{begin{vmatrix}x_{1}-x_{0}&y_{1}-y_{0}\a&bend{vmatrix}^2+ begin{vmatrix}y_{1}-y_{0}&z_{1}-z_{0}\b&cend{vmatrix}^2+ begin{vmatrix}x_{1}-x_{0}&z_{1}-z_{0}\a&cend{vmatrix}^2}}{sqrt{a^2+b^2+c^2}},.$

(4.35)

Уравнение прямой, проходящей через две заданные точки

Уравнение прямой в пространстве, проходящей через две заданные точки

Пусть в координатном пространстве Oxyz заданы две точки $M_{0}(x_{0},y_{0},z_{0})$ и $M_{1}(x_{1},y_{1},z_{1})$ . Требуется составить уравнение прямой, проходящей через заданные точки.

Как показано в разд., точка M(x,y,z) принадлежит прямой $M_{0}M_{1}$ тогда и только тогда, когда ее радиус-вектор overrightarrow{OM} удовлетворяет условию (рис.4.32): $overrightarrow{OM}= (1-t)cdot overrightarrow{OM_{0}}+ tcdotoverrightarrow{OM_{1}}$ , где — некоторое действительное число (параметр). Это уравнение, а также его координатную форму

$begin{pmatrix}x\y\zend{pmatrix}= (1-t)cdot!begin{pmatrix}x_{0}\y_{0}\z_{0}end{pmatrix}+tcdot!begin{pmatrix}x_{1}\y_{1}\z_{1}end{pmatrix}! quad Leftrightarrow quad !begin{cases} x=(1-t)cdot x_{0}+tcdot x_{1},\ y=(1-t)cdot y_{0}+tcdot y_{1},\ z=(1-t)cdot z_{0}+tcdot z_{1}.end{cases} tinmathbb{R}$

(4.36)

будем называть аффинным уравнением прямой, проходящей через две точки $M_{0}(x_{0},y_{0},z_{0})$ и $M_{1}(x_{1},y_{1},z_{1})$ .

Выражая параметр из каждого уравнения системы (4.36), получаем: $frac{x-x_{0}}{x_{1}-x_{0}}=frac{y-y_{0}}{y_{1}-y_{0}}=frac{z-z_{0}}{z_{1}-z_{0}}=t$ . Исключая параметр , приходим к уравнению прямой, проходящей через две точки $M_{0}(x_{0},y_{0},z_{0})$ и $M_{1}(x_{1},y_{1},z_{1})$ :

$frac{x-x_{0}}{x_{1}-x_{0}}=frac{y-y_{0}}{y_{1}-y_{0}}=frac{z-z_{0}}{z_{1}-z_{0}},.$

(4.37)

Уравнение (4.37) можно получить из канонического уравнения (4.34), выбирая в качестве направляющего вектора vec{p}=avec{i}+bvec{j}+cvec{k} вектор $overrightarrow{M_{0}M_{1}}=(x_{1}-x_{0})vec{i}+(y_{1}-y_{0})vec{j}+(z_{1}-z_{0})vec{k},$ т.е. подставляя $a=x_{1}-x_{0},$ $b=y_{1}-y_{0},$ $c=z_{1}-z_{0}.$

Треугольник в пространстве по координатам вершин, его высота и медиана

Пример 4.15. В координатном пространстве Oxyz (в прямоугольной системе координат) заданы вершины A(1;2;3), B(3;0;2), C(7;4;6) треугольника (рис.4.33). Требуется:

а) составить уравнение прямой ;

б) составить уравнение прямой, содержащей медиану треугольника;

в) найти высоту h=|AH| треугольника, опущенную на сторону .

Решение. а) Записываем уравнение (4.37) прямой, проходящей через точки B(3;0;2), C(7;4;6):

$frac{x-3}{7-3}=frac{y-0}{4-0}=frac{z-2}{6-2}~ Leftrightarrow~ frac{x-3}{1}=frac{y}{1}=frac{z-2}{1},.$

б) Находим координаты середины стороны BCcolon M(5;2;4) . Составляем уравнение (4.37) прямой AM:

$frac{x-1}{5-1}=frac{y-2}{2-2}=frac{z-3}{4-3}~ Leftrightarrow~ frac{x-1}{4}=frac{y-2}{0}=frac{z-3}{1},.$

в) Искомую высоту находим по формуле (4.35), полагая vec{m}=overrightarrow{BA}=-2vec{i}+2vec{j}+vec{k} и vec{p}=vec{i}+vec{j}+vec{k}:

$h=|AH|=frac{begin{vmatrix}begin{bmatrix}vec{m},vec{p}end{bmatrix}end{vmatrix}}{begin{vmatrix}vec{p}end{vmatrix}}= frac{sqrt{begin{vmatrix}-2&2\1&1end{vmatrix}^2+begin{vmatrix}2&1\1&1end{vmatrix}^2+begin{vmatrix}-2&1\1&1end{vmatrix}^2}}{sqrt{1^2+1^2+1^2}}=frac{sqrt{16+1+9}}{sqrt{3}}= sqrt{frac{26}{3}},.$

Математический форум (помощь с решением задач, обсуждение вопросов по математике).

Кнопка "Поделиться"

Если заметили ошибку, опечатку или есть предложения, напишите в комментариях.

Источник

Материал этой статьи продолжает тему прямой в пространстве. От геометрического описания пойдем к алгебраическому: зададим прямую при помощи уравнений в фиксированной прямоугольной системе координат трехмерного пространства. Приведем общую информацию, расскажем о видах уравнений прямой в пространстве и их связи между собой.

Уравнение прямой в пространстве: общие сведения

Определение 1

Уравнение прямой на плоскости в прямоугольной системе координат Oxy – это линейное уравнение с переменными x и y, которому отвечают координаты всех точек прямой и не удовлетворяют координаты никаких прочих точек.

Если речь идет о прямой в трехмерном пространстве, все несколько иначе: не существует такого линейного уравнения с тремя переменными x, y, z, которому бы отвечали только координаты точек заданной прямой. В самом деле, уравнение Ax+By+Cz+D=0, где x, y, z – переменные, а А, В, С и D – некоторые действительные числа (А, В, С одновременно не равны нулю) – это общее уравнение плоскости. Тогда как же задать прямую линию в прямоугольной системе координат Oxyz? Найдем ответ на этот вопрос в следующих пунктах темы.

Уравнение прямой в пространстве как уравнение двух пересекающихся плоскостей

Вспомним аксиому:

Определение 2

Когда две плоскости в пространстве имеют общую точку, существует их общая прямая, на которой находятся все общие точки этих плоскостей.

Рассмотрим это утверждение в алгебраическом толковании.

Допустим, в трехмерном пространстве зафиксирована прямоугольная система координат Oxyz и задано, что прямая a – это линия пересечения двух плоскостей α и β, которые соответственно описываются уравнениями плоскости A1x+B1y+C1z+D1=0 и A2x+B2y+C2z+D2=0. Поскольку прямая a – это множество общих точек плоскостей α и β, то координаты любой точки прямой a будут одновременно отвечать обоим уравнениям. Никакие прочие точки одновременно удовлетворять условия обоих уравнений не будут.

Таким образом, координаты любой точки прямой a в прямоугольной системе координат станут частным решением системы линейных уравнений вида

A1x+B1y+C1z+D1=0A2x+B2y+C2z+D2=0

Общее же решение системы уравнений _A1x+B1y+C1z+D1=0A2x+B2y+C2z+D2=0 определит координаты каждой точки прямой a, т.е. по сути задает саму прямую a.

Резюмируем: прямая в пространстве в прямоугольной системе координат Oxyz может быть задана системой уравнений двух плоскостей, которые пересекаются:

A1x+B1y+C1z+D1=0A2x+B2y+C2z+D2=0

Приведем пример описания прямой линии в пространстве при помощи системы уравнений:

x+3y-21z+113y+14z-2=0

Навык определения прямой линии уравнениями пересекающихся плоскостей необходим при решении задач на нахождение координат точки пересечения прямой и плоскости или нахождение координат точки пересечения двух прямых в пространстве.

Подробнее изучить эту тему можно, обратившись к статье об уравнениях прямой в пространстве, уравнениях двух пересекающихся прямых.

Заметим, что существует несколько способов описания прямой в пространстве. В практике прямую чаще задают не двумя пересекающимися плоскостями, а направляющим вектором прямой и точкой, принадлежащей этой прямой. В подобных случаях легче задать канонические и параметрические уравнения прямой в пространстве. Поговорим о них ниже.

Параметрические уравнения прямой в пространстве

x=x1+ax·λy=y1+ay·λz=z1+az·λ, где x1, y1, z1 – координаты некой точки прямой; аx, аy и az (одновременно не равны нулю) – координаты направляющего вектора прямой. а·λ – некий параметр, принимающий любые действительные значения.

Любое значение параметра λ позволяет, используя параметрические уравнения прямой в пространстве, определить тройку чисел (x, y, z), соответствующую некой точке прямой (отсюда и название такого вида уравнений). Например, пусть λ=0, тогда из параметрических уравнений прямой в пространстве получим координаты:

x=x1+ax·0y=y1+ay·0z=z1+az·0⇔x=x1y=y1z=z1

Рассмотрим конкретный пример:

Пример 1

Пусть прямая задана параметрическими уравнениями вида x=3+2·axy=-2·ayz=2+2·az.

Заданная прямая проходит через точку М1(3, 0, 2); направляющий вектор этой прямой имеет координаты2, -2, 2.

Ответ: 2, -2, 2,

Продолжение изучения этой темы можно найти в статье о параметрических уравнениях прямой в пространстве.

Канонические уравнения прямой в пространстве

Если разрешить каждое из параметрических уравнений прямой

x=x1+ax·λy=y1+ay·λz=z1+az·λ относительно параметра λ, возможно просто перейти к каноническим уравнениям прямой в пространстве x-x1ax=y-y1ay=z-z1az.

Канонические уравнения прямой в пространстве задают прямую, которая проходит через точку М1(x1, y1, z1), и у которой направляющий вектор равен a→=(ax, ay, az). Например, задана прямая, описываемая каноническим уравнением x-11=y2=z+57. Эта прямая проходит через точку с координатами (1, 0, -5), ее направляющий вектор имеет координаты (1, 2, -7).

Отметим, что одно или два числа из чисел аx, аy и аz в канонических уравнениях прямой могут быть равны нулю (все три числа не могут быть равны нулю, поскольку направляющий вектор не может быть нулевым). В таком случае запись вида x-x1ax=y-y1ay=z-z1az является формальной (поскольку в знаменателях одной или двух дробей будут нули) и понимать ее нужно как:

x=x1+ax·λy=y1+ay·λz=z1+az·λ, где λ∈R.

Если одно из чисел аx, аy и az канонического уравнения прямой равно нулю, то прямая лежит в какой-то из координатных плоскостей, или в плоскости, ей параллельной. Если два из чисел аx, аy и az равны нулю, то прямая или совпадает с какой-либо из координатных осей, или параллельна ей. К примеру, прямая, описываемая каноническим уравнением x+43=y-52=z+20, лежит в плоскости z=-2, параллельной координатной плоскости Oxy, а координатная ось Oy описывается каноническими уравнениями x0=y1=z0.

Графические иллюстрации подобных случаев, составление канонических уравнений прямой в пространстве, примеры решения типовых задач, а также алгоритм перехода от канонических уравнений к другим видам уравнений прямой в пространстве рассмотрены в статье о канонических уравнениях прямой в пространстве.

Источник

1. Общее уравнение прямой.

Прямая в пространстве
может быть задана как пересечение двух
плоскостей:

.
(1)

О1.
Геометрическое место точек пространства,
удовлетворяющих системе уравнений (1),
называется
прямой
в пространстве,
а
система уравнений (1) называется общим
уравнением прямой.

З1. Для того чтобы
система уравнений (1) определяла прямую
в пространстве необходимо и достаточно,
чтобы нормальные вектора плоскостей,

определяющих
прямую,
ибыли неколлинеарными, т.е. выполняется
одно из неравенств:или.

Пусть прямая
проходит через точку

параллельно вектору
,
который называется направляющим
вектором прямой
(см. Лекцию
№ 7),
тогда ее уравнение называется каноническим
и имеет вид:

.
(2)

З2. Если в уравнении
(2) одна из проекций направляющего вектора
равна 0, то это означает, что прямая
перпендикулярна соответствующей
координатной оси.

Пример 1.
Как расположена прямая
относительно координатных осей.

Согласно замечанию
2 эта прямая будет перпендикулярна осям
абсцисс и ординат (параллельна оси
аппликат) и будет проходить через точку

.

Приравняв каждую
дробь уравнения (2) параметру
,
получимпараметрическое
уравнение прямой:

Пример 2.
Записать уравнение прямой
в параметрическом виде.

Приравняем каждую
дробь к параметру
:.
Если пря-

мая проходит через
две известные точки
и,
то ее уравнение имеет вид (см.Лекцию
№ 7):
и назы-ваетсяуравнением
прямой,
проходящей
через две заданные точки.

2. Основные задачи.

а) Переход
от общего уравнения прямой к каноническому.
Пусть прямая задана общим уравнением
.
Для того, чтобы перейти от этого уравнения
прямой к каноническому, поступают
следующим образом:

– находят
координаты любой точки, удовлетворяющие
приведенной системе, для чего одну из
переменных величин, например
,
полагают равной нулю и решают систему
линейных алгебраических уравнений
относительно оставшихся переменных
величин;

– направляющий
вектор
прямой находят как векторное произведение
нормальных векторов
и
:

;

– зная
точку, через которую проходит прямая,
и направляющий вектор прямой записывают
каноническое уравнение прямой.

Пример 3.
Записать уравнение прямой
в каноническом и параметрическом виде.

Положив
,
получим СЛАУСкладывая уравнения, найдем.
Подставив это значение переменнойво второе уравнение системы, по-лучим.
Таким образом, прямая проходит через
точку
.
Найдем направляющий вектор прямой как
векторное произведение нормальных
векторов заданных плоскостей:

б)
Угол
между пересекающимися прямыми.
Угол
между двумя пересека-ющимися прямыми
определяется как угол между их
направляющими векторами.
Если прямые
иимеют направляющие вектора

и
,

соответственно,
то угол между прямыми определяется по
формуле:

Сл1.
Если
прямые перпендикулярны (),
тоусловием
перпен-дикулярности
прямых является
равенство:
.

Сл2.
Если прямые параллельны, то направляющие
вектора коллинеарны, следовательно,
условие
параллельности прямых:

.

в)
Координаты
точки пересечения прямой и плоскости.
Пусть прямая
задана общим уравнением,
а плоскостьуравнением.Так
как точка пересечения прямой и плоскости
принадлежит одновременно обоим этим
объектам, то ее координаты находят из
решения системы уравнений:

Если прямая
задана
каноническим уравнением,

а плоскость
уравнением,
то поступают по следующей

схеме:

– переходят
от канонического уравнения прямой к
параметрическому, т.е. записывают
уравнение прямой в виде
;

– полученные
выражения подставляют в уравнение
заданной плоскости

и
находят параметр
:.

Рассмотрим возможные
случаи:

1) если
выполняются условия
,
то прямая не пересекает плоскость
(прямая параллельна плоскости);

2) при
условиях
прямая лежит на плоскости;

3) если
,
прямая пересекает плоскость в одной
точке.

– вычисляют
координаты точки пересечения, подставив
найденное значение
в параметрическое уравнение прямой

.

г)
Угол
между прямой и плоскостью.
Пусть дана плоскость
с нормальным вектороми пересекающая ее прямаяс направляющим вектором

(Рис.
53).

Рис.
53.
Угол между
прямой

и
плоскостью.

Угол
является углом между прямойи плоскостью.
Угол между нормальным вектором плоскости
и прямой обозначим через.
Из рисунка видно, что.
Следовательно,

Сл1.
Если прямая
перпендикулярна плоскости (),
тоусловие
перпендикулярности прямой и плоскости
имеет вид:

.

Сл2.
Если прямая
параллельна плоскости (),
то направляющий вектор прямой и нормальный
вектор плоскости перпендикулярны (),
следовательно,условие
параллельности прямой и плоскости:

.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

Прямая в пространстве – это линия, которая проходит от одной точки к другой, а также за пределы этих точек в бесконечность. Есть несколько видов уравнения прямой в пространстве: каноническое, параметрическое, угол между двумя прямыми в пространстве и т. д. Про это расскажем в данной статье и для наглядности предоставим несколько примеров.

Параметрическое и каноническое уравнение прямой в пространстве
Уравнение прямой в пространстве, которая проходит через две заданные точки
Общее уравнение прямой – переход к каноническому уравнению
Угол между двумя прямыми в пространстве. Условия параллельности и перпендикулярности прямых
Примеры решения задач

Параметрическое и каноническое уравнение прямой в пространстве

Параметрическое и каноническое уравнение прямой рассматривается практически так, как и для прямой на плоскости. Значит, нужно составить уравнение прямой , которая проходит через данную точку $M_{1} (x_{1}, y_{1}, z_{1})$ параллельно направляющему вектору .

Пусть, – произвольная точка прямой, тогда векторы $overline{M_{1}M} = (x - x_{1}, y - y_{1}, z - z_{1})$ и коллинеарные, а это значит, что координаты их пропорциональны, поэтому получаем:

${x - x_{1}over{l}} = {y - y_{1}over{m}} = {z - z_{1}over{p}}$

(1)

это и есть канонические уравнения прямой.

Приравнивая каждую из дробей (1) к параметру , запишем параметрические уравнения прямой:

$left{ begin{aligned} x = lt + x_{0}\ y = mt + y_{0}\ z = pt + z_{0} end{aligned}$

(2)

Уравнение прямой в пространстве, которая проходит через две заданные точки

Уравнение прямой в пространстве – тема очень лёгкая, так как здесь самое важное – знать нужную формулу. Тогда легко можно решить любую задачу.

Итак, через две точки $M_{1}(x_{1}, y_{1}z_{1}$ и $M_{2}(x_{2}, y_{2}, z_{2})$ можно не только геометрично провести линию, но и сложить её уравнения.

За направляющий вектор возьмём $overline{S} = overline{M_{1}M} = (x_{2} - x_{1}, y_{2} - y_{1}, z_{2} - z_{1})$ , тогда по формуле (1) у нас получается:

${x - x_{1}over{x_{2} - x_{1}}} = {y - y_{1}over{y_{2} - y_{1}}} = {z - z_{1}over{z_{2} - z_{1}}}$

(3)

уравнение прямой в пространстве, которые проходят через две заданные точки.

Нужна помощь в написании работы?

Мы – биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать работу

Общее уравнение прямой – переход к каноническому уравнению

Объяснение про общее уравнение прямой начнём с прямой, которая задана двумя плоскостями, что пересекаются по этой прямой.

Пусть известны их уравнения:

$left{begin{aligned}A_{1}x + B_{1}y + C_{1}z + D_{1} = 0\A_{2}x + B_{2}y + C{2}z + D_{2} = 0 end{aligned}$

(4)

Тогда система (4) называется общим уравнением прямой.

Чтобы перейти к каноническим уравнениям вида (1), необходимо найти вектор и точку $M_{0}$ этой прямой.

Точку $M_{0}$ находим, как один из решений системы (4). Например, положив в (4) находим $x_{0}, y_{0}$ , тогда и точку $M_{0} (x_{0}, y_{0}, 0)$ . Направляющий вектор , который параллелен к каждой из плоскостей $P_{1}$ и $P_{2}$ и перпендикулярен к их нормальным векторам $overline{n_{1}} = (A_{1}, B_{1}, C_{1})$ и $overline{n_{2}} = (A_{2}, B_{2}, C_{2})$ , то есть $overline{S}perp{overline{n_{1}}}$ , $overline{S}perp{overline{n_{2}}}$ . (см. рис. 1). Поэтому вектор можно найти при помощи векторного произведения $overline{n_{1}}$ и $overline{n_{2}}$

= $overline{n}_{1}$ x $overline{n}_{2}$ = $begin{vmatrix} overline{i}&overline{j}&overline{k}\ A_{1}&B_{1}&C_{1}\ A_{2}&B_{2}&C_{2} end{vmatrix}$

Найдены координаты $M_{0}$ и подставим в каноническое уравнение (1).

Например, от общих уравнений прямой:

$left{begin{aligned} 2x + 7y - z - 4 = 0\ 4x - 9y - 2z - 8 = 0 end{aligned}$

Перейдём к каноническим, положив в системе (при нём относительно больше коэффициенты). найдём $x = 2, z = 0, M_{0} (2, 0, 0)$ . Нормальные векторы $overline{n_{1}} = (2, 7, -1)$ и $overline{n_{2}} = (4, -9, -2)$ . Тогда направляющий вектор

Рис. 1

$overline{S} = overline{n}_{1}$ x $overline{n}_{2}$ = $begin{vmatrix} overline{i}&overline{j}&overline{k}\ 2&7&-1\ 4&-9&-2 end{vmatrix} = -23overline{i} - 0overline{j} - 46overline{k}$ ,

и канонические уравнения станут:

Угол между двумя прямыми в пространстве. Условия параллельности и перпендикулярности прямых

Угол между двумя прямыми :

${x - x_{1}over{l_{1}}} = {y - y_{1}over{m_{1}}} = {z - z_{1}over{p_{1}}}$ и ${x - x_{2}over{l_{2}}} = {y - y_{2}over{m_{2}}} = {z - z_{2}over{p_{2}}}$

равен углу между их направляющими векторами $overline{S_{1}} = (l_{1}, m_{1}, p_{1})$ и $overline{S_{2}} = (l_{2}, m_{2}, p_{2})$ , поэтому

${cosvarphi = cos(overline{S}_{1}}, overline{S}_{2}})$ = ${l_{1}l_{2} + m_{1}m_{2} + p_{1}p_{2}}over{sqrt{l_{1}^2 + m_{1}^2 + p_{1}^2}} * {sqrt{l_{2}^2 + m_{2}^2 + p_{2}^2}}$

(5)

Условия параллельности и перпендикулярности прямых соответственно запишутся:

${l_{1}over{l_{2}}} = {m_{1}over{m_{2}}} = {p_{1}over{p_{2}}}$ и $l_{1}l_{2} + m_{1}m_{2} + p_{1}p_{2} = 0$ .

(6)

Примеры решения задач

Давайте рассмотрим первый пример, где можно двумя способами построить прямую:

Задача

При точке и направляющем векторе необходимо:

составить каноническое уравнение прямой;
построить эту прямую.

Решение

1) По формуле (1) запишем каноническое уравнение прямой :

= .

2) Рассмотрим два способа построения прямой .

Первый способ

В системе координат строим вектор и точку и проводим через точку прямую параллельную вектору .

Второй способ

По формуле (2) запишем каноническое уравнение прямой в параметрическом виде:

$left{begin{aligned} x = 3t + 1\ y = 0 * t + 5\ z = 4t + 2 end{aligned} right$

На рисунке видно, что при произвольных значениях из системы находим координаты соответствующих точек, которые принадлежат прямой . Так при находим координаты $M_{1}(4, 5, 6)$ . Через две точки и $M_{1}$ проводим прямую .

Очевидно, что найти острый угол между прямыми совершенно не сложно при знании темы и определённых формул. Давайте разберём такой пример:

Задача

Найти острый угол между прямыми:

(7)

Решение

По формуле (7) получаем:

= ${6 * (-2) + (-2)(-1) + 3 * (-2)}over{sqrt{6^2 + (-2)^2 + 3^2} * sqrt{(-2)^2 + (-1)^2 + (-2)^2}$ = =

Так как , тогда угол тупой, , а острый угол .

Ответ

Рассмотрим последний пример, где нужно составить уравнение. Здесь, как и в каждой задаче, важно знать и понимать, какой формулой нужно воспользоваться.

Задача

Составить уравнение прямой , которая проходит через точку и параллельна прямой .

Решение

От параметрического уравнения переходим к каноническому При условии параллельности прямых $overline{S}||overline{S_{1}}$ то есть направляющим вектором новой прямой может служить известный вектор и по формуле (1) у нас получается:

Ответ

Источник

Пряма́я — одно из фундаментальных понятий евклидовой геометрии. При систематическом изложении геометрии прямые линии обычно принимаются за одно из исходных (неопределяемых) понятий^[1], их свойства и связь с другими понятиями (например, точки и плоскости) определяются аксиомами геометрии^[2].

Прямая, наряду с окружностью, относится к числу древнейших геометрических фигур. Античные геометры считали эти две кривые «совершенными» и поэтому признавали только построения с помощью циркуля и линейки. Евклид описал линию как «длину без ширины», которая «равно лежит на всех своих точках»^[3].

Аналоги прямых могут быть определены также в некоторых типах неевклидовых пространств. Если основой построения геометрии служит понятие расстояния между двумя точками пространства, то отрезок прямой можно определить как самую короткую кривую, соединяющую эти точки. Например, в римановой геометрии роль прямых играют геодезические линии, которые являются кратчайшими; на сфере кратчайшими являются дуги больших кругов^[4].

Свойства прямой в евклидовой геометрии[править | править код]

Участки прямой, ограниченные двумя её точками, называются отрезками.

Через любую точку можно провести бесконечно много прямых.
Через любые две несовпадающие точки можно провести единственную прямую.
Две несовпадающие прямые на плоскости или пересекаются в единственной точке^[5], или являются параллельными (следует из предыдущего).
В трёхмерном пространстве существуют три варианта взаимного расположения двух несовпадающих прямых:
- прямые пересекаются;
- прямые параллельны;
- прямые скрещиваются.
Прямая линия — алгебраическая кривая первого порядка: в декартовой системе координат прямая линия задается на плоскости уравнением первой степени (линейное уравнение).

Уравнения прямой на плоскости[править | править код]

Способы задания прямой:
$scriptstyle {y=kx+b,;{frac {x}{a}}+{frac {y}{b}}=1}$ или

Общее уравнение прямой[править | править код]

Общее уравнение прямой линии на плоскости в декартовых координатах:

где A,B и — произвольные постоянные, причём постоянные и не равны нулю одновременно.

При A=0 прямая параллельна оси , при B=0 — параллельна оси .

Вектор с координатами (A,B) называется нормальным вектором, он перпендикулярен прямой.

При C=0 прямая проходит через начало координат.

Также уравнение можно переписать в виде

$A(x-x_{0})+B(y-y_{0})=0.$

Уравнение прямой с угловым коэффициентом[править | править код]

Уравнение прямой линии, пересекающей ось в точке (0,;b) и образующей угол varphi с положительным направлением оси :

Коэффициент называется угловым коэффициентом прямой.

В этом виде невозможно представить прямую, параллельную оси Oy. (Иногда в этом случае формально говорят, что угловой коэффициент «обращается в бесконечность».)

Получение уравнения прямой в отрезках

Уравнение прямой в отрезках[править | править код]

Уравнение прямой линии, пересекающей ось в точке (a,;0) и ось в точке (0,;b) :

${frac {x}{a}}+{frac {y}{b}}=1quad (aneq 0,;bneq 0).$

В этом виде невозможно представить прямую, проходящую через начало координат.

Нормальное уравнение прямой[править | править код]

{displaystyle xcos theta +ysin theta -p=0,}

где — длина перпендикуляра, опущенного на прямую из начала координат, а theta — угол (измеренный в положительном направлении) между положительным направлением оси и направлением этого перпендикуляра. Если p=0 , то прямая проходит через начало координат, а угол $theta =varphi +{frac {pi }{2}}$ задаёт угол наклона прямой.

Если прямая задана общим уравнением то отрезки и отсекаемые ею на осях, угловой коэффициент расстояние прямой от начала координат и выражаются через коэффициенты , и следующим образом:

$a=-{frac {C}{A}},quad b=-{frac {C}{B}},quad k={mathrm {tg}},varphi =-{frac {A}{B}},quad varphi =theta -{frac {pi }{2}},$

$p={frac {C}{pm {sqrt {A^{2}+B^{2}}}}},quad cos theta ={frac {A}{pm {sqrt {A^{2}+B^{2}}}}},quad sin theta ={frac {B}{pm {sqrt {A^{2}+B^{2}}}}}.$

Во избежание неопределённости знак перед радикалом выбирается так, чтобы соблюдалось условие p>0. В этом случае и являются направляющими косинусами положительной нормали прямой — перпендикуляра, опущенного из начала координат на прямую. Если C=0, то прямая проходит через начало координат и выбор положительного направления произволен.

Уравнение прямой, проходящей через две заданные несовпадающие точки[править | править код]

Если заданы две несовпадающие точки с координатами и , то прямая, проходящая через них, задаётся уравнением

${begin{vmatrix}x&y&1\x_{1}&y_{1}&1\x_{2}&y_{2}&1end{vmatrix}}=0$

или

${frac {y-y_{1}}{y_{2}-y_{1}}}={frac {x-x_{1}}{x_{2}-x_{1}}}$

или в общем виде

$left(y_{1}-y_{2}right)x+left(x_{2}-x_{1}right)y+left(x_{1}y_{2}-x_{2}y_{1}right)=0.$

Получение векторного параметрического уравнения прямой

Векторное параметрическое уравнение прямой[править | править код]

Векторное параметрическое уравнение прямой задается вектором ${vec {r}}_{0},$ конец которого лежит на прямой, и направляющим вектором прямой Параметр пробегает все действительные значения.

${vec {r}}={vec {r_{0}}}+t{vec {u}}.$

Параметрические уравнения прямой[править | править код]

Параметрические уравнения прямой могут быть записаны в виде:

${begin{cases}x=x_{0}+a_{x}t,\y=y_{0}+a_{y}t,end{cases}}$

где — произвольный параметр, $a_{x},;a_{y}$ — координаты и направляющего вектора прямой. При этом

$k={frac {a_{y}}{a_{x}}},quad a={frac {a_{y}x_{0}-a_{x}y_{0}}{a_{y}}},quad b={frac {a_{x}y_{0}-a_{y}x_{0}}{a_{x}}},$

$p={frac {a_{x}y_{0}-a_{y}x_{0}}{pm {sqrt {a_{x}^{2}+a_{y}^{2}}}}},quad cos theta ={frac {a_{x}}{pm {sqrt {a_{x}^{2}+a_{y}^{2}}}}},quad sin theta ={frac {a_{y}}{pm {sqrt {a_{x}^{2}+a_{y}^{2}}}}}.$

Смысл параметра аналогичен параметру в векторно-параметрическом уравнении.

Каноническое уравнение прямой[править | править код]

Каноническое уравнение получается из параметрическиx уравнений делением одного уравнения на другое:

${frac {x-x_{0}}{y-y_{0}}}={frac {a_{x}}{a_{y}}}Longleftrightarrow {frac {x-x_{0}}{a_{x}}}={frac {y-y_{0}}{a_{y}}}$

где ${displaystyle a_{x},a_{y}}$ — координаты и направляющего вектора прямой, $x_{0}$ и y_0 координаты точки, принадлежащей прямой.

Уравнение прямой в полярных координатах[править | править код]

Уравнение прямой в полярных координатах rho и varphi :

или

{displaystyle rho cos(varphi -theta )=p.}

Тангенциальное уравнение прямой[править | править код]

Тангенциальное уравнение прямой на плоскости:

Числа и eta называются её тангенциальными, линейными или плюккеровыми координатами.

Уравнения прямой в пространстве[править | править код]

Векторное параметрическое уравнение прямой в пространстве:

${vec r}={vec {r}}_{0}+t{vec a},quad tin (-infty ,;+infty ),$

где ${vec {r}}_{0}$ — радиус-вектор некоторой фиксированной точки $M_{0},$ лежащей на прямой, vec a — ненулевой вектор, коллинеарный этой прямой (называемый её направляющим вектором), — радиус-вектор произвольной точки прямой.

Параметрические уравнения прямой в пространстве:

$x=x_{0}+talpha ,;y=y_{0}+tbeta ,;z=z_{0}+tgamma ,quad tin (-infty ,;+infty ),$

где $(x_{0},;y_{0},;z_{0})$ — координаты
некоторой фиксированной точки $M_{0},$ лежащей на прямой; — координаты вектора, коллинеарного этой прямой.

Каноническое уравнение прямой в пространстве:

${frac {x-x_{0}}{alpha }}={frac {y-y_{0}}{beta }}={frac {z-z_{0}}{gamma }},$

Общее векторное уравнение прямой^{[уточнить]} в пространстве:

Поскольку прямая является пересечением двух различных плоскостей, заданных соответственно общими уравнениями:

$({vec r},;{vec N}_{1})+D_{1}=0$

и $({vec r},;{vec N}_{2})+D_{2}=0,$

то уравнение прямой можно задать системой этих уравнений:

${begin{cases}({vec r},;{vec N}_{1})+D_{1}=0,\({vec r},;{vec N}_{2})+D_{2}=0.end{cases}}$

Векторное уравнение прямой в пространстве^[6]^:196-199:

Уравнение прямой в пространстве можно записать в виде векторного произведения радиуса-вектора произвольной точки этой прямой

на фиксированный направляющий вектор прямой vec a

где фиксированный вектор vec M , ортогональный вектору vec a , можно найти, подставляя в это уравнение радиус-вектор какой-нибудь одной известной точки прямой.

Взаимное расположение точек и прямых на плоскости[править | править код]

Три точки , и $(x_{3},;y_{3})$ лежат на одной прямой тогда и только тогда, когда выполняется условие

${begin{vmatrix}x_{1}&y_{1}&1\x_{2}&y_{2}&1\x_{3}&y_{3}&1end{vmatrix}}=0.$

Отклонение точки от прямой может быть найдено по формуле

$delta ={frac {Ax_{1}+By_{1}+C}{pm {sqrt {A^{2}+B^{2}}}}},$

где знак перед радикалом противоположен знаку Отклонение по модулю равно расстоянию между точкой и прямой; оно положительно, если точка и начало координат лежат по разные стороны от прямой, и отрицательно, если по одну сторону.

В пространстве расстояние от точки $(x_{1},;y_{1},;z_{1})$ до прямой, заданной параметрическим уравнением

${begin{cases}x=x_{0}+talpha ,\y=y_{0}+tbeta ,quad tin mathbb{R} \z=z_{0}+tgamma ,end{cases}}$

можно найти как минимальное расстояние от заданной точки до произвольной точки прямой. Коэффициент этой точки может быть найден по формуле

$t_{min }={frac {alpha (x_{1}-x_{0})+beta (y_{1}-y_{0})+gamma (z_{1}-z_{0})}{alpha ^{2}+beta ^{2}+gamma ^{2}}}.$

Взаимное расположение нескольких прямых на плоскости[править | править код]

Две прямые, заданные уравнениями

$A_{1}x+B_{1}y+C_{1}=0,quad A_{2}x+B_{2}y+C_{2}=0$

или

$y=k_{1}x+b_{1},quad y=k_{2}x+b_{2}$

пересекаются в точке

$x={frac {B_{1}C_{2}-B_{2}C_{1}}{A_{1}B_{2}-A_{2}B_{1}}}={frac {b_{1}-b_{2}}{k_{2}-k_{1}}},quad y={frac {C_{1}A_{2}-C_{2}A_{1}}{A_{1}B_{2}-A_{2}B_{1}}}={frac {k_{2}b_{1}-k_{1}b_{2}}{k_{2}-k_{1}}}.$

Угол $gamma _{{12}}$ между пересекающимися прямыми определяется формулой

${mathrm {tg}},gamma _{{12}}={frac {A_{1}B_{2}-A_{2}B_{1}}{A_{1}A_{2}+B_{1}B_{2}}}={frac {k_{2}-k_{1}}{1+k_{1}k_{2}}}.$

При этом под $gamma _{{12}}$ понимается угол, на который надо повернуть первую прямую (заданную параметрами $A_{1}$ , B_1 , $C_{1}$ , $k_{1}$ и $b_{1}$ ) вокруг точки пересечения против часовой стрелки до первого совмещения со второй прямой.

Эти прямые параллельны, если $A_{1}B_{2}-A_{2}B_{1}=0$ или $k_{1}=k_{2}$ , и перпендикулярны, если $A_{1}A_{2}+B_{1}B_{2}=0$ или $k_{1}=-{frac {1}{k_{2}}}$ .

Любую прямую, параллельную прямой с уравнением $A_{1}x+B_{1}y+C_{1}=0,$ можно выразить уравнением $A_{1}x+B_{1}y+C=0.$ При этом расстояние между этими прямыми будет равно

$delta=frac{C_1-C}{pmsqrt{A_1^2+B_1^2}};$

Если же уравнение прямой задано как , а уравнение прямой параллельной ей y=kx+b , то расстояние можно вычислить, как

$delta=frac{|b_1-b|}{sqrt{1+k^2}}.$

Если знак перед радикалом противоположен $C_{1},$ то delta будет положительным, когда вторая прямая и начало координат лежат по разные стороны от первой прямой.

Для того, чтобы три прямые

$A_{1}x+B_{1}y+C_{1}=0,quad A_{2}x+B_{2}y+C_{2}=0,quad A_{3}x+B_{3}y+C_{3}=0$

пересекались в одной точке или были параллельны друг другу, необходимо и достаточно, чтобы выполнялось условие

${begin{vmatrix}A_{1}&B_{1}&C_{1}\A_{2}&B_{2}&C_{2}\A_{3}&B_{3}&C_{3}end{vmatrix}}=0.$

Если ${displaystyle A_{2}=-B_{1}}$ и ${displaystyle B_{2}=A_{1}}$ , то прямые ${displaystyle A_{1}x+B_{1}y+C_{1}=0}$ и ${displaystyle A_{2}x+B_{2}y+C_{2}=0}$ перпендикулярны.

Некоторые специальные типы прямых[править | править код]

Прямая Александрова
Прямая Симсона
Прямая Суслина^[en]
Прямая Эйлера
Числовая прямая

Примечания[править | править код]

↑ Coxeter, 1969, p. 4
↑ Математическая энциклопедия, 1984, с. 721—722.
↑ Прокл Диадох. Комментарий к первой книге «Начал» Евклида / Университет Дмитрия Пожарского. — М., 2013. — С. 116. — 368 с.
↑ Норден А. П. Краткий курс дифференциальной геометрии. — М.: Физматгиз, 1958. — С. 214—215. — 244 с.
↑ Faber, Appendix B, p. 300.
↑ Гусятников П.Б., Резниченко С.В. Векторная алгебра в примерах и задачах. — М.: Высшая школа, 1985. — 232 с.

Литература[править | править код]

Маркушевич А. И. Замечательные кривые, Популярные лекции по математике. — Выпуск 4. — Гостехиздат, 1952 г. — 32 стр.
Прямая // Математическая энциклопедия (в 5 томах). — М.: Советская Энциклопедия, 1984. — Т. 4.
Coxeter, H.S.M (1969), Introduction to Geometry (2nd ed.), New York: John Wiley & Sons, ISBN 0-471-18283-4
Faber, Richard L. (1983), Foundations of Euclidean and Non-Euclidean Geometry, New York: Marcel Dekker, ISBN 0-8247-1748-1
Pedoe, Dan (1988), Geometry: A Comprehensive Course, Mineola, NY: Dover, ISBN 0-486-65812-0
Wylie, Jr., C.R. (1964), Foundations of Geometry, New York: McGraw-Hill, ISBN 0-07-072191-2

Ссылки[править | править код]

Прямая на плоскости, справочник математических формул «Прикладная математика»
Прямая в пространстве, справочник математических формул «Прикладная математика»

Источник

Уравнения прямых в пространстве

Уравнение прямой как линии пересечения двух плоскостей

Параметрическое уравнение прямой в пространстве

Каноническое уравнение прямой в пространстве

Переход от общего уравнение к каноническому

Расстояние от точки до прямой в пространстве

Уравнение прямой, проходящей через две заданные точки

Уравнение прямой в пространстве: общие сведения

Уравнение прямой в пространстве как уравнение двух пересекающихся плоскостей

Параметрические уравнения прямой в пространстве

Канонические уравнения прямой в пространстве

1. Общее уравнение прямой.

2. Основные задачи.

Параметрическое и каноническое уравнение прямой в пространстве

Уравнение прямой в пространстве, которая проходит через две заданные точки

Общее уравнение прямой – переход к каноническому уравнению

Угол между двумя прямыми в пространстве. Условия параллельности и перпендикулярности прямых

Примеры решения задач

Свойства прямой в евклидовой геометрии[править | править код]

Уравнения прямой на плоскости[править | править код]

Общее уравнение прямой[править | править код]

Уравнение прямой с угловым коэффициентом[править | править код]

Уравнение прямой в отрезках[править | править код]

Нормальное уравнение прямой[править | править код]

Уравнение прямой, проходящей через две заданные несовпадающие точки[править | править код]

Векторное параметрическое уравнение прямой[править | править код]

Параметрические уравнения прямой[править | править код]

Каноническое уравнение прямой[править | править код]

Уравнение прямой в полярных координатах[править | править код]

Тангенциальное уравнение прямой[править | править код]

Уравнения прямой в пространстве[править | править код]

Взаимное расположение точек и прямых на плоскости[править | править код]

Взаимное расположение нескольких прямых на плоскости[править | править код]

Некоторые специальные типы прямых[править | править код]

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]

Вам также может понравиться

Как составить жалобу в авито на продавца

Как найти силу ампера рисунок

Как найти мой адрес на майл ру

Добавить комментарий Отменить ответ