Каноническое уравнение прямой

8 Уравнение пучка прямых с центром в точке А(x₁, y₁) имеет вид:

y-y₁ = (x-x₁),

где  - параметр пучка. Если пучок задается двумя пересекающимися прямыми A₁ x + B₁ y + C₁= 0, A₂ x + B₂ y + C₂ = 0, то его уравнение имеет вид:

 (A₁ x + B₁ y + C₁) +  (A₂ x + B₂ y + C₂)=0,

где  и  - параметры пучка, не обращающиеся в 0 одновременно.

Величина угла между прямыми y = kx + b и y = k₁ x + b₁ задается формулой:

tg  = .

Равенство 1 + k₁ k = 0 есть необходимое и достаточное условие перпендикулярности прямых.

Параллельные прямые

Для того, чтобы два уравнения

A₁ x + B₁ y + C₁= 0, (7)

A₂ x + B₂ y + C₂ = 0, (8)

задавали одну и ту же прямую, необходимо и достаточно, чтобы их коэффициенты были пропорциональны:

A₁/A₂ = B₁/B₂ = C₁/C_2.

Уравнения (2.7), (2.8) задают две различные параллельные прямые, если A₁/A₂ = B₁/B₂ и B₁/B₂  C₁/C_2; прямые пересекаются, если A₁/A₂ не = B₁/B₂.

Расстояние от точки до прямой

 

Расстояние d от точки M_о(x_о, y_о) до прямой есть длина перпендикуляра, проведенного из точки M_о к прямой. Если прямая задана нормальным уравнением, то d = r_о n^о - р , где r_о - радиус-вектор точки M_о или, в координатной форме, d = x_о cos + y_о sin - р .

Угол между двумя прямыми

Необходимое и достаточное условие перпендикулярности двух прямых

или или

Расстояние между параллельными прямыми

Если прямые заданы уравнениями и то

а если уравнениями и то

 

8. Прямая линия в пространстве. Способы задания

Прямая в пространстве может быть задана:

1) как линия пересечения двух плоскостей, т.е. системой уравнений:

A₁ x + B₁ y + C₁ z + D₁ = 0, A₂ x + B₂ y + C₂ z + D₂ = 0; (2)

2) двумя своими точками M₁(x₁, y₁, z₁) и M₂(x₂, y₂, z₂), тогда прямая, через них проходящая, задается уравнениями:

= ; (3)

3) точкой M₁(x₁, y₁, z₁), ей принадлежащей, и вектором a (m, n, р), ей коллинеарным. Тогда прямая определяется уравнениями:

. (4)

Уравнения (4) называются каноническими уравнениями прямой.

Вектор a называется направляющим вектором прямой.

Параметрические уравнения прямой получим, приравняв каждое из отношений (3.4) параметру t:

x = x₁ +mt, y = y₁ + nt, z = z₁ + рt. (5)

Решая систему (3.2) как систему линейных уравнений относительно неизвестных x и y, приходим к уравнениям прямой в проекциях или к приведенным уравнениям прямой:

x = mz + a, y = nz + b. (6)

От уравнений (6) можно перейти к каноническим уравнениям, находя z из каждого уравнения и приравнивая полученные значения:

.

От общих уравнений (2) можно переходить к каноническим и другим способом, если найти какую-либо точку этой прямой и ее направляющий вектор n = [n₁, n₂], где n₁(A₁, B₁, C₁) и n₂(A₂, B₂, C₂) - нормальные векторы заданных плоскостей. Если один из знаменателей m, n или р в уравнениях (4) окажется равным нулю, то числитель соответствующей дроби надо положить равным нулю, т.е. система

равносильна системе ; такая прямая перпендикулярна к оси Ох.

Система равносильна системе x = x₁, y = y₁; прямая параллельна оси Oz.

На практике можно пользоваться готовой формулой: если прямая задана пересечением двух плоскостей , то вектор является направляющим вектором данной прямой.

 

9. Плоскость, способы её задания

Всякое уравнение первой степени относительно координат x, y, z

Ax + By + Cz +D = 0 (1) задает плоскость, и наоборот: всякая плоскость может быть представлена уравнением (1), которое называется уравнением плоскости.

Вектор n (A, B, C), ортогональный плоскости, называется нормальным вектором плоскости. В уравнении (1) коэффициенты A, B, C одновременно не равны 0.

Особые случаи уравнения (1):

1) By + Cz + D = 0 - параллельна оси Ox;

2) Ax + Cz + D = 0 - параллельна оси Oy;

3) Ax + By + D = 0 - параллельна оси Oz;

4) Cz + D = 0 - параллельна оси Oxy;

5) By + D = 0 - параллельна оси Oxz;

6) Ax + D = 0 - параллельна оси Oyz;

7) Ax + By + Cz = 0 - проходит через начало координат;

8) By + Cz = 0 - проходит через ось Ox;

9) Ax + Cz = 0 - проходит через ось Oy;

10) Ax + By = 0 - проходит через ось Oz;

11) z = 0 - плоскость Oxy;

12) y = 0 - плоскость Oxz;

13) x = 0 - плоскость Oyz.

Уравнения координатных плоскостей: x = 0, y = 0, z = 0.

Уравнение плоскости в отрезках

где a, b, c - величины отрезков, отсекаемых плоскостью на осях координат.

Нормальное уравнение плоскости

где - углы, образуемые нормальным вектором плоскости с осями координат; p - расстояние от начала координат до плоскости.

Приведение общего уравнения плоскости к нормальному виду:

Здесь - нормирующий множитель плоскости, знак которого выбирается противоположным знаку D, если произвольно, если D = 0.

Уравнение плоскости по точке и нормальному вектору

В векторном виде

В координатах