Переход от общих уравнений прямой к каноническим

Переход от канонических (параметрических) уравнений прямой к общим не вызывает затруднений. Действительно, если канонические уравнения прямой имеют вид

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru ,

то ее параметрические уравнения:

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru , Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru , Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru

а общие уравнения:

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru

Переход от общих уравнений прямой к каноническим (параметрическим) требует несколько больших усилий.

Пусть прямая Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru задана общими уравнениями:

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru (5)

Чтобы записать канонические (параметрические) уравнения этой прямой, необходимо найти ее направляющий вектор Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru и координаты какой-нибудь точки Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru на прямой. Координаты точки Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru найти легко – это одно из решений системы уравнений (5). Выясним, как можно найти направляющий вектор Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru .

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru

Пусть Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru и Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru – плоскости, уравнения которых входят в общие уравнения прямой, Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru и Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru – нормальные векторы к плоскостям Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru и Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru соответственно.

Так как прямая Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru лежит в плоскости Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru , то векторы Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru и Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru перпендикулярны.

Так как прямая Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru лежит в плоскости Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru , то векторы Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru и Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru тоже перпендикулярны.

Следовательно, в качестве Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru можем взять векторное произведение векторов Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru и Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru (см. определение векторного произведения в §9).

ПРИМЕР. Записать канонические уравнения прямой

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru (6)

1) Найдем одно из решений системы (6). Так как Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru , то этот минор можно выбрать в качестве базисного минора матрицы системы (6). Следовательно, переменные Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru и Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru можем выбрать в качестве базисных, а переменную Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru – свободной. Так как нам не нужно все множество решений системы (6), то придадим переменной Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru конкретное значение. Например, полагаем Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru . Тогда переменные Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru и Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru будут удовлетворять системе

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru

Решаем эту систему по формулам Крамера и получаем:

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru , Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru , Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru ;

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru , Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru .

Таким образом, Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru – одно из решений системы (6), и точка Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru – точка на рассматриваемой прямой.

2) Найдем направляющий вектор Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru прямой. Имеем:

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru , Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru ;

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru .

Следовательно, в качестве направляющего вектора прямой можем взять вектор Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru , и канонические уравнения рассматриваемой прямой будут иметь вид:

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru .

Взаимное расположение прямой и плоскости.

Пусть плоскость (Р) задана уравнением

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru

а прямая L - своими каноническими уравнениями

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru

Требуется найти угол между прямой (31) и плоскостью (30). Углом между прямой и плоскостью назовем угол между прямой и ее проекцией на плоскость (рис. 5).

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru

Тогда угол φ между прямой и плоскостью не превышает π/2. Пусть Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru - нормальный вектор плоскости,
а Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru - направляющий вектор прямой.

Т.к. Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru , то

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru

Поставим задачу определить координаты точки пересечения прямой (32) и плоскости (30). Поскольку точка пересечения одновременно принадлежит и прямой и плоскости, то ее координаты (х, у, z) удовлетворяют системе уравнений

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru

Запишем параметрические уравнения прямой

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru

Координаты точки пересечения (х, у, z), найденные из уравнений прямой, должны удовлетворять уравнению плоскости, т.е.

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru

Отсюда находим значение параметра t для точки пересечения

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru

и затем с помощью параметрических уравнений прямой вычисляем координаты точки пересечения (х, у, z).

Возможны случаи:

Переход от общих уравнений прямой к каноническим - student2.ru

Наши рекомендации