Тема . Аналитическая геометрия

.06 Прямые и плоскости в трёхмерном пространстве.

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела аналитическая геометрия
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#71896

Составить уравнения биссекторных плоскостей двугранных углов между плоскостями:

1)
α : 7x+ y − 6 = 0,  β : 3x + 5y − 4z + 1 = 0  ;
2)
α : x− 2y + 2z + 3 = 0, β : 4x+ y − 8z − 1 = 0  .
Показать ответ и решение
1)
Найдем какую-нибудь точку пересечения плоскостей α  и β  (она нам пригодится в конце). Например, подойдет точка           1
P (1,− 1,−-)
          4  . Найдем направляющий вектор линии пересечения плоскостей, т.е. такой вектор v = (v1,v2,v3)  , который параллелен обеим плоскостям:
(
{ 7v + v  = 0
    1   2
( 3v1 + 5v2 − 4v3 = 0

Например, подойдет вектор v = (− 1,7,8)  .

Тогда в качестве плоскости, перпендикулярной обеим данным, можно взять плоскость γ : − x + 7y + 8z = 0  .

Найдем направляющий вектор пересечения γ  с α  , т.е. вектор u = (u1,u2,u3)  , удовлетворяющий системе:

({
  7u1 + u2 = 0
( − u + 7u  + 8u  = 0
     1     2    3

Например, подойдет вектор u = (− 4,28,− 25)  .

Найдем направляющий вектор пересечения γ  с β  , т.е. вектор w = (w1,w2, w3)  , удовлетворяющий системе:

(
{ 3w1 + 5w2 − 4w3 = 0
(
  − w1 + 7w2 + 8w3 = 0

Например, подойдет вектор w = (34,− 10,13)  .

Можно проверить, что u  и w  имеют одинаковую длину (нам просто повезло; в отсутствие такого везения пришлось бы их отнормировать).

Векторы u ||α  и w ||β  по построению являются перпендикулярами к линии пересечения плоскостей α  и β  , поэтому одна биссекторная плоскость натянута на векторы v =  (− 1,7,8)  и u+  w = (30,18,− 12) ∼ (5,3,− 2)  , а вторая – на векторы v = (− 1,7,8)  и u − w  = (− 38,38,− 38) ∼ (− 1,1,− 1)  .

Найдем вектор нормали к первой биссекторной плоскости, т.е. n = (n1,n2,n3)  , удовлетворяющий системе:

(
{ − n + 7n  + 8n  = 0
     1     2    3
( 5n1 + 3n2 − 2n3 = 0

например, подойдет вектор (1,− 1,1)  .

Тогда первая биссекторная плоскость задается уравнением вида x − y + z + c = 0  , c  находится из условия принадлежности этой плоскости точки P  , которую мы нашли в начале:

       1-               7-
1+ 1 − 4 + c = 0 ⇔ c = − 4 .

Итак, первая биссекторная плоскость имеет уравнение 4x− 4y + 4z − 7 = 0  .

Вторая ищется совершенно аналогично. Сначала из системы

(
{ − m1 + 7m2 + 8m3  = 0

( − m1 + m2 − m3  = 0

находим вектор m  = (m1,m2, m3 )  , перпендикулярный v  и u − w  , т.е. вектор нормали ко второй биссекторной плоскости. Получаем m =  (− 5,− 3,2)  .

Тогда вторая биссекторная плоскость задается уравнением вида − 5x − 3y + 2z + d = 0  , где d  находится из условия принадлежности этой плоскости точки P  :

         1                5
− 5 + 3− --+ d = 0 ⇔ d =  -.
         2                2

Итого, вторая биссекторная плоскость задается уравнением 10x+ 6y − 4z − 5 = 0  .

2)
Снова начнем с поиска пересечения плоскостей. Точка P(3,5,2)  удовлетворяет обоим уравнениям, следовательно лежит на линии пересечения (понадобится в конце). Направляющий вектор v =  (v1,v2,v3)  линии пересечения находится из системы
(
{ v  − 2v + 2v  = 0
   1     2    3
( 4v1 + v2 − 8v3 = 0

которая говорит о том, что вектор v  параллелен α  и β  . Например, подойдет вектор (14,16,9)  .

Плоскость α  натянута на векторы a = (2,1,0)
 1  и a  = (0,1,1)
 2  . Найдем вектор a = k1a1 + k2a2   плоскости α  , который перпендикулярен вектору v  , т.е. линии пересечения плоскостей α  и β  :

14⋅2k1 + 16 ⋅(k1 + k2)+ 9 ⋅k2 = 0 ⇔ 44k1 + 25k2 = 0.

Положим k1 = − 25, k2 = 44  . Тогда a = (− 50,19,44)  .

Плоскость β  натянута на векторы b1 = (− 1,4,0)  и b2 = (0,8,1)  . Найдем вектор b =  s1b1 + s2b2   плоскости β  , который перпендикулярен вектору v  :

− 14s1 + 16⋅ (4s1 + 8s2)+ 9s2 = 0 ⇔ 50s1 + 137s2 = 0.

Положим s1 = − 137,s2 = 50  . Тогда b = (137,− 148,50)  . Можно проверить, что векторы a ′ = 3⋅a = (− 150,57,132)  и b  имеют равные длины.

Тогда первая биссекторная плоскость натянута на векторы v = (14,16,9)  и a ′ + b = (− 13,− 91,182) ∼ (− 1,− 7,14)  , а вторая – на векторы v = (14,16, 9)  и a ′ − b = (− 287,205,82) ∼ (− 7,5,2)  .

Нормаль n = (n1, n2,n3)  к первой биссекторной плоскости удовлетворяет системе

({
 14n1 + 16n2 + 9n3 = 0
(
 − n1 − 7n2 + 14n3 = 0

Например, можно взять n = (− 7,5,2)  . Тогда первая биссекторная плоскость задается уравнением вида − 7x+  5y + 2z + c = 0  , где c = − 8  находится подстановкой точки P (3,5,2)  (нашли ее в начале решения).

Нормаль m = (m1, m2,m3 )  ко второй биссекторной плоскости удовлетворяет системе

(
{14m1  + 16m2 + 9m3  = 0
(
 − 7m1 + 5m2  + 2m3 = 0

Например, подойдет m = (− 1,− 7,14 )  . Тогда вторая биссекторная плоскость задается уравнением вида − x−  7y + 14z + d = 0  , где d = 10  определяется подстановкой точки P  .

Таким образом, получены ответы 7x − 5y − 2z + 8 = 0  и x + 7y − 14z − 10 = 0  .

Ответ:

1) 7x−  5y − 2z + 8 = 0  ;
2) x+  7y − 14z − 10 = 0

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!