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平面、空间直线及其方程

平面、空间直线及其方程
平面、空间直线及其方程

一、向量的向量积:b

a

?

二、平面及其方程

一、平面的点法式方程

1.平面的法线向量定义:垂直于一平面的非零向量叫做平面的法线向量。

平面内的任一向量均与该平面的法线向量垂直。

2.平面的点法式方程

已知平面上的一点)

,

,

(

z

y

x

M和它的一个法线向量}

,

,

{C

B

A

=

n,对平面上的任一点)

,

,

(z

y

x

M,有向量⊥

M

M

n,即

M M

?=

n

代入坐标式,有:

)

(

)

(

)

(

=

-

+

-

+

-z

z

C

y

y

B

x

x

A此即平面的点法式方程。

【求平面方程的方法】

233231131221

{,,}.

a b a b a b a b a b a b a b

?=---

;

(1)在平面上找出一个点.

(2)找出一个与平面垂直的非零向量(法向)

二、 平面的一般方程

任一平面都可以用三元一次方程来表示。

平面的一般方程为: 0=+++D Cz By Ax

几个平面图形特点:

1)D =0:通过原点的平面。

2)A =0:法线向量垂直于x 轴,表示一个平行于x 轴的平面。

同理:B =0或C =0:分别表示一个平行于y 轴或z 轴的平面。

3)A =B =0:方程为0=+D C Z ,法线向量},0,0{C ,方程表示一个平行于xoy 面的平面。

同理:0=+D A X 和0=+D B Y 分别表示平行于yoz 面和xoz 面的平面。

4)反之:任何的三元一次方程,例如:011765=+-+z y x 都表示一个平面,该平面的法向量为}7,6,5{-=n

例2:设平面过原点及点)2,3

,6(-,且与平面8

2

4=

+

-z

y

x垂直,求此平面方程。

解:设平面为0

=

+

+

+D

Cz

By

Ax,由平面过原点知0

=

D

由平面过点)2,3

,6(-知0

2

3

6=

+

-C

B

A,

{4,1,2}

⊥-

n0

2

4=

+

-

∴C

B

A C

B

A

3

2

-

=

=

?

所求平面方程为0

3

2

2=

-

+z

y

x

三、空间直线及其方程

一、空间直线的一般方程

空间直线可以看成是两个平面的交线。故其一般方程为:

?

?

?

=

+

+

+

=

+

+

+

2

2

2

2

1

1

1

1

D

z

C

y

B

x

A

D

z

C

y

B

x

A

二、空间直线的对称式方程与参数方程

平行于一条已知直线的非零向量叫做这条直线的方向向量。

已知直线上的一点)

,

,

(

z

y

x

M和它的一方向向量}

,

,

{p

n

m

=

s,设直线上任一点为)

,

,

(z

y

x

M,那么

M

与s平行,由平行的坐标表示式有:

p

z

z

n

y

y

m

x

x

-

=

-

=

-

此即空间直线的对称式方程(或称为点向式方程)。

.

的直线

为方向向量

)

3

,

0,2

(

且以

)

3,2,1(

表示过点

3

-

3

2

2

1

例如-

-

=

-

=

-

s

z

y

x

如设

t p

z z n y y m x x =-=-=-000 就可将对称式方程变成参数方程(t 为参数)

??

???+=+=+=pt z z nt y y mt x x 000

三种形式可以互换,按具体要求写相应的方程。

例2:求过点(2,1,3)且与直线1

2131-=-=+z y x 垂直相交的直线方程. 解:先作一平面过点(2,1,3)且垂直于已知直线(即以已知直线的方向向量为平面的法线向量),这平面的方程为

0)3()1(2)2(3=---+-z y x

再求已知直线与这平面的交点。将已知直线改成参数方程形式为

x = -1+3t y =1+2t

z=-t 并代入上面的平面方程中去,求得t =73,从而求得交点为)7

3,713,72(-. 以此交点为起点、已知点为终点可以构成向量s 即为所求直线的方向向量:

}4,1,2{7

6}733,7131,722{-=+--=s 故所求直线方程为

4

31122-=--=-z y x

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