Расстояние от точки до плоскости.
Расстояние от произвольной точки М0(х0,
у0, z0) до
плоскости Ах+Ву+Сz+D=0 равно:
Пример. Найти уравнение плоскости, зная, что точка Р(4; -3; 12) – основание перпендикуляра, опущенного из начала координат на эту плоскость.
Таким образом, A = 4/13; B = -3/13; C = 12/13, воспользуемся формулой:
A(x – x0) + B(y – y0) + C(z – z0) = 0.
Пример. Найти уравнение плоскости, проходящей через две точки P(2; 0; -1) и
Q(1; -1; 3) перпендикулярно плоскости 3х + 2у – z + 5 = 0.
Вектор
нормали к плоскости 3х + 2у – z + 5 = 0 параллелен искомой плоскости.
Получаем:
Пример. Найти уравнение плоскости, проходящей через точки А(2, -1, 4) и
В(3, 2, -1) перпендикулярно плоскости х + у + 2z – 3 = 0.
Искомое
уравнение плоскости имеет вид: Ax + By + Cz + D = 0, вектор нормали к этой плоскости (A, B, C).
Вектор
(1, 3,
-5) принадлежит плоскости. Заданная нам плоскость, перпендикулярная искомой
имеет вектор нормали
(1,
1, 2). Т.к. точки А и В принадлежат обеим плоскостям, а плоскости взаимно
перпендикулярны, то
Таким образом, вектор нормали (11, -7, -2). Т.к. точка А
принадлежит искомой плоскости, то ее координаты должны удовлетворять уравнению
этой плоскости, т.е. 11×2 + 7×1 - 2×4
+ D = 0; D = -21.
Итого, получаем уравнение плоскости: 11x - 7y – 2z – 21 = 0.
Пример. Найти уравнение плоскости, зная, что точка Р(4, -3, 12) – основание перпендикуляра, опущенного из начала координат на эту плоскость.
Находим
координаты вектора нормали = (4, -3, 12). Искомое уравнение плоскости
имеет вид: 4x – 3y + 12z + D = 0. Для нахождения коэффициента D
подставим в уравнение координаты точки Р:
16 + 9 + 144 + D = 0
D = -169
Итого, получаем искомое уравнение: 4x – 3y + 12z – 169 = 0
Пример. Даны координаты вершин пирамиды А1(1; 0; 3), A2(2; -1; 3), A3(2; 1; 1),
A4(1; 2; 5).
1) Найти длину ребра А1А2.
2) Найти угол между ребрами А1А2 и А1А4.
3) Найти угол между ребром А1А4 и гранью А1А2А3.
Сначала
найдем вектор нормали к грани А1А2А3 как векторное
произведение векторов
и
.
= (2-1; 1-0; 1-3) = (1; 1; -2);
Найдем
угол между вектором нормали и вектором .
-4 – 4 = -8.
Искомый угол g между вектором и плоскостью будет равен g = 900 - b.
4) Найти площадь грани А1А2А3.
5) Найти объем пирамиды.
(ед3).
6) Найти уравнение плоскости А1А2А3.
Воспользуемся формулой уравнения плоскости, проходящей через три точки.
2x + 2y + 2z – 8 = 0
x + y + z – 4 = 0;
При использовании компьютерной версии “Курса высшей математики” можно запустить программу, которая решит рассмотренный выше пример для любых координат вершин пирамиды.
Угол между плоскостями.
![]() |
j1
j 0
Угол между двумя плоскостями в пространстве j связан с углом между нормалями к этим плоскостям j1 соотношением: j = j1 или j = 1800 - j1, т.е.
cosj = ±cosj1.
Определим угол j1. Известно, что плоскости могут быть заданы соотношениями:
, где
(A1, B1, C1),
(A2, B2, C2). Угол
между векторами нормали найдем из их скалярного произведения:
.
Таким образом, угол между плоскостями находится по формуле:
Выбор знака косинуса зависит от того, какой угол между плоскостями следует найти – острый, или смежный с ним тупой.
плоскостей.
На основе полученной выше формулы для нахождения угла между плоскостями можно найти условия параллельности и перпендикулярности плоскостей.
Для того, чтобы плоскости были перпендикулярны необходимо и достаточно, чтобы косинус угла между плоскостями равнялся нулю. Это условие выполняется, если:
.
Плоскости
параллельны, векторы нормалей коллинеарны: ïï
.Это
условие выполняется, если:
.