สมการระนาบทั่วไป คำอธิบาย ตัวอย่าง การแก้ปัญหา สมการของระนาบ: ทั่วไป, ผ่านจุดสามจุด, สมการปกติของระนาบที่ผ่านจุดตั้งฉากกับเวกเตอร์
เพื่อที่จะให้ระนาบเดียวลากผ่านจุดสามจุดใดๆ ในอวกาศ จุดเหล่านี้จะต้องไม่อยู่บนเส้นตรงเส้นเดียวกัน
พิจารณาจุด M 1 (x 1, y 1, z 1), M 2 (x 2, y 2, z 2), M 3 (x 3, y 3, z 3) ในระบบพิกัดคาร์ทีเซียนทั่วไป
เพื่อให้จุดใดจุดหนึ่ง M(x, y, z) อยู่ในระนาบเดียวกันกับจุด M 1, M 2, M 3 จำเป็นที่เวกเตอร์จะต้องอยู่ในระนาบเดียวกัน
(
)
= 0
ดังนั้น,
สมการของเครื่องบินที่ผ่านจุดสามจุด:
สมการของระนาบที่กำหนดจุดสองจุดและเวกเตอร์โคลิเนียร์กับระนาบ
ให้จุด M 1 (x 1,y 1,z 1),M 2 (x 2,y 2,z 2) และเวกเตอร์ได้รับ
.
มาสร้างสมการสำหรับระนาบที่ผ่านจุดที่กำหนด M 1 และ M 2 และจุดใดก็ได้ M (x, y, z) ขนานกับเวกเตอร์ .
เวกเตอร์
และเวกเตอร์
จะต้องเป็นแบบระนาบเดียวกัน เช่น
(
)
= 0
สมการเครื่องบิน:
สมการของระนาบโดยใช้หนึ่งจุดและเวกเตอร์สองตัว
ขนานไปกับเครื่องบิน
ให้เวกเตอร์สองตัวมา
และ
, เครื่องบินแนวตรง จากนั้นสำหรับจุดใดก็ได้ M(x, y, z) ที่เป็นของระนาบ เวกเตอร์
ต้องเป็นระนาบเดียวกัน
สมการเครื่องบิน:
สมการของระนาบต่อจุดและเวกเตอร์ปกติ .
ทฤษฎีบท. หากให้จุด M ในอวกาศ 0 (เอ็กซ์ 0 , ย 0 , z 0 ) จากนั้นสมการของระนาบที่ผ่านจุด M 0 ตั้งฉากกับเวกเตอร์ปกติ (ก, บี, ค) มีรูปแบบ:
ก(x – x 0 ) + บี(ย – ย 0 ) + ค(z – z 0 ) = 0.
การพิสูจน์.
สำหรับจุดใดๆ ก็ตามของระนาบ M(x, y, z) เราจะเขียนเวกเตอร์ขึ้นมา เพราะ เวกเตอร์
เป็นเวกเตอร์ตั้งฉาก จากนั้นมันจะตั้งฉากกับระนาบ และด้วยเหตุนี้ ตั้งฉากกับเวกเตอร์
- แล้วผลคูณสเกลาร์
= 0
ดังนั้นเราจึงได้สมการของระนาบ
ทฤษฎีบทได้รับการพิสูจน์แล้ว
สมการของระนาบในส่วนต่างๆ
หากในสมการทั่วไป Ax + By + Cz + D = 0 เราหารทั้งสองข้างด้วย (-D)
,
แทนที่
เราได้สมการของระนาบเป็นส่วนๆ:
ตัวเลข a, b, c คือจุดตัดของระนาบที่มีแกน x, y, z ตามลำดับ
สมการของระนาบในรูปแบบเวกเตอร์
ที่ไหน
- เวกเตอร์รัศมีของจุดปัจจุบัน M(x, y, z)
เวกเตอร์หน่วยที่มีทิศทางตั้งฉากตกลงบนระนาบจากจุดกำเนิด
, และ คือมุมที่เกิดจากเวกเตอร์นี้ซึ่งมีแกน x, y, z
p คือความยาวของเส้นตั้งฉากนี้
ในพิกัดสมการนี้มีลักษณะดังนี้:
xcos + ycos + zcos - p = 0
ระยะทางจากจุดหนึ่งไปยังเครื่องบิน
ระยะห่างจากจุดใดก็ได้ M 0 (x 0, y 0, z 0) ถึงระนาบ Ax+By+Cz+D=0 คือ:
ตัวอย่าง.ค้นหาสมการของระนาบ โดยรู้ว่าจุด P(4; -3; 12) คือฐานของเส้นตั้งฉากที่หลุดจากจุดกำเนิดมายังระนาบนี้
ดังนั้น A = 4/13; ข = -3/13; C = 12/13 เราใช้สูตร:
ก(x – x 0 ) + B(ป – ย 0 ) + C(z – z 0 ) = 0.
ตัวอย่าง.จงหาสมการของระนาบที่ผ่านจุดสองจุด P(2; 0; -1) และ
Q(1; -1; 3) ตั้งฉากกับระนาบ 3x + 2y – z + 5 = 0
เวกเตอร์ตั้งฉากกับระนาบ 3x + 2y – z + 5 = 0
ขนานกับระนาบที่ต้องการ
เราได้รับ:
ตัวอย่าง.จงหาสมการของระนาบที่ผ่านจุด A(2, -1, 4) และ
B(3, 2, -1) ตั้งฉากกับระนาบ เอ็กซ์ + ที่ + 2z – 3 = 0.
สมการที่ต้องการของระนาบมีรูปแบบ: A x+บี ย+ซี z+ D = 0, เวกเตอร์ปกติของระนาบนี้ (ก, ข, ค) เวกเตอร์
(1, 3, -5) เป็นของเครื่องบิน ระนาบที่มอบให้เราซึ่งตั้งฉากกับระนาบที่ต้องการนั้นมีเวกเตอร์ปกติ (1, 1, 2) เพราะ จุด A และ B เป็นของระนาบทั้งสอง และระนาบนั้นตั้งฉากกัน
แล้วเวกเตอร์ปกติ (11, -7, -2) เพราะ จุด A เป็นของระนาบที่ต้องการจากนั้นพิกัดของมันจะต้องเป็นไปตามสมการของระนาบนี้เช่น 112 + 71 - 24 +D= 0;D= -21.
โดยรวมแล้วเราได้สมการของระนาบ: 11 x - 7ย – 2z – 21 = 0.
ตัวอย่าง.ค้นหาสมการของระนาบ โดยรู้ว่าจุด P(4, -3, 12) คือฐานของเส้นตั้งฉากที่ตกลงจากจุดกำเนิดมายังระนาบนี้
การหาพิกัดของเวกเตอร์ปกติ
= (4, -3, 12) สมการที่ต้องการของระนาบมีรูปแบบ: 4 x
– 3ย
+ 12z+ D = 0 ในการค้นหาสัมประสิทธิ์ D เราจะแทนที่พิกัดของจุด P ลงในสมการ:
16 + 9 + 144 + D = 0
โดยรวมแล้วเราได้สมการที่ต้องการ: 4 x – 3ย + 12z – 169 = 0
ตัวอย่าง.ให้ไว้เป็นพิกัดของจุดยอดของปิรามิด A 1 (1; 0; 3), A 2 (2; -1; 3), A 3 (2; 1; 1)
ค้นหาความยาวของขอบ A 1 A 2
ค้นหามุมระหว่างขอบ A 1 A 2 และ A 1 A 4
หามุมระหว่างขอบ A 1 A 4 และหน้า A 1 A 2 A 3
อันดับแรก เราจะหาเวกเตอร์ปกติของใบหน้า A 1 A 2 A 3 ยังไง ผลิตภัณฑ์เวกเตอร์เวกเตอร์
และ
.
= (2-1; 1-0; 1-3) = (1; 1; -2);
ลองหามุมระหว่างเวกเตอร์ปกติกับเวกเตอร์กัน
.
-4 – 4 = -8.
มุมที่ต้องการ ระหว่างเวกเตอร์กับระนาบจะเท่ากับ = 90 0 -
หาพื้นที่ของใบหน้า A 1 A 2 A 3
ค้นหาปริมาตรของปิรามิด
ค้นหาสมการของระนาบ A 1 A 2 A 3
ลองใช้สูตรสมการของระนาบที่ผ่านจุดสามจุดกัน
2x + 2y + 2z – 8 = 0
x + y + z – 4 = 0;
เมื่อใช้คอมพิวเตอร์เวอร์ชั่น” หลักสูตรคณิตศาสตร์ขั้นสูง” คุณสามารถรันโปรแกรมที่จะแก้ไขตัวอย่างข้างต้นสำหรับพิกัดใด ๆ ของจุดยอดของปิรามิด
ในการเริ่มโปรแกรมให้ดับเบิลคลิกที่ไอคอน:
ในหน้าต่างโปรแกรมที่เปิดขึ้น ให้ป้อนพิกัดของจุดยอดของปิรามิดแล้วกด Enter ด้วยวิธีนี้ สามารถรับคะแนนการตัดสินใจทั้งหมดได้ทีละคะแนน
หมายเหตุ: ในการรันโปรแกรม จะต้องติดตั้งโปรแกรม Maple ( Waterloo Maple Inc.) เวอร์ชันใดๆ ที่เริ่มต้นด้วย MapleV Release 4 บนคอมพิวเตอร์ของคุณ
บทความนี้จะให้แนวคิดในการเขียนสมการของระนาบที่ผ่าน จุดนี้พื้นที่สามมิติตั้งฉากกับเส้นที่กำหนด ให้เราวิเคราะห์อัลกอริทึมที่กำหนดโดยใช้ตัวอย่างการแก้ปัญหาทั่วไป
การค้นหาสมการของระนาบที่ผ่านจุดที่กำหนดในอวกาศซึ่งตั้งฉากกับเส้นที่กำหนด
ให้ปริภูมิสามมิติและระบบพิกัดสี่เหลี่ยม O x y z อยู่ในนั้น ให้จุด M 1 (x 1, y 1, z 1), เส้น a และระนาบ α ที่ผ่านจุด M 1 ซึ่งตั้งฉากกับเส้น a ด้วยเช่นกัน จำเป็นต้องเขียนสมการของระนาบ α
ก่อนที่เราจะเริ่มแก้ปัญหานี้ ขอให้เราจำทฤษฎีบทเรขาคณิตจากหลักสูตรสำหรับเกรด 10-11 ก่อนว่า:
คำจำกัดความ 1
ผ่าน จุดที่กำหนดให้พื้นที่สามมิติ มีระนาบเดียวตั้งฉากกับเส้นที่กำหนด
ตอนนี้เรามาดูวิธีการหาสมการของระนาบเดี่ยวนี้ที่ผ่านจุดเริ่มต้นและตั้งฉากกับเส้นที่กำหนด
มีความเป็นไปได้ที่จะเขียนสมการทั่วไปของระนาบได้หากทราบพิกัดของจุดที่เป็นของระนาบนี้ตลอดจนพิกัดของเวกเตอร์ปกติของระนาบ
เงื่อนไขของปัญหาให้พิกัด x 1, y 1, z 1 ของจุด M 1 ที่ระนาบ α ผ่านไปให้เรา หากเรากำหนดพิกัดของเวกเตอร์ปกติของระนาบ α เราก็จะสามารถเขียนสมการที่ต้องการได้
เวกเตอร์ตั้งฉากของระนาบ α เนื่องจากมันไม่เป็นศูนย์และอยู่บนเส้นตรง a ตั้งฉากกับเครื่องบินα จะเป็นเวกเตอร์ทิศทางใดๆ ของเส้นตรง a ดังนั้นปัญหาในการค้นหาพิกัดของเวกเตอร์ตั้งฉากของระนาบ α จึงถูกแปลงเป็นปัญหาในการกำหนดพิกัดของเวกเตอร์ทิศทางของเส้นตรง a
การกำหนดพิกัดของเวกเตอร์ทิศทางของเส้นตรง a สามารถทำได้หลายวิธี: ขึ้นอยู่กับตัวเลือกในการระบุเส้นตรง a ในเงื่อนไขเริ่มต้น ตัวอย่างเช่น ถ้าเส้นตรง a ในข้อความปัญหาถูกกำหนดโดยสมการมาตรฐานของแบบฟอร์ม
x - x 1 a x = y - y 1 a y = z - z 1 az
หรือ สมการพาราเมตริกพิมพ์:
x = x 1 + a x · แลมบ์ y = y 1 + ก y · แลมซ = z 1 + a z · แลม
แล้วเวกเตอร์ทิศทางของเส้นตรงจะมีพิกัด a x, a y และ a z ในกรณีที่เส้นตรง a แทนด้วยจุดสองจุด M 2 (x 2, y 2, z 2) และ M 3 (x 3, y 3, z 3) จากนั้นพิกัดของเวกเตอร์ทิศทางจะถูกกำหนดเป็น ( x3 – x2, y3 – y2 , z3 – z2)
คำจำกัดความ 2
อัลกอริทึมในการค้นหาสมการของระนาบที่ผ่านจุดที่กำหนดซึ่งตั้งฉากกับเส้นที่กำหนด:
เรากำหนดพิกัดของเวกเตอร์ทิศทางของเส้นตรง a: ก → = (ก x, ก, ก, ก) ;
เรากำหนดพิกัดของเวกเตอร์ปกติของระนาบ α เป็นพิกัดของเวกเตอร์ทิศทางของเส้นตรง a:
n → = (A , B , C) ที่ไหน A = a x , B = a y , C = a z;
เราเขียนสมการของระนาบที่ผ่านจุด M 1 (x 1, y 1, z 1) และมีเวกเตอร์ปกติ n → = (A, B, C) ในรูปแบบ A (x – x 1) + B (y – y 1) + C (z – z 1) = 0 นี่จะเป็นสมการที่ต้องการของระนาบที่ผ่านจุดที่กำหนดในอวกาศและตั้งฉากกับเส้นที่กำหนด
ผลลัพธ์สมการทั่วไปของระนาบคือ: A (x – x 1) + B (y – y 1) + C (z – z 1) = 0 ทำให้ได้สมการของระนาบเป็นส่วนๆ หรือสมการปกติของระนาบได้
เรามาแก้ตัวอย่างหลายๆ ตัวอย่างโดยใช้อัลกอริธึมที่ได้รับด้านบน
ตัวอย่างที่ 1
ให้จุด M 1 (3, - 4, 5) ซึ่งเครื่องบินผ่านไปและระนาบนี้ตั้งฉากกับเส้นพิกัด O z
สารละลาย
เวกเตอร์ทิศทางของเส้นพิกัด O z จะเป็นเวกเตอร์พิกัด k ⇀ = (0, 0, 1) ดังนั้นเวกเตอร์ตั้งฉากของระนาบจึงมีพิกัด (0, 0, 1) ให้เราเขียนสมการของระนาบที่ผ่านจุดที่กำหนด M 1 (3, - 4, 5) เวกเตอร์ปกติซึ่งมีพิกัด (0, 0, 1):
A (x - x 1) + B (y - y 1) + C (z - z 1) = 0 ⇔ ⇔ 0 (x - 3) + 0 (y - (- 4)) + 1 (z - 5) = 0 ⇔ z - 5 = 0
คำตอบ:ซี – 5 = 0 .
ลองพิจารณาวิธีอื่นในการแก้ปัญหานี้:
ตัวอย่างที่ 2
ระนาบที่ตั้งฉากกับเส้น O z จะได้รับจากสมการระนาบทั่วไปที่ไม่สมบูรณ์ในรูปแบบ C z + D = 0, C ≠ 0 ให้เรากำหนดค่าของ C และ D: ค่าที่เครื่องบินผ่านจุดที่กำหนด ลองแทนพิกัดของจุดนี้ลงในสมการ C z + D = 0 เราจะได้: C · 5 + D = 0 เหล่านั้น. ตัวเลข C และ D มีความสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์ - D C = 5 เมื่อ C = 1 เราจะได้ D = - 5
ลองแทนค่าเหล่านี้ลงในสมการ C z + D = 0 และรับสมการที่ต้องการของระนาบที่ตั้งฉากกับเส้นตรง O z และผ่านจุด M 1 (3, - 4, 5)
มันจะมีลักษณะดังนี้: z – 5 = 0
คำตอบ:ซี – 5 = 0 .
ตัวอย่างที่ 3
เขียนสมการของระนาบที่ผ่านจุดกำเนิดและตั้งฉากกับเส้นตรง x - 3 = y + 1 - 7 = z + 5 2
สารละลาย
จากเงื่อนไขของปัญหา อาจแย้งได้ว่าเวกเตอร์ทิศทางของเส้นตรงที่กำหนดสามารถใช้เป็นเวกเตอร์ปกติ n → ของระนาบที่กำหนดได้ ดังนั้น: n → = (- 3 , - 7 , 2) . ให้เราเขียนสมการของระนาบที่ผ่านจุด O (0, 0, 0) และมีเวกเตอร์ปกติ n → = (- 3, - 7, 2):
3 (x - 0) - 7 (y - 0) + 2 (z - 0) = 0 ⇔ - 3 x - 7 ปี + 2 z = 0
เราได้รับสมการที่ต้องการของระนาบที่ผ่านจุดกำเนิดของพิกัดที่ตั้งฉากกับเส้นที่กำหนด
คำตอบ:- 3 x - 7 ปี + 2 z = 0
ตัวอย่างที่ 4
ให้ระบบพิกัดสี่เหลี่ยม O x y z ไว้ พื้นที่สามมิติประกอบด้วยสองจุด A (2, - 1, - 2) และ B (3, - 2, 4) ระนาบ α ผ่านจุด A ซึ่งตั้งฉากกับเส้น A B จำเป็นต้องสร้างสมการสำหรับระนาบ α ในส่วนต่างๆ
สารละลาย
ระนาบ α ตั้งฉากกับเส้น A B จากนั้นเวกเตอร์ A B → จะเป็นเวกเตอร์ปกติของระนาบ α พิกัดของเวกเตอร์นี้ถูกกำหนดให้เป็นความแตกต่างระหว่างพิกัดที่สอดคล้องกันของจุด B (3, - 2, 4) และ A (2, - 1, - 2):
AB → = (3 - 2 , - 2 - (- 1) , 4 - (- 2)) ⇔ AB → = (1 , - 1 , 6)
สมการทั่วไปเครื่องบินจะเขียนในรูปแบบต่อไปนี้:
1 x - 2 - 1 y - (- 1 + 6 (z - (- 2)) = 0 ⇔ x - y + 6 z + 9 = 0
ตอนนี้เรามาเขียนสมการที่ต้องการของระนาบเป็นส่วนๆ:
x - y + 6 z + 9 = 0 ⇔ x - y + 6 z = - 9 ⇔ x - 9 + y 9 + z - 3 2 = 1
คำตอบ:x - 9 + y 9 + z - 3 2 = 1
ควรสังเกตว่ามีปัญหาที่ต้องเขียนสมการของระนาบที่ผ่านจุดที่กำหนดและตั้งฉากกับระนาบที่กำหนดสองอัน โดยทั่วไป วิธีแก้ปัญหานี้คือการสร้างสมการสำหรับระนาบที่ผ่านจุดที่กำหนดซึ่งตั้งฉากกับเส้นที่กำหนด เนื่องจาก ระนาบที่ตัดกันสองอันกำหนดเส้นตรง
ตัวอย่างที่ 5
ให้ระบบพิกัดสี่เหลี่ยม O x y z โดยมีจุด M 1 (2, 0, - 5) สมการของระนาบสองระนาบ 3 x + 2 y + 1 = 0 และ x + 2 z – 1 = 0 ซึ่งตัดกันตามเส้นตรง a ก็จะได้รับเช่นกัน จำเป็นต้องสร้างสมการสำหรับระนาบที่ผ่านจุด M 1 ซึ่งตั้งฉากกับเส้นตรง a
สารละลาย
ลองกำหนดพิกัดของเวกเตอร์ทิศทางของเส้นตรง a กัน มันตั้งฉากกับทั้งเวกเตอร์ปกติ n 1 → (3, 2, 0) ของระนาบ n → (1, 0, 2) และเวกเตอร์ปกติ 3 x + 2 y + 1 = 0 ของ x + 2 z - 1 = 0 ระนาบ
จากนั้น ในฐานะเวกเตอร์กำกับ α → เส้น a เราจะหาผลคูณเวกเตอร์ของเวกเตอร์ n 1 → และ n 2 →:
ก → = n 1 → × n 2 → = i → j → k → 3 2 0 1 0 2 = 4 ฉัน → - 6 j → - 2 k → ⇒ a → = (4 , - 6 , - 2 )
ดังนั้น เวกเตอร์ n → = (4, - 6, - 2) จะเป็นเวกเตอร์ปกติของระนาบที่ตั้งฉากกับเส้น a ให้เราเขียนสมการที่ต้องการของเครื่องบิน:
4 (x - 2) - 6 (y - 0) - 2 (z - (- 5)) = 0 ⇔ 4 x - 6 y - 2 z - 18 = 0 ⇔ ⇔ 2 x - 3 y - z - 9 = 0
คำตอบ: 2 x - 3 y - z - 9 = 0
หากคุณสังเกตเห็นข้อผิดพลาดในข้อความ โปรดไฮไลต์แล้วกด Ctrl+Enter
เพื่อให้ได้สมการทั่วไปของระนาบ ให้เราวิเคราะห์ระนาบที่ผ่านจุดที่กำหนด
ให้มีแกนพิกัดสามแกนที่เรารู้จักในอวกาศแล้ว - วัว, เฮ้ยและ ออนซ์- จับแผ่นกระดาษให้เรียบ เครื่องบินจะเป็นแผ่นงานและต่อเนื่องไปทุกทิศทาง
อนุญาต ปเครื่องบินตามอำเภอใจในอวกาศ เวกเตอร์ทุกตัวที่ตั้งฉากกับมันเรียกว่า เวกเตอร์ปกติ สู่เครื่องบินลำนี้ โดยธรรมชาติแล้ว เรากำลังพูดถึงเวกเตอร์ที่ไม่เป็นศูนย์
หากทราบจุดใดจุดหนึ่งบนเครื่องบิน ปและเวกเตอร์ปกติของมัน จากนั้นด้วยเงื่อนไขทั้งสองนี้ ระนาบในอวกาศจึงถูกกำหนดไว้อย่างสมบูรณ์(ผ่านจุดที่กำหนดคุณสามารถวาดระนาบเดี่ยวตั้งฉากกับเวกเตอร์ที่กำหนดได้) สมการทั่วไปของระนาบจะเป็น:
ดังนั้นเงื่อนไขที่กำหนดสมการของระนาบคือ เพื่อให้ได้ตัวเอง สมการระนาบโดยมีแบบฟอร์มข้างต้นให้ขึ้นเครื่องบิน ปโดยพลการ จุด ม ด้วยพิกัดที่แปรผัน x, ย, z- จุดนี้เป็นของเครื่องบินก็ต่อเมื่อ เวกเตอร์ ตั้งฉากกับเวกเตอร์(รูปที่ 1) สำหรับสิ่งนี้ ตามเงื่อนไขของความตั้งฉากของเวกเตอร์ มีความจำเป็นและเพียงพอที่ผลคูณสเกลาร์ของเวกเตอร์เหล่านี้จะเท่ากับศูนย์ นั่นคือ
เวกเตอร์ระบุตามเงื่อนไข เราค้นหาพิกัดของเวกเตอร์โดยใช้สูตร :
.
ทีนี้ โดยใช้ผลคูณสเกลาร์ของสูตรเวกเตอร์ เราแสดงผลคูณสเกลาร์ในรูปแบบพิกัด:
ตั้งแต่จุด ม(x; ย; z)ถูกเลือกโดยพลการบนเครื่องบิน จากนั้นสมการสุดท้ายจะเป็นไปตามพิกัดของจุดใดๆ ที่วางอยู่บนเครื่องบิน ป- สำหรับจุดหนึ่ง เอ็นไม่ได้นอนบนเครื่องบินที่กำหนดเช่น ความเท่าเทียมกัน (1) ถูกละเมิด
ตัวอย่างที่ 1เขียนสมการของระนาบที่ผ่านจุดและตั้งฉากกับเวกเตอร์
สารละลาย. ลองใช้สูตร (1) แล้วดูอีกครั้ง:
ในสูตรนี้มีตัวเลข ก , บีและ คพิกัดเวกเตอร์และตัวเลข x0 , ย0 และ z0 - พิกัดของจุด
การคำนวณนั้นง่ายมาก: เราแทนที่ตัวเลขเหล่านี้ลงในสูตรแล้วรับ
เราคูณทุกอย่างที่ต้องคูณแล้วบวกแค่ตัวเลข (ซึ่งไม่มีตัวอักษร) ผลลัพธ์:
.
สมการที่ต้องการของระนาบในตัวอย่างนี้กลายเป็นสมการทั่วไปของระดับแรกเทียบกับพิกัดตัวแปร x, y, zจุดใดก็ได้ของเครื่องบิน
ดังนั้นสมการของแบบฟอร์ม
เรียกว่า สมการระนาบทั่วไป .
ตัวอย่างที่ 2สร้างระนาบที่กำหนดโดยสมการในระบบพิกัดคาร์ทีเซียนสี่เหลี่ยม .
สารละลาย. ในการสร้างเครื่องบิน จำเป็นอย่างยิ่งและเพียงพอที่จะทราบจุดสามจุดที่ไม่อยู่บนเส้นตรงเดียวกัน เช่น จุดตัดกันของเครื่องบินที่มีแกนพิกัด
จะหาจุดเหล่านี้ได้อย่างไร? การหาจุดตัดกับแกน ออนซ์คุณต้องแทนที่ศูนย์สำหรับ X และ Y ในสมการที่ให้ไว้ในคำสั่งปัญหา: x = ย= 0 . ดังนั้นเราจึงได้ z= 6. ดังนั้นระนาบที่กำหนดจะตัดแกน ออนซ์ตรงจุด ก(0; 0; 6) .
ในทำนองเดียวกัน เราจะหาจุดตัดของระนาบกับแกนได้ เฮ้ย- ที่ x = z= 0 เราได้ ย= −3 นั่นคือจุด บี(0; −3; 0) .
และสุดท้าย เราก็พบจุดตัดของระนาบกับแกน วัว- ที่ ย = z= 0 เราได้ x= 2 นั่นคือจุด ค(2; 0; 0) . จากสามคะแนนที่ได้รับในการแก้ปัญหาของเรา ก(0; 0; 6) , บี(0; −3; 0) และ ค(2; 0; 0) สร้างระนาบที่กำหนด
ตอนนี้เรามาพิจารณากัน กรณีพิเศษของสมการระนาบทั่วไป- กรณีเหล่านี้เป็นกรณีที่สัมประสิทธิ์สมการ (2) กลายเป็นศูนย์
1. เมื่อไหร่ ด= 0 สมการ กำหนดระนาบที่ผ่านจุดกำเนิดเนื่องจากพิกัดของจุด 0 (0; 0; 0) เป็นไปตามสมการนี้
2. เมื่อไหร่ ก= 0 สมการ กำหนดระนาบขนานกับแกน วัวเนื่องจากเวกเตอร์ปกติของระนาบนี้ตั้งฉากกับแกน วัว(การฉายภาพลงบนแกน วัวเท่ากับศูนย์) ในทำนองเดียวกันเมื่อ บี= 0 เครื่องบิน ขนานกับแกน เฮ้ยและเมื่อใด ค= 0 เครื่องบิน ขนานกับแกน ออนซ์.
3. เมื่อไหร่ ก=ง=สมการ 0 กำหนดระนาบที่ผ่านแกน วัวเนื่องจากมันขนานกับแกน วัว (ก=ด= 0) ในทำนองเดียวกันเครื่องบินก็วิ่งผ่านแกน เฮ้ยและระนาบผ่านแกน ออนซ์.
4. เมื่อไหร่ ก=ข=สมการ 0 กำหนดระนาบขนาน ประสานงานเครื่องบิน xOyเนื่องจากมันขนานกับแกน วัว (ก= 0) และ เฮ้ย (บี= 0) ในทำนองเดียวกัน เครื่องบินจะขนานกับเครื่องบิน คุณออซและเครื่องบินก็คือเครื่องบิน xออซ.
5. เมื่อไหร่ ก=ข=ง= 0 สมการ (หรือ ซี = 0) กำหนดระนาบพิกัด xOyเพราะมันขนานกับระนาบ xOy (ก=ข= 0) และผ่านจุดกำเนิด ( ด= 0) ในทำนองเดียวกันสมการ ย= 0 ในช่องว่างกำหนดระนาบพิกัด xออซและสมการ x= 0 - ระนาบพิกัด คุณออซ.
ตัวอย่างที่ 3สร้างสมการของระนาบ ป, ผ่านแกน เฮ้ยและช่วงเวลา
สารละลาย. เครื่องบินจึงวิ่งผ่านแกน เฮ้ย- ดังนั้นในสมการของเธอ ย= 0 และสมการนี้มีรูปแบบ เพื่อกำหนดค่าสัมประสิทธิ์ กและ คเรามาใช้ประโยชน์จากความจริงที่ว่าจุดนั้นเป็นของเครื่องบินกันดีกว่า ป .
ดังนั้นในบรรดาพิกัดของมันจึงมีพิกัดที่สามารถแทนที่เป็นสมการระนาบที่เราได้รับมาแล้ว () ลองดูพิกัดของจุดอีกครั้ง:
ม0 (2; −4; 3) .
ในหมู่พวกเขา x = 2 , z= 3 . แทนพวกมันเข้าไปในสมการ มุมมองทั่วไปและเราได้สมการสำหรับกรณีเฉพาะของเรา:
2ก + 3ค = 0 .
ออก 2 กทางด้านซ้ายของสมการ ให้เลื่อน 3 ควี ด้านขวาและเราได้รับ
ก = −1,5ค .
แทนค่าที่พบ กลงในสมการ เราได้
หรือ .
นี่คือสมการที่ต้องการในเงื่อนไขตัวอย่าง
แก้โจทย์สมการระนาบด้วยตัวเอง แล้วค่อยดูผลเฉลย
ตัวอย่างที่ 4กำหนดระนาบ (หรือระนาบ หากมีมากกว่าหนึ่ง) ที่เกี่ยวข้องกับแกนพิกัดหรือระนาบพิกัด หากระนาบถูกกำหนดโดยสมการ
แนวทางแก้ไขปัญหาทั่วไปที่เกิดขึ้นใน การทดสอบ- ในคู่มือ “ปัญหาระนาบ: ความขนาน ความตั้งฉาก จุดตัดของระนาบสามระนาบที่จุดเดียว”
สมการของเครื่องบินที่ผ่านจุดสามจุด
ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว เงื่อนไขที่จำเป็นและเพียงพอสำหรับการสร้างเครื่องบิน นอกเหนือจากจุดหนึ่งและเวกเตอร์ปกติแล้ว ยังมีจุดสามจุดที่ไม่อยู่บนเส้นเดียวกันอีกด้วย
ให้จุดที่แตกต่างกันสามจุด และ โดยไม่อยู่ในบรรทัดเดียวกัน เนื่องจากจุดสามจุดที่ระบุไม่ได้อยู่บนเส้นเดียวกัน เวกเตอร์จึงไม่อยู่ในระนาบเดียวกัน ดังนั้นจุดใดๆ ในระนาบจึงอยู่ในระนาบเดียวกันกับจุดเหล่านั้น และถ้าและเพียงเวกเตอร์เท่านั้น และ coplanar เช่น แล้วและเมื่อเท่านั้น ผลคูณผสมของเวกเตอร์เหล่านี้เท่ากับศูนย์
การใช้นิพจน์ ผลิตภัณฑ์ผสมในพิกัดเราจะได้สมการของระนาบ
(3)
หลังจากเปิดเผยดีเทอร์มิแนนต์แล้ว สมการนี้จะกลายเป็นสมการในรูปแบบ (2) เช่น สมการทั่วไปของระนาบ
ตัวอย่างที่ 5เขียนสมการของระนาบที่ผ่านจุดที่กำหนด 3 จุดซึ่งไม่อยู่บนเส้นตรงเดียวกัน:
และกำหนดกรณีพิเศษของสมการทั่วไปของเส้นตรง ถ้ามี
สารละลาย. ตามสูตร (3) เรามี:
สมการระนาบปกติ ระยะทางจากจุดหนึ่งไปยังระนาบ
สมการปกติของระนาบคือสมการที่เขียนอยู่ในรูปแบบ
สมการของเครื่องบิน จะเขียนสมการของระนาบได้อย่างไร?
การจัดเครื่องบินร่วมกัน งาน
เรขาคณิตเชิงพื้นที่ไม่ได้ซับซ้อนกว่าเรขาคณิต "แบน" มากนัก และการบินในอวกาศของเราเริ่มต้นด้วยบทความนี้ หากต้องการเชี่ยวชาญหัวข้อนี้ คุณต้องมีความเข้าใจเป็นอย่างดี เวกเตอร์นอกจากนี้ขอแนะนำให้ทำความคุ้นเคยกับเรขาคณิตของเครื่องบิน - จะมีความคล้ายคลึงกันมากมายการเปรียบเทียบหลายอย่างดังนั้นข้อมูลจะถูกย่อยได้ดีขึ้นมาก ในชุดบทเรียนของฉัน โลก 2 มิติเริ่มต้นด้วยบทความ สมการของเส้นตรงบนระนาบ- แต่ตอนนี้แบทแมนออกจากจอทีวีแล้วและกำลังออกเดินทางจาก Baikonur Cosmodrome
เริ่มจากภาพวาดและสัญลักษณ์กันก่อน ในทางแผนผังเครื่องบินสามารถวาดเป็นรูปสี่เหลี่ยมด้านขนานซึ่งสร้างความประทับใจให้กับพื้นที่:
เครื่องบินนั้นไม่มีที่สิ้นสุด แต่เรามีโอกาสที่จะพรรณนาเพียงชิ้นส่วนของมันเท่านั้น ในทางปฏิบัตินอกเหนือจากสี่เหลี่ยมด้านขนานแล้ว ยังวาดรูปวงรีหรือแม้แต่เมฆด้วย ฉันไม่สนใจ เหตุผลทางเทคนิคจะสะดวกกว่าในการพรรณนาเครื่องบินในลักษณะนี้และในตำแหน่งนี้อย่างแน่นอน เครื่องบินจริงที่เราจะพิจารณา ตัวอย่างการปฏิบัติสามารถวางตำแหน่งในลักษณะใดก็ได้ - วาดภาพในมือของคุณแล้วหมุนในอวกาศโดยให้เครื่องบินมีความโน้มเอียงทุกมุม
การกำหนด: เครื่องบินมักจะแสดงด้วยตัวอักษรกรีกตัวเล็ก ๆ เพื่อไม่ให้เกิดความสับสน เส้นตรงบนเครื่องบินหรือด้วย เส้นตรงในอวกาศ- ฉันคุ้นเคยกับการใช้ตัวอักษร ในรูปวาดเป็นตัวอักษร "ซิกมา" ไม่ใช่รูเลย แม้ว่าเครื่องบินที่มีโพรงนั้นค่อนข้างตลกอย่างแน่นอน
ในบางกรณี การใช้สัญลักษณ์เดียวกันเพื่อกำหนดระนาบก็สะดวก ตัวอักษรกรีกพร้อมตัวห้อย เช่น .
เห็นได้ชัดว่าระนาบถูกกำหนดอย่างมีเอกลักษณ์ด้วยจุดที่แตกต่างกันสามจุดซึ่งไม่ได้อยู่บนเส้นเดียวกัน ดังนั้นการกำหนดตัวอักษรสามตัวของเครื่องบินจึงค่อนข้างได้รับความนิยม - ตามจุดที่เป็นของพวกเขา ฯลฯ บ่อยครั้งตัวอักษรจะอยู่ในวงเล็บ: เพื่อไม่ให้เครื่องบินสับสนกับรูปทรงเรขาคณิตอื่น
สำหรับผู้อ่านที่มีประสบการณ์ฉันจะให้ เมนูการเข้าถึงด่วน:
- จะสร้างสมการของระนาบโดยใช้จุดและเวกเตอร์สองตัวได้อย่างไร?
- จะสร้างสมการของระนาบโดยใช้จุดและเวกเตอร์ปกติได้อย่างไร?
และเราจะไม่อิดโรยในการรอคอยอันยาวนาน:
สมการระนาบทั่วไป
สมการทั่วไปของระนาบมีรูปแบบ โดยที่สัมประสิทธิ์ไม่เท่ากับศูนย์ในเวลาเดียวกัน
การคำนวณทางทฤษฎีและปัญหาเชิงปฏิบัติจำนวนหนึ่งนั้นใช้ได้ทั้งสำหรับพื้นฐานออร์โธนอร์มอลปกติและสำหรับพื้นฐานสัมพัทธ์ของอวกาศ (หากน้ำมันเป็นน้ำมัน ให้กลับไปที่บทเรียน การพึ่งพาเชิงเส้น (ไม่) ของเวกเตอร์ พื้นฐานของเวกเตอร์- เพื่อความง่าย เราจะถือว่าเหตุการณ์ทั้งหมดเกิดขึ้นในรูปแบบออร์โธนอร์มอลและระบบพิกัดสี่เหลี่ยมคาร์ทีเซียน
ตอนนี้เรามาฝึกกันหน่อย จินตนาการเชิงพื้นที่- ไม่เป็นไรถ้าของคุณแย่ ตอนนี้เราจะพัฒนามันสักหน่อย แม้แต่การเล่นบนประสาทก็ต้องได้รับการฝึกฝน
ในกรณีทั่วไปส่วนใหญ่ เมื่อตัวเลขไม่เท่ากับศูนย์ ระนาบจะตัดแกนพิกัดทั้งสามแกน ตัวอย่างเช่นเช่นนี้:
ฉันขอย้ำอีกครั้งว่าเครื่องบินยังคงดำเนินต่อไปอย่างไม่มีกำหนดในทุกทิศทาง และเรามีโอกาสที่จะพรรณนาเพียงบางส่วนเท่านั้น
พิจารณาสมการที่ง่ายที่สุดของเครื่องบิน:
จะเข้าใจสมการนี้ได้อย่างไร? ลองคิดดู: "z" อยู่เสมอ สำหรับค่าใด ๆ ของ "x" และ "y" จะเท่ากับศูนย์ นี่คือสมการของระนาบพิกัด "ดั้งเดิม" แท้จริงแล้วสมการอย่างเป็นทางการสามารถเขียนใหม่ได้ดังนี้: จากจุดที่คุณเห็นได้ชัดเจนว่าเราไม่สนใจว่าค่า "x" และ "y" จะใช้ค่าใดสิ่งสำคัญคือ "z" จะต้องเท่ากับศูนย์
เช่นเดียวกัน:
– สมการของระนาบพิกัด
– สมการของระนาบพิกัด
เรามาทำให้ปัญหาซับซ้อนขึ้นอีกหน่อย พิจารณาระนาบ (ที่นี่และต่อไปในย่อหน้า เราถือว่าค่าสัมประสิทธิ์ตัวเลขไม่เท่ากับศูนย์) ลองเขียนสมการใหม่ในรูปแบบ: . จะเข้าใจได้อย่างไร? “ X” อยู่เสมอ สำหรับค่าใด ๆ ของ "y" และ "z" จะเท่ากับจำนวนที่แน่นอน ระนาบนี้ขนานกับระนาบพิกัด ตัวอย่างเช่น ระนาบขนานกับระนาบและผ่านจุดหนึ่ง
เช่นเดียวกัน:
– สมการของระนาบที่ขนานกับระนาบพิกัด
– สมการของระนาบที่ขนานกับระนาบพิกัด
มาเพิ่มสมาชิกกัน: . สามารถเขียนสมการใหม่ได้ดังนี้: นั่นคือ "zet" สามารถเป็นอะไรก็ได้ มันหมายความว่าอะไร? “X” และ “Y” เชื่อมต่อกันด้วยความสัมพันธ์ซึ่งวาดเส้นตรงเส้นหนึ่งบนระนาบ (คุณจะพบ สมการของเส้นตรงในระนาบ- เนื่องจาก "z" สามารถเป็นอะไรก็ได้ เส้นตรงนี้จึง "จำลอง" ไว้ที่ระดับความสูงเท่าใดก็ได้ ดังนั้นสมการจึงกำหนดระนาบขนานกับแกนพิกัด
เช่นเดียวกัน:
– สมการของระนาบที่ขนานกับแกนพิกัด
– สมการของระนาบที่ขนานกับแกนพิกัด
หากเงื่อนไขอิสระเป็นศูนย์ ระนาบจะผ่านแกนที่เกี่ยวข้องโดยตรง ตัวอย่างเช่น "สัดส่วนโดยตรง" แบบคลาสสิก: วาดเส้นตรงในระนาบแล้วคูณในใจขึ้นและลง (เนื่องจาก "Z" เป็นอะไรก็ได้) สรุป: เครื่องบิน, กำหนดโดยสมการ, ผ่านแกนพิกัด
เราทำการทบทวนเสร็จแล้ว: สมการของระนาบ ผ่านจุดกำเนิด ตรงนี้ชัดเจนว่าประเด็นนี้เป็นไปตามสมการนี้
และสุดท้าย กรณีที่แสดงในภาพวาด: - เครื่องบินเป็นมิตรกับทุกคน แกนประสานงานในขณะที่มันจะ "ตัด" สามเหลี่ยมออกเสมอ ซึ่งสามารถอยู่ในเลขแปดออคแทนต์ใดก็ได้
อสมการเชิงเส้นในอวกาศ
เพื่อให้เข้าใจข้อมูลที่คุณต้องศึกษาให้ดี อสมการเชิงเส้นในระนาบเพราะหลายอย่างจะคล้ายกัน ย่อหน้านี้จะมีลักษณะเป็นภาพรวมโดยย่อพร้อมตัวอย่างหลายตัวอย่าง เนื่องจากในทางปฏิบัติมีเนื้อหาค่อนข้างน้อย
หากสมการกำหนดระนาบ แสดงว่าความไม่เท่าเทียมกัน
ถาม ครึ่งช่องว่าง- ถ้าอสมการไม่เข้มงวด (สองอันสุดท้ายในรายการ) คำตอบของอสมการนั้น นอกเหนือจากฮาล์ฟสเปซแล้ว ยังรวมถึงระนาบด้วย
ตัวอย่างที่ 5
ค้นหาหน่วยเวกเตอร์ปกติของระนาบ .
สารละลาย: เวกเตอร์หน่วยคือเวกเตอร์ที่มีความยาวเท่ากับ 1 มาแสดงกันเถอะ เวกเตอร์ที่กำหนดผ่าน . เป็นที่ชัดเจนอย่างยิ่งว่าเวกเตอร์นั้นอยู่ในแนวเดียวกัน:
ขั้นแรก เราลบเวกเตอร์ปกติออกจากสมการของระนาบ:
จะหาเวกเตอร์หน่วยได้อย่างไร? คุณต้องหาเวกเตอร์หน่วยก่อน ทั้งหมดหารพิกัดเวกเตอร์ด้วยความยาวเวกเตอร์.
ลองเขียนเวกเตอร์ปกติในรูปแบบใหม่และค้นหาความยาวของมัน:
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น:
คำตอบ:
การยืนยัน: สิ่งที่จำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบ
ผู้อ่านที่ศึกษาย่อหน้าสุดท้ายของบทเรียนอย่างถี่ถ้วนอาจสังเกตเห็นว่า พิกัดของเวกเตอร์หน่วยคือโคไซน์ทิศทางของเวกเตอร์ทุกประการ:
เรามาพักจากปัญหาที่เกิดขึ้นกันเถอะ: เมื่อคุณได้รับเวกเตอร์ที่ไม่ใช่ศูนย์ตามใจชอบและตามเงื่อนไขจะต้องค้นหาโคไซน์ทิศทาง (ดูปัญหาสุดท้ายของบทเรียน ผลคูณดอทของเวกเตอร์) แล้วคุณก็หาเวกเตอร์หน่วยที่ตรงกับอันนี้ จริงๆ แล้วมีสองงานในขวดเดียว
ความจำเป็นในการค้นหาเวกเตอร์ปกติของหน่วยเกิดขึ้นในปัญหาบางประการของการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์
เราได้ทราบวิธีการหาเวกเตอร์ปกติแล้ว ทีนี้มาตอบคำถามตรงกันข้ามกัน:
จะสร้างสมการของระนาบโดยใช้จุดและเวกเตอร์ปกติได้อย่างไร?
โครงสร้างที่แข็งแกร่งของเวกเตอร์ปกติและจุดนี้เป็นที่รู้จักกันดีในกระดานปาเป้า โปรดเหยียดมือไปข้างหน้าและเลือกจุดในอวกาศตามอำเภอใจ เช่น แมวตัวเล็กในตู้ข้าง แน่นอนว่าเมื่อผ่านจุดนี้ไปแล้ว คุณสามารถวาดระนาบเดียวตั้งฉากกับมือของคุณได้
สมการของระนาบที่ผ่านจุดตั้งฉากกับเวกเตอร์แสดงโดยสูตร:
บทความที่เกี่ยวข้อง
-
วิธีสร้างแผนการสอน: คำแนะนำทีละขั้นตอน
บทนำการศึกษากฎหมายในโรงเรียนสมัยใหม่มีความสำคัญไม่น้อยไปกว่าการศึกษาภาษาแม่ ประวัติศาสตร์ คณิตศาสตร์ และวิชาพื้นฐานอื่นๆ จิตสำนึกพลเมือง ความรักชาติ และศีลธรรมอันสูงส่งของคนสมัยใหม่ใน...
-
วิดีโอสอนเรื่อง “พิกัดเรย์
OJSC SPO "วิทยาลัยการสอนสังคม Astrakhan" พยายามเรียนวิชาคณิตศาสตร์รุ่นที่ 4 "B" MBOU "โรงยิมหมายเลข 1" ครู Astrakhan: Bekker Yu.A.
-
หัวข้อ: “การเรียกคืนต้นกำเนิดของรังสีพิกัดและส่วนของหน่วยจากพิกัด”...
ปัจจุบัน เทคโนโลยีการเรียนทางไกลได้แทรกซึมเข้าไปในเกือบทุกภาคส่วนของการศึกษา (โรงเรียน มหาวิทยาลัย องค์กร ฯลฯ) บริษัทและมหาวิทยาลัยหลายพันแห่งใช้ทรัพยากรส่วนใหญ่ในโครงการดังกล่าว ทำไมพวกเขาถึงทำเช่นนี้...
-
กิจวัตรประจำวันของฉัน เรื่องราวเกี่ยวกับวันของฉันในภาษาเยอรมัน
Mein Arbeitstag เริ่มต้น ziemlich früh Ich stehe gewöhnlich um 6.30 Uhr auf. Nach dem Aufstehen mache ich das Bett und gehe ใน Bad Dort dusche ich mich, putze die Zähne und ziehe mich an. วันทำงานของฉันเริ่มต้นค่อนข้างเร็ว ฉัน...
-
การวัดทางมาตรวิทยา
มาตรวิทยาคืออะไร มาตรวิทยาเป็นศาสตร์แห่งการวัดปริมาณทางกายภาพ วิธีการ และวิธีการรับประกันความเป็นเอกภาพและวิธีการบรรลุความแม่นยำที่ต้องการ เรื่องของมาตรวิทยาคือการดึงข้อมูลเชิงปริมาณเกี่ยวกับ...
-
และการคิดเชิงวิทยาศาสตร์เป็นอิสระ
การส่งผลงานที่ดีของคุณไปยังฐานความรู้เป็นเรื่องง่าย ใช้แบบฟอร์มด้านล่างนี้ นักศึกษา นักศึกษา ระดับบัณฑิตศึกษา นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ ที่ใช้ฐานความรู้ในการศึกษาและทำงาน จะรู้สึกขอบคุณเป็นอย่างยิ่ง