34

Точечные евклидовы пространства

[37/73%]
Показать
LaTeX
Задача 34.1

Проверить, что расстояние ρ(A,B)\rho (A, B) между точками AA и BB в точечном евклидовом пространстве обладает следующими свойствами:

?
(1)

ρ(A,B)=ρ(B,A)\rho (A, B) = \rho (B, A) для любых точек AA и BB

(2)

ρ(A,B)⩽ρ(A,C)+ρ(B,C)\rho (A, B) \leqslant \rho (A, C) + \rho (B, C) для любых точек A,B,CA, B, C

(3)

для любой точки CC такой, что AC→=λAB→\overrightarrow {AC} = \lambda \overrightarrow {AB}, выполняется равенство ρ(A,C)=∣λ∣ρ(A,B)\rho (A, C) = \left|\lambda \right| \rho (A, B).

Задача 34.2

Найти длины сторон и внутренние углы треугольника ABCABC, заданного координатами вершин:

?
(1)

A(−1,0,−1,2),B(0,2,0,3),C(2,1,1,2)A(- 1, 0, - 1, 2), \quad B(0, 2, 0, 3), \quad C(2, 1, 1, 2)

(2)

A(1,2,2,−1),B(3,0,3,−1),C(2,1,1,0)A(1, 2, 2, - 1), B(3, 0, 3, - 1), \quad C(2, 1, 1, 0)

(3)

A(0,1,−1,2,−1),B(4,1,1,2,3),C(3,4,2,5,−1)A(0, 1, - 1, 2, - 1), \quad B(4, 1, 1, 2, 3), C(3, 4, 2, 5, - 1).

Задача 34.3

Доказать, что множеством точек, равноудаленных от двух заданных различных точек AA и BB, является гиперплоскость, проходящая через середину отрезка ABAB перпендикулярно этому отрезку.

?
Задача 34.4

Найти центр и радиус сферы, описанной около четырехмерного симплекса, заданного координатами вершин:

?
(1)

A0(4,−2,−1,−1),A1(1,1,2,2),A2(3,1,0,0)A_{0}(4, - 2, - 1, - 1), A_{1}(1, 1, 2, 2), A_{2}(3, 1, 0, 0), A3(0,2,3,−1),A4(1,−5,−4,2)A_{3}(0, 2, 3, - 1), \quad A_{4}(1, - 5, - 4, 2)

(2)

A0(3,3,1,−1),A1(1,3,3,1),A2(0,3,4,−1)A_{0}(3, 3, 1, - 1), A_{1}(1, 3, 3, 1), A_{2}(0, 3, 4, - 1), A3(2,1,2,3),A4(2,3,0,1)A_{3}(2, 1, 2, 3), \quad A_{4}(2, 3, 0, 1).

Задача 34.5

Гиперплоскость m\mathrm{m} в четырехмерном точечном евклидовом пространстве содержит тетраэдр, заданный координатами своих вершин: A1(4,4,−1,1),A2(−2,−8,−5,1)A_{1}(4, 4, - 1, 1), A_{2}(- 2, - 8, - 5, 1), A3(3,3,1,3),A4(1,−2,4,1)A_{3}(3, 3, 1, 3), A_{4}(1, - 2, 4, 1). Гиперплоскость т рассматривается как трехмерное точечное евклидово пространство. Найти в этом пространстве центр и радиус сферы, описанной около данного тетраэдра.

?
Задача 34.6

Доказать, что расстояние от точки AA до kk-мерной плоскости m\mathrm{m} равно:

?
(1)

расстоянию между точкой AA и ее ортогональной проекцией на m\mathrm{m}

(2)

длине ортогональной составляющей вектора AB→(B\overrightarrow {AB}(B — произвольная точка из m\mathrm{m}) относительно направляющего подпространства плоскости m\mathrm{m}.

Задача 34.7

Пусть l\mathrm{l} и m\mathrm{m} — плоскости с направляющими подпространствами L\mathcal{L} и M\mathcal{M} соответственно, проходящие: l\mathrm{l} — через точку AA и m\mathrm{m} — через точку BB. Доказать, что расстояние между плоскостями l\mathrm{l} и m\mathrm{m} равно длине ортогональной составляющей вектора AB→\overrightarrow {AB} относительно подпространства L+M\mathcal{L} + \mathcal{M}.

?
Задача 34.8

Гиперплоскость m\mathrm{m} задана уравнением a1x1+……+anxn+a0=0a_{1} x_{1} + \ldots \ldots + a_{n} x_{n} + a_{0} = 0. Доказать, что:

?
(1)

вектор с координатным столбцом (a1,…,an)T\left(a_{1}, \ldots , a_{n}\right)^{T} ортогонален m

(2)

расстояние от точки A(y1,…,yn)A\left(y_{1}, \ldots , y_{n}\right) до т равно

∣a1y1+…+anyn+a0∣/a12+…+an2. \left|a_{1} y_{1} + \ldots + a_{n} y_{n} + a_{0}\right| / \sqrt{a_{1}^{2} + \ldots + a_{n}^{2}}.
Задача 34.9

Точка AA задана координатами, гиперплоскость m\mathrm{m} — уравнением. Найти расстояние от AA до m\mathrm{m}, если:

?
(1)

A(9,2,−3,1),m:3x1+x2−x3−5x4+3=0A(9, 2, - 3, 1), \quad \mathrm{m}: 3x_{1} + x_{2} - x_{3} - 5x_{4} + 3 = 0

(2)

A(1,−3,0,−2,4),m:2x1−5x2+x3+3x4+5x5−7=0A(1, - 3, 0, - 2, 4), \mathrm{m}: 2x_{1} - 5x_{2} + x_{3} + 3x_{4} + 5x_{5} - 7 = 0.

Задача 34.10

Составить уравнение гиперплоскости, параллельной гиперплоскости m\mathrm{m} и расположенной от m\mathrm{m} на заданном расстоянии dd, если:

?
(1)

m:5x1+2x2−4x3+2x4=3,d=2\mathrm{m}: 5x_{1} + 2x_{2} - 4x_{3} + 2x_{4} = 3, \quad d = 2

(2)

m:x1−4x2+2x3+2x4=4,d=5\mathrm{m}: x_{1} - 4x_{2} + 2x_{3} + 2x_{4} = 4, \quad d = 5

(3)

m:2x1−x2−x3+x4+3x5=−5,d=3\mathrm{m}: 2x_{1} - x_{2} - x_{3} + x_{4} + 3x_{5} = - 5, \quad d = 3.

Задача 34.11

Найти ортогональную проекцию точки AA на гиперплоскость m\mathrm{m}:

?
(1)

A(7,−1,6,1),m:3x1−x2+2x3+x4=5A(7, - 1, 6, 1), \quad \mathrm{m}: 3x_{1} - x_{2} + 2x_{3} + x_{4} = 5

(2)

A(1,2,8,−2)A(1, 2, 8, - 2), m: 2x1−2x3+x4=112x_{1} - 2x_{3} + x_{4} = 11

(3)

A(3,0,−1,2,6)A(3, 0, - 1, 2, 6), m: 5x1+3x2−2x3−x4+4x5=−165x_{1} + 3x_{2} - 2x_{3} - x_{4} + 4x_{5} = - 16.

Задача 34.12

Точки AA и BB заданы своими координатами. Найти ортогональную проекцию вектора AB‾\overline{AB} на гиперплоскость m\mathrm{m}, если:

?
(1)

A(−3,0,1,3),B(5,2,2,3),m:2x1+x2−x4=3A(- 3, 0, 1, 3), \quad B(5, 2, 2, 3), \quad \mathrm{m}: 2x_{1} + x_{2} - x_{4} = 3

(2)

A(3,3,−8,−3,4),B(3,2,−1,−2,2),m:x1+x2−−2x3+x4+x5=5A(3, 3, - 8, - 3, 4), \quad B(3, 2, - 1, - 2, 2), \mathrm{m}: \quad x_{1} + x_{2} - - 2x_{3} + x_{4} + x_{5} = 5.

Задача 34.13

Найти отношение длины ортогональной проекции произвольного ребра nn-мерного куба на его диагональ к длине диагонали.

?
Задача 34.14

Найти точку, ортогонально симметричную точке AA относительно гиперплоскости m\mathrm{m}:

?
(1)

A(5,5,3,3),m:2x1+3x2+x3+2x4+2=0A(5, 5, 3, 3), \quad \mathrm{m}: 2x_{1} + 3x_{2} + x_{3} + 2x_{4} + 2 = 0

(2)

A(3,5,−3,5),m:x1−3x2+4x3−5x4−2=0A(3, 5, - 3, 5), \mathrm{m}: x_{1} - 3x_{2} + 4x_{3} - 5x_{4} - 2 = 0

(3)

A(3,6,3,8,1),m:x1−x2−2x4+2x5−3=0A(3, 6, 3, 8, 1), \mathrm{m}: x_{1} - x_{2} - 2x_{4} + 2x_{5} - 3 = 0.

Задача 34.15

Найти ортогональную проекцию точки AA на прямую:

?
(1)

A(1,−5,2,0)A(1, - 5, 2, 0); l: x1=4+t,x2=3+2t,x3=−3−tx_{1} = 4 + t, \quad x_{2} = 3 + 2t, \quad x_{3} = - 3 - t, x4=7+3tx_{4} = 7 + 3t

(2)

A(−2,1,4,2)A(- 2, 1, 4, 2); l: x1=−3+2t,x2=3−t,x3=−1+tx_{1} = - 3 + 2t, \quad x_{2} = 3 - t, \quad x_{3} = - 1 + t, x4=−3+tx_{4} = - 3 + t

(3)

A(2,4,3,−1,1)A(2, 4, 3, - 1, 1); l: x1=2−2t,x2=−1+3t,x3=−1+2t,x4=2+t,x5=−tx_{1} = 2 - 2t, \quad x_{2} = - 1 + 3t, \quad x_{3} = - 1 + 2t, \quad x_{4} = 2 + t, \quad x_{5} = - t.

Задача 34.16

Точка AA не принадлежит плоскости m\mathrm{m}. Доказать, что существует единственная прямая, проходящая через точку AA, пересекающая m\mathrm{m} и перпендикулярная к m\mathrm{m}.

?
Задача 34.17

Составить уравнения перпендикуляра, опущенного из точки AA на прямую l\mathrm{l}:

?
(1)

A(1,−3,−2,4)A(1, - 3, - 2, 4); l: x1=4+3t,x2=2+t,x3=3+tx_{1} = 4 + 3t, \quad x_{2} = 2 + t, \quad x_{3} = 3 + t, x4=−1−tx_{4} = - 1 - t

(2)

A(1,−3,−1,3)A(1, - 3, - 1, 3); l: x1=2+t,x2=1−2t,x3=−1+2t,x4=tx_{1} = 2 + t, \quad x_{2} = 1 - 2t, \quad x_{3} = - 1 + 2t, \quad x_{4} = t

(3)

A(4,0,1,1,1)A(4, 0, 1, 1, 1); l: x1=t,x2=3−2t,x3=−2+tx_{1} = t, \quad x_{2} = 3 - 2t, \quad x_{3} = - 2 + t, x4=−3+2t,x5=tx_{4} = - 3 + 2t, \quad x_{5} = t.

Задача 34.18

Найти точку, ортогонально симметричную точке AA относительно прямой l\mathrm{l}:

?
(1)

A(4,1,−1,−1)A(4, 1, - 1, - 1), l\mathrm{l} — прямая задачи 34.15,1)34. 15, 1)

(2)

A(2,5,−3,−2)A(2, 5, - 3, - 2), l\mathrm{l} — прямая задачи 34.15,2)34. 15, 2).

Задача 34.19

Найти угол между вектором, заданным координатным столбцом а, и гиперплоскостью m\mathrm{m}, если:

?
(1)

a=[0101], m:3x1−x2+x3−5x4=2\mathbf{a} = \left[\begin{smallmatrix} 0\\ 1\\ 0\\ 1\end{smallmatrix}\right], \quad \mathrm{~ m}: 3x_{1} - x_{2} + x_{3} - 5x_{4} = 2

(2)

a=[1−111], m:3x1−x2+2x3+2x4=5\mathbf{a} = \left[\begin{smallmatrix} 1\\ - 1\\ 1\\ 1\end{smallmatrix}\right], \quad \mathrm{~ m}: 3x_{1} - x_{2} + 2x_{3} + 2x_{4} = 5

(3)

a=[1−32−1−1], m:x1+x2−2x3+3x4−x5=1\mathbf{a} = \left[\begin{smallmatrix} 1\\ - 3\\ 2\\ - 1\\ - 1\end{smallmatrix}\right], \quad \mathrm{~ m}: x_{1} + x_{2} - 2x_{3} + 3x_{4} - x_{5} = 1.

Задача 34.20

Найти угол между прямыми l1l_{1} и l2l_{2}, если:

?
(1)

l1:x1=4+t,x2=−2t,x3=1−t,x4=2;l2:x1=3l_{1}: x_{1} = 4 + t, x_{2} = - 2t, x_{3} = 1 - t, x_{4} = 2; l_{2}: x_{1} = 3, x2=t,x3=5+t,x4=−1x_{2} = t, \quad x_{3} = 5 + t, \quad x_{4} = - 1

(2)

l1:x1=1+t,x2=2+t,x3=3+t,x4=2t,x5=1−t;l2:x1=t,x2=5,x3=−1+t,x4=3−2t,x5=2t\mathrm{l}_{1}: x_{1} = 1 + t, \quad x_{2} = 2 + t, \quad x_{3} = 3 + t, \quad x_{4} = 2t, \quad x_{5} = 1 - t; \quad \mathrm{l}_{2}: x_{1} = t, \quad x_{2} = 5, \quad x_{3} = - 1 + t, \quad x_{4} = 3 - 2t, \quad x_{5} = 2t.

Задача 34.21

Найти расстояние от точки AA до прямой l\mathrm{l}:

?
(1)

A(0,3,2,−5)A(0, 3, 2, - 5); l: x1=1+t,x2=−t,x3=2+2tx_{1} = 1 + t, \quad x_{2} = - t, x_{3} = 2 + 2t, x4=−2+2tx_{4} = - 2 + 2t

(2)

A(2,−2,1,5);l:x1=3+t,x2=−1+t,x3=2+tA(2, - 2, 1, 5); \quad \mathrm{l}: x_{1} = 3 + t, \quad x_{2} = - 1 + t, \quad x_{3} = 2 + t, x4=−tx_{4} = - t

(3)

A(3,3,1,0,0);l:x1=2+3t,x2=1+2t,x3=−tA(3, 3, 1, 0, 0); \quad \mathrm{l}: \quad x_{1} = 2 + 3t, \quad x_{2} = 1 + 2t, \quad x_{3} = - t, x4=1+t,x5=−1−tx_{4} = 1 + t, \quad x_{5} = - 1 - t

(4)

A(1,−1,−1,1)A(1, - 1, - 1, 1); l: x1+x2+2x3+1=0,3x2+2x3−−x4−1=0,x1−x2+x3+x4+2=0x_{1} + x_{2} + 2x_{3} + 1 = 0, \quad 3x_{2} + 2x_{3} - - x_{4} - 1 = 0, x_{1} - x_{2} + x_{3} + x_{4} + 2 = 0.

Задача 34.22

Прямая l1l_{1} с направляющим вектором a1a_{1} проходит через точку A1A_{1}, прямая l2\mathrm{l}_{2} с направляющим вектором a2a_{2} проходит через точку A2A_{2}. Доказать, что:

?
(1)

если a1a_{1} и a2a_{2} не коллинеарны, то квадрат расстояния между l1l_{1} и l2l_{2} равен det⁡Γ(A1A2→,a1,a2)/det⁡Γ(a1,a2)\operatorname {det} \Gamma \left(\overrightarrow {A_{1} A_{2}}, a_{1}, a_{2}\right) / \operatorname {det} \Gamma \left(a_{1}, a_{2}\right)

(2)

если a1a_{1} и a2a_{2} коллинеарны, то квадрат расстояния между l1l_{1} и l2l_{2} равен det⁡Γ(A1A2→,a1)/∣a1∣2\operatorname {det} \Gamma \left(\overrightarrow {A_{1} A_{2}}, a_{1}\right) / \left|a_{1}\right|^{2}.

Задача 34.23

Найти расстояние между прямыми l1l_{1} и l2\mathrm{l}_{2}:

?
(1)

l1:x1=1+t,x2=−1,x3=−t,x4=−2+t\mathrm{l}_{1}: \quad x_{1} = 1 + t, \quad x_{2} = - 1, \quad x_{3} = - t, \quad x_{4} = - 2 + t; l2:x1=4+t,x2=2t,x3=1+t,x4=t\mathrm{l}_{2}: x_{1} = 4 + t, \quad x_{2} = 2t, \quad x_{3} = 1 + t, \quad x_{4} = t

(2)

l1:x1=2+t,x2=−1−2t,x3=2+2t,x4=1−t\mathrm{l}_{1}: \quad x_{1} = 2 + t, \quad x_{2} = - 1 - 2t, \quad x_{3} = 2 + 2t, \quad x_{4} = 1 - t; l2:x1=3−t,x2=1+2t,x3=−1−2t,x4=2+tl_{2}: x_{1} = 3 - t, \quad x_{2} = 1 + 2t, \quad x_{3} = - 1 - 2t, \quad x_{4} = 2 + t

(3)

l1:x1=3+t,x2=2,x3=t,x4=3+t,x5=−t\mathrm{l}_{1}: \quad x_{1} = 3 + t, \quad x_{2} = 2, \quad x_{3} = t, \quad x_{4} = 3 + t, \quad x_{5} = - t; l2:x1=1+2t,x2=2t,x3=1−t,x4=t,x5=2l_{2}: x_{1} = 1 + 2t, \quad x_{2} = 2t, \quad x_{3} = 1 - t, \quad x_{4} = t, \quad x_{5} = 2

(4)

l1:x1=1+t,x2=2t,x3=1−t,x4=−1+t,x5=tl_{1}: x_{1} = 1 + t, \quad x_{2} = 2t, \quad x_{3} = 1 - t, \quad x_{4} = - 1 + t, \quad x_{5} = t; l2:x1=3+t,x2=−2t,x3=−1−t,x4=1+t,x5=2+tl_{2}: x_{1} = 3 + t, \quad x_{2} = - 2t, \quad x_{3} = - 1 - t, \quad x_{4} = 1 + t, \quad x_{5} = 2 + t

(5)

l1:x1=1−2t,x2=0,x3=t,x4=1+t,x5=2\mathrm{l}_{1}: \quad x_{1} = 1 - 2t, \quad x_{2} = 0, \quad x_{3} = t, \quad x_{4} = 1 + t, \quad x_{5} = 2; l2:x1=−1+t,x2=−1+t,x3=0,x4=1,x5=−2−tl_{2}: x_{1} = - 1 + t, \quad x_{2} = - 1 + t, \quad x_{3} = 0, \quad x_{4} = 1, \quad x_{5} = - 2 - t.

Задача 34.24

Составить уравнения перпендикуляра, опущенного из точки AA на плоскость m\mathrm{m}, если:

?
(1)

A(3,7,−2,1);m:x1=2+t1,x2=2+t2,x3=t1+t2,x4=−t2A(3, 7, - 2, 1); \mathrm{m}: x_{1} = 2 + t_{1}, \quad x_{2} = 2 + t_{2}, \quad x_{3} = t_{1} + t_{2}, \quad x_{4} = - t_{2}

(2)

A(−3,−1,4,7,−3);m:x1=t1+t3,x2=2+t2+t3A(- 3, - 1, 4, 7, - 3); \mathrm{m}: x_{1} = t_{1} + t_{3}, \quad x_{2} = 2 + t_{2} + t_{3}, x3=2+t1,x4=1+t2+t3,x5=1+t2x_{3} = 2 + t_{1}, \quad x_{4} = 1 + t_{2} + t_{3}, \quad x_{5} = 1 + t_{2}.

Задача 34.25

Найти ортогональную проекцию точки AA на плоскость m\mathrm{m}, если:

?
(1)

A(−3,2,2,−2);m:x1=2+t1+t2,x2=4+2t1A(- 3, 2, 2, - 2); \mathrm{m}: x_{1} = 2 + t_{1} + t_{2}, \quad x_{2} = 4 + 2t_{1}, x3=t1,x4=−t2x_{3} = t_{1}, \quad x_{4} = - t_{2}

(2)

A(3,2,1,4,−1)A(3, 2, 1, 4, - 1); m:x1=1+t1,x2=−1+t2,x3=2+t1+t2,x4=−2−t1,x5=t2\mathrm{m}: x_{1} = 1 + t_{1}, \quad x_{2} = - 1 + t_{2}, \quad x_{3} = 2 + t_{1} + t_{2}, \quad x_{4} = - 2 - t_{1}, \quad x_{5} = t_{2}

(3)

A(0,−1,5,1,−2)A(0, - 1, 5, 1, - 2); m: x1=1+t1,x2=t3,x3=1+t1+t2,x4=−2+t3,x5=−1+t2x_{1} = 1 + t_{1}, \quad x_{2} = t_{3}, \quad x_{3} = 1 + t_{1} + t_{2}, \quad x_{4} = - 2 + t_{3}, \quad x_{5} = - 1 + t_{2}.

Задача 34.26

Найти точку, ортогонально симметричную точке AA относительно плоскости m\mathrm{m}, если:

?
(1)

A(5,3,−1,−1);m:x1=1+t1,x2=t2,x3=−2+t2,x4=−1+t1A(5, 3, - 1, - 1); \mathrm{m}: \quad x_{1} = 1 + t_{1}, \quad x_{2} = t_{2}, \quad x_{3} = - 2 + t_{2}, \quad x_{4} = - 1 + t_{1}

(2)

A(3,5,0,2,2);m:x1=t1,x2=2+t2,x3=−3+t1A(3, 5, 0, 2, 2); \mathrm{m}: x_{1} = t_{1}, \quad x_{2} = 2 + t_{2}, \quad x_{3} = - 3 + t_{1}, x4=3−t1−t2,x5=1x_{4} = 3 - t_{1} - t_{2}, \quad x_{5} = 1.

Задача 34.27

Пусть m\mathrm{m} — плоскость с направляющим подпространством M\mathcal{M}, проходящая через точку A0A_{0}, а f1,…,fkf_{1}, \ldots , f_{k} — базис в M\mathcal{M}. Доказать, что квадрат расстояния от точки A1A_{1} до плоскости m\mathrm{m} равен

det⁡Γ(A0A1→,f1,…,fk)/det⁡Γ(f1,…,fk) \operatorname {det} \Gamma \left(\overrightarrow {A_{0} A_{1}}, f_{1}, \ldots , f_{k}\right) / \operatorname {det} \Gamma \left(f_{1}, \ldots , f_{k}\right)
?
Задача 34.28

Найти расстояние от точки AA до плоскости m:

?
(1)

в задаче 34.24,1)34. 24, 1)

(2)

в задаче 34.24,2)34. 24, 2).

Задача 34.29

Найти расстояние от точки AA до плоскости m\mathrm{m}, заданной параметрически, если:

?
(1)

A(1,2,1,1);m:x1=−2t1+4t2,x2=−1+t1−t2A(1, 2, 1, 1); \mathrm{m}: \quad x_{1} = - 2t_{1} + 4t_{2}, \quad x_{2} = - 1 + t_{1} - t_{2}, x3=−t3,x4=t1−t2x_{3} = - t_{3}, \quad x_{4} = t_{1} - t_{2}

(2)

A(3,1,1,0)A(3, 1, 1, 0); m:x1=−2+t1,x2=−t1+2t2,x3=t1−t2,x4=1−t1−t2\mathrm{m}: x_{1} = - 2 + t_{1}, \quad x_{2} = - t_{1} + 2t_{2}, \quad x_{3} = t_{1} - t_{2}, \quad x_{4} = 1 - t_{1} - t_{2}

(3)

A(1,2,1,3,0)A(1, 2, 1, 3, 0); m:x1=1+t1,x2=−t1+t2,x3=1+t2,x4=−1−t2,x5=t1\mathrm{m}: \quad x_{1} = 1 + t_{1}, \quad x_{2} = - t_{1} + t_{2}, \quad x_{3} = 1 + t_{2}, \quad x_{4} = - 1 - t_{2}, \quad x_{5} = t_{1}.

Задача 34.30

Найти расстояние от точки AA до плоскости m\mathrm{m}, заданной системой линейных уравнений, если:

?
(1)

A(1,0,0,1)A(1, 0, 0, 1); m: x1+2x2+2x3−3x4=7,x1−2x3+2x4=−6x_{1} + 2x_{2} + 2x_{3} - 3x_{4} = 7, \quad x_{1} - 2x_{3} + 2x_{4} = - 6

(2)

A(1,2,0,0)A(1, 2, 0, 0); m: x1+x2−x3−x4=1,2x2−3x3+x4=2,2x1+x3−3x4=0x_{1} + x_{2} - x_{3} - x_{4} = 1, \quad 2x_{2} - 3x_{3} + x_{4} = 2, \quad 2x_{1} + x_{3} - 3x_{4} = 0.

Задача 34.31

Точки AA и BB заданы своими координатами. Найти угол между вектором AB‾\overline{AB} и плоскостью m\mathrm{m}, если:

?
(1)

A(1,2,2,3),B(4,0,0,2);m:x1=1+t1,x2=2+t2,x3=−t1+t2,x4=3A(1, 2, 2, 3), \quad B(4, 0, 0, 2); \mathrm{m}: x_{1} = 1 + t_{1}, \quad x_{2} = 2 + t_{2}, \quad x_{3} = - t_{1} + t_{2}, \quad x_{4} = 3

(2)

A(0,1,−1,0,1),B(3,1,0,1,2);m:x1=t1+t2,x2=5A(0, 1, - 1, 0, 1), B(3, 1, 0, 1, 2); \mathrm{m}: x_{1} = t_{1} + t_{2}, x_{2} = 5, x3=−t2,x4=−t1+t2,x5=2+t1x_{3} = - t_{2}, \quad x_{4} = - t_{1} + t_{2}, \quad x_{5} = 2 + t_{1}

(3)

A(−1,−1,1,0,1),B(2,1,1,1,0)A(- 1, - 1, 1, 0, 1), \quad B(2, 1, 1, 1, 0); m: x1=t1+t3x_{1} = t_{1} + t_{3}, x2=2+t2,x3=1−t2,x4=−t1+t3,x5=−2t3x_{2} = 2 + t_{2}, \quad x_{3} = 1 - t_{2}, \quad x_{4} = - t_{1} + t_{3}, \quad x_{5} = - 2t_{3}.

Задача 34.32

Плоскости l\mathrm{l} и m\mathrm{m} из nn-мерного точечного евклидова пространства с направляющими подпространствами L\mathcal{L} и M\mathcal{M} соответственно проходят: l\mathrm{l} — через точку A, mA, \mathrm{~ m} — через точку BB. Пусть g1,…,gkg_{1}, \ldots , g_{k} — базис в подпространстве L+M\mathcal{L} + \mathcal{M}. Доказать, что квадрат расстояния между плоскостями l\mathrm{l} и m\mathrm{m} равен

det⁡Γ(AB→,g1,…,gk)/det⁡Γ(g1,…,gk).  \operatorname {det} \Gamma \left(\overrightarrow {AB}, g_{1}, \ldots , g_{k}\right) / \operatorname {det} \Gamma \left(g_{1}, \ldots , g_{k}\right) \text{. }
?
Задача 34.33

Найти расстояние между плоскостями l\mathrm{l} и m\mathrm{m}:

?
(1)

l: x1=2−2t,x2=4+t,x3=1+t,x4=0x_{1} = 2 - 2t, \quad x_{2} = 4 + t, \quad x_{3} = 1 + t, \quad x_{4} = 0; m:x1=1−2t1,x2=1+2t1+3t2,x3=1+t1,x4=1+2t1+2t2\mathrm{m}: x_{1} = 1 - 2t_{1}, \quad x_{2} = 1 + 2t_{1} + 3t_{2}, \quad x_{3} = 1 + t_{1}, \quad x_{4} = 1 + 2t_{1} + 2t_{2}

(2)

l: x1=3+t1+2t2,x2=−t1,x3=1+t1−t2x_{1} = 3 + t_{1} + 2t_{2}, \quad x_{2} = - t_{1}, \quad x_{3} = 1 + t_{1} - t_{2}, x4=−t1−t2;m:x1=2t1+t2,x2=1−3t1+t2x_{4} = - t_{1} - t_{2}; \quad \mathrm{m}: \quad x_{1} = 2t_{1} + t_{2}, \quad x_{2} = 1 - 3t_{1} + t_{2}, x3=−8−t2,x4=1+t1−t2x_{3} = - 8 - t_{2}, x_{4} = 1 + t_{1} - t_{2}

(3)

l: x1=2+t,x2=2t,x3=1,x4=t,x5=0x_{1} = 2 + t, \quad x_{2} = 2t, \quad x_{3} = 1, \quad x_{4} = t, \quad x_{5} = 0; m:x1=0,x2=1+t1+t2,x3=3+2t2,x4=2t1,x5=1+t1−t2\mathrm{m}: \quad x_{1} = 0, \quad x_{2} = 1 + t_{1} + t_{2}, \quad x_{3} = 3 + 2t_{2}, \quad x_{4} = 2t_{1}, \quad x_{5} = 1 + t_{1} - t_{2}

(4)

l: x1=1+t2,x2=t2,x3=t1,x4=t1,x5=2t1x_{1} = 1 + t_{2}, \quad x_{2} = t_{2}, \quad x_{3} = t_{1}, \quad x_{4} = t_{1}, \quad x_{5} = 2t_{1}; m:x1=t2+2t3,x2=2+t1+2t3,x3=x4=1+t1−t2+t3\mathrm{m}: x_{1} = t_{2} + 2t_{3}, \quad x_{2} = 2 + t_{1} + 2t_{3}, \quad x_{3} = x_{4} = 1 + t_{1} - t_{2} + t_{3}, x5=2+t1−t2+2t3x_{5} = 2 + t_{1} - t_{2} + 2t_{3}

(5)

l: 2x1−x3+3x4=0,2x1−2x2+3x3−3x4=82x_{1} - x_{3} + 3x_{4} = 0, \quad 2x_{1} - 2x_{2} + 3x_{3} - 3x_{4} = 8; m:x2=−3x3−2x4=2,x1−x3−x4=0\mathrm{m}: x_{2} = - 3x_{3} - 2x_{4} = 2, \quad x_{1} - x_{3} - x_{4} = 0

(6)

l: x1+x2−x3=1,2x1+x2−x4=4x_{1} + x_{2} - x_{3} = 1, \quad 2x_{1} + x_{2} - x_{4} = 4; m: x1+x2+x3=−1,x1+x3+x4=1,2x1−x2−x4=0x_{1} + x_{2} + x_{3} = - 1, \quad x_{1} + x_{3} + x_{4} = 1, \quad 2x_{1} - x_{2} - x_{4} = 0.

Задача 34.34

В n-мерном пространстве плоскости m1\mathrm{m}_{1} и m2\mathrm{m}_{2} размерностей k1k_{1} и k2k_{2} соответственно абсолютно скрещиваются. Доказать, что:

?
(1)

существует единственная плоскость размерности n−−k1−k2n - - k_{1} - k_{2}, ортогональная к m1\mathrm{m}_{1} и к m2\mathrm{m}_{2} и пересекающая каждую из этих плоскостей

(2)

существует единственная прямая, ортогональная к m1\mathrm{m}_{1} и к m2\mathrm{m}_{2} и пересекающая каждую из этих плоскостей.

Задача 34.35

Найти уравнения плоскости максимальной размерности, ортогональной к заданным плоскостям m1\mathrm{m}_{1} и m2\mathrm{m}_{2} и пересекающей каждую из этих плоскостей, а также уравнения общего перпендикуляра к m1\mathrm{m}_{1} и m2\mathrm{m}_{2}, если:

?
(1)

m1\mathrm{m}_{1} и m2\mathrm{m}_{2} — прямые в задаче 34.23,134. 23, 1)

(2)

m1\mathrm{m}_{1} и m2\mathrm{m}_{2} — прямые в задаче 34.23,334. 23, 3)

(3)

m1\mathrm{m}_{1} и m2\mathrm{m}_{2} — плоскости в задаче 34.33,334. 33, 3).

Задача 34.36

Найти угол между плоскостями m1:x1=2+t1+t2,x2=x3=t1,x4=−1+t1−t2\mathrm{m}_{1}: x_{1} = 2 + t_{1} + t_{2}, x_{2} = x_{3} = t_{1}, x_{4} = - 1 + t_{1} - t_{2} и m2:x1=t1+2t2,x2=3+t2,x3=2−t1−2t2,x4=−t2\mathrm{m}_{2}: x_{1} = t_{1} + 2t_{2}, x_{2} = 3 + t_{2}, x_{3} = 2 - t_{1} - 2t_{2}, x_{4} = - t_{2}.

?
Задача 34.37

В правильном пятимерном симплексе A0A1A2A3A4A5A_{0} A_{1} A_{2} A_{3} A_{4} A_{5} найти угол:

?
(1)

между гранями A0A1A2A_{0} A_{1} A_{2} и A0A3A4A_{0} A_{3} A_{4}

(2)

между гранями A0A1A2A_{0} A_{1} A_{2} и A0A3A4A5A_{0} A_{3} A_{4} A_{5}

(3)

между гранями A0A1A2A_{0} A_{1} A_{2} и A1A2A3A4A5A_{1} A_{2} A_{3} A_{4} A_{5}.