在共面点都属于同一平面上。两个点始终是共面的,因为这些点定义了一条无限平面穿过的线。然后,两个点都属于通过线的每个平面,因此它们将始终是共面的。
另一方面,三个点定义一个平面,由此得出三个点将始终与它们确定的平面共面。
图1. A,B,C和D与(Ω)平面共面。E,F和G与(Ω)不共面,但与它们定义的平面共面。资料来源:F. Zapata。
三个以上的点可以共面,也可以不共面。例如,在图1中,点A,B,C和D与平面(Ω)共面。但是,E,F和G与(Ω)不共面,尽管它们与它们定义的平面共面。
给定三点的平面方程
由三个已知点A,B,C确定的平面方程是一种数学关系,可以保证任何具有满足该方程的通用坐标(x,y,z)的点P都属于该平面。
前面的陈述等效于说,如果坐标(x,y,z)的P满足平面方程,则该点将与确定平面的三个点A,B,C共面。
为了找到该平面的方程,让我们从找到向量AB和AC开始:
AB =
AC =
向量乘积AB X AC产生垂直于或垂直于由点A,B,C确定的平面的向量。
如果矢量AP垂直于矢量AB X AC,则坐标为(x,y,z)的任何点P都属于该平面,如果满足以下条件,则可以保证:
AP•(AB X AC) = 0
这相当于说AP,AB和AC的三乘积为零。上面的等式可以用矩阵形式写成:
例
让点A(0,1,2); B(1,2,3); C(7,2,1)和D(a,0,1)。这四个点共面必须具有什么值?
解
为了找到a的值,点D必须是由A,B和C确定的平面的一部分,如果满足平面方程,则可以保证。
开发我们的行列式:
前面的等式告诉我们,要满足相等性,a = -1。换句话说,点D(a,0,1)与点A,B和C共面的唯一方法是a为-1。否则它将不会共面。
解决的练习
-练习1
平面分别在1、2和3处与笛卡尔轴X,Y,Z相交。该平面与轴的交点确定点A,B和C。找到点D的分量Dz,其笛卡尔分量为:
假设D与点A,B和C共面
解
当已知具有笛卡尔坐标轴的平面的截距时,可以使用平面方程的分段形式:
x / 1 + y / 2 + z / 3 = 1
由于点D必须属于先前的平面,因此它必须:
-Dz / 1 +(Dz + 1)/ 2 + Dz / 3 = 1
也就是说:
-Dz + Dz / 2 +½+ Dz / 3 = 1
Dz(-1 +½+⅓)=½
Dz(-1 /6⅙)=½
Dz = -3
从上面可以看出,点D(3,-2,-3)与点A(1、0、0)共面;B(0,2,0)和C(0,0,3)。
-练习2
确定点A(0,5,3); B(0,6,4); C(2,4,2)和D(2,3,1)是共面的。
解
我们形成矩阵,其行是DA,BA和CA的坐标。然后计算行列式,并验证行列式是否为零。
完成所有计算后,得出的结论是它们是共面的。
-练习3
在空间中有两行。其中之一是线(R),其参数方程式为:
另一个是方程式为的线(S):
证明(R)和(S)是共面线,即它们位于同一平面上。
解
让我们先在线(R)上任意取两个点,并在(S)线上任意取两个点:
线(R):λ= 0; A(1,1,1)和λ= 1; B(3,0,1)
令(S)=> y =½上的x = 0; C(0,½,-1)。另一方面,如果我们使y = 0 => x = 1;D(1、0,-1)。
也就是说,我们已经获取了属于线(R)的点A和B,以及属于线(S)的点C和D。如果这些点是共面的,那么两条线也将相同。
现在我们选择点A作为枢轴,然后找到矢量AB,AC和AD的坐标。这样,您将获得:
B-A:(3-1,0 -1,1-1)=> AB =(2,-1,0)
C-A:(0-1、1 / 2 -1,-1-1)=> AC =(-1,-1 / 2,-2)
D-A:(1-1,0 -1,-1-1)=> AD =(0,-1,-2)
下一步是构造和计算行列式,其第一行是矢量AB的系数,第二行是AC的系数,第三行是矢量AD的系数:
由于行列式结果为空,因此我们可以得出结论,这四个点是共面的。另外,可以说线(R)和(S)也是共面的。
-练习4
如练习3中所示,线(R)和(S)是共面的。找到包含它们的平面的方程。
解
点A,B,C完全定义了该平面,但是我们要强加坐标(x,y,z)的任何点X都属于该平面。
对于X属于线(R)和(S)包含在由A,B,C,并且其中所限定的平面,这是必要的形成行列式其第一行中通过的组件AX,第二次在排由AB的代表和由AC的代表代表:
根据此结果,我们以这种方式分组:
2(x-1)+ 4(y-1)-2(z-1)= 0
立即您可以看到它可以像这样重写:
x-1 + 2y-2-z + 1 = 0
因此x + 2y-z = 2是包含线(R)和(S)的平面方程。
参考文献
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- Kolman,B.2006。线性代数。培生教育。
- Leal,JM,2005年。平面分析几何。梅里达-委内瑞拉:社论委内瑞拉
- 纳瓦罗·罗西奥。向量。从以下地址恢复:books.google.co.ve。
- 佩雷斯,CD,2006年。预先计算。培生教育。
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- Sullivan,M.,1997年。微积分。培生教育。