4.2

Взаимное расположение прямых и плоскостей в пространстве. Пучки и связки плоскостей. Связки прямых

[28/96%]
Показать
LaTeX
Задача 379

Определить, какие из следующих пар плоскостей пересекаются, параллельны или совпадают. Если плоскости пересекаются, найти канонические уравнения линии пересечения:

?
(1)

x+2y−z+1=0,x+y−2z+1=0x+2 y-z+1 = 0, \quad x+y-2 z+1 = 0

(2)

x−3y+7z+1=0,3x−9y+21z+3=0x-3 y+7 z+1 = 0, \quad 3 x-9 y+21 z+3 = 0;

(3)

x−3y+2z+2=0,2x−6y+4z+5=0x-3 y+2 z+2 = 0, \quad 2 x-6 y+4 z+5 = 0;

(4)

{x=1+2u+v,y=3u+2v,z=−1+u+v;{x=4u+3v,y=−2+u−4v,z=3+u+2v;\begin{cases} x = 1+2 u+v, \\ y = 3 u+2 v, \\ z = -1+u+v ; \end{cases} \quad \begin{cases} x = 4 u+3 v, \\ y = -2+u-4 v, \\ z = 3+u+2 v ; \end{cases}

(5)

{x=−3+u+2v,y=−v,z=u;{x=1+3u,y=2−u+v,z=8+u+2v;\begin{cases} x = -3+u+2 v, \\ y = -v, \\ z = u ; \end{cases} \begin{cases} x = 1+3 u, \\ y = 2-u+v, \\ z = 8+u+2 v ; \end{cases}

(6)

{x=−3+u+4v,y=3+u+v,z=2+u+2v;x+2y−3z+2=0\begin{cases} x = -3+u+4 v, \\ y = 3+u+v, \\ z = 2+u+2 v ; \end{cases} \quad x+2 y-3 z+2 = 0.

Задача 380

Установить в каждом из следующих случаев, лежит ли прямая ℓ\ell в плоскости PP, параллельна плоскости PP или пересекает ее; в последнем случае найти точку пересечения прямой и плоскости:

?
(1)

ℓ:x−1−1=y+27=z+17\ell : \frac{x-1}{-1} = \frac{y+2}{7} = \frac{z+1}{7}, P:7x+2y−z+7=0P: 7 x+2 y-z+7 = 0;

(2)

ℓ:x0=y−22=z+11\ell : \frac{x}{0} = \frac{y-2}{2} = \frac{z+1}{1},

P:5x−y+6z=0 P: 5 x-y+6 z = 0
(3)

ℓ:x1=y−11=z+11\ell : \frac{x}{1} = \frac{y-1}{1} = \frac{z+1}{1},

P:x−3y+2z+5=0 P: x-3 y+2 z+5 = 0
(4)

ℓ:x−3y+1=0,2x+y−5=0,P:x+2y−2z−2=0\ell : x-3 y+1 = 0,2 x+y-5 = 0, \quad P: x+2 y-2 z-2 = 0;

(5)

ℓ:x+2y+z−1=0,x+y−2=0,P:3x+2y−z−6=0\ell : x+2 y+z-1 = 0, x+y-2 = 0, P: 3 x+2 y-z-6 = 0.

Задача 381

Установить взаимное расположение двух прямых в каждом из следующих случаев (они могут: а) пересекаться, б) быть параллельными, в) скрещиваться, г) совпадать):

?
(1)

{x=1+2t,y=7+t,z=3+4t;{x=6+3ty=−1−2tz=−2+t\begin{cases} x = 1+2 t, \\ y = 7+t, \\ z = 3+4 t ; \end{cases} \begin{cases} x = 6+3 t \\ y = -1-2 t \\ z = -2+t \end{cases}

(2)
(3)

x=t,y=−8−4t,z=−3−3t;{2x−y+2z=0,x+y−z=0;x = t, y = -8-4 t, z = -3-3 t ; \quad \begin{cases} 2 x-y+2 z = 0, \\ x+y-z = 0 ; \end{cases}

(4)

x=3+t,y=−1+2t,z=4;{x−3y+z=0,x+y−z+4=0x = 3+t, y = -1+2 t, z = 4 ; \quad \begin{cases} x-3 y+z = 0, \\ x+y-z+4 = 0 \end{cases}

(5)

{x+y+z−1=0,y+4z=0;,{2x+3y+6z−6=0,3x+4y+7z=0.\begin{cases} x+y+z-1 = 0, \\ y+4 z = 0 ; \end{cases}, \begin{cases} 2 x+3 y+6 z-6 = 0, \\ 3 x+4 y+7 z = 0. \end{cases}

Задача 382

Даны две плоскости

A1x+B1y+C1z+D1=0,A2x+B2y+C2z+D2=0 A_{1} x+B_{1} y+C_{1} z+D_{1} = 0, \quad A_{2} x+B_{2} y+C_{2} z+D_{2} = 0

С помощью рангов rr и RR матриц

[A1B1C1A2B2C2] и [A1B1C1D1A2B2C2D2] \left[\begin{smallmatrix} A_{1} & B_{1} & C_{1} \\ A_{2} & B_{2} & C_{2} \end{smallmatrix}\right] \text{ и }\left[\begin{smallmatrix} A_{1} & B_{1} & C_{1} & D_{1} \\ A_{2} & B_{2} & C_{2} & D_{2} \end{smallmatrix}\right]

соответственно найти необходимые и достаточные условия для того, чтобы плоскости:

?
(1)

пересекались;

(2)

были параллельны;

(3)

совпадали.

Задача 383

Две плоскости заданы своими параметрическими уравнениями

x=x1+a1u+a2v,x=x2+a3u+a4vy=y1+b1u+b2v,y=y2+b3u+b4vz=z1+c1u+c2v;z=z2+c3u+c4v \begin{array}{ll} x = x_{1}+a_{1} u+a_{2} v, & x = x_{2}+a_{3} u+a_{4} v \\ y = y_{1}+b_{1} u+b_{2} v, & y = y_{2}+b_{3} u+b_{4} v \\ z = z_{1}+c_{1} u+c_{2} v ; & z = z_{2}+c_{3} u+c_{4} v \end{array}

С помощью рангов rr и RR матриц

[a1a2a3a4b1b2b3b4c1c2c3c4] и [a1a2a3a4x2−x1b1b2b3b4y2−y1c1c2c3c4z2−z1] \left[\begin{smallmatrix} a_{1} & a_{2} & a_{3} & a_{4} \\ b_{1} & b_{2} & b_{3} & b_{4} \\ c_{1} & c_{2} & c_{3} & c_{4} \end{smallmatrix}\right] \quad \text{ и }\left[\begin{smallmatrix} a_{1} & a_{2} & a_{3} & a_{4} & x_{2}-x_{1} \\ b_{1} & b_{2} & b_{3} & b_{4} & y_{2}-y_{1} \\ c_{1} & c_{2} & c_{3} & c_{4} & z_{2}-z_{1} \end{smallmatrix}\right]

соответственно выразить необходимые и достаточные условия для того, чтобы плоскости:

?
(1)

пересекались;

(2)

были параллельны;

(3)

совпадали.

Задача 384

Даны плоскость Ax+By+Cz+D=0A x+B y+C z+D = 0 и прямая

x−x0a=y−y0b=z−z0c. \frac{x-x_{0}}{a} = \frac{y-y_{0}}{b} = \frac{z-z_{0}}{c}.

Найти условия, необходимые и достаточные для того, чтобы прямая:

?
(1)

пересекала плоскость;

(2)

была ей параллельна;

(3)

лежала в плоскости.

Задача 385

Даны две прямые

x−x1a1=y−y1b1=z−z1c1,x−x2a2=y−y2b2=z−z2c2 \frac{x-x_{1}}{a_{1}} = \frac{y-y_{1}}{b_{1}} = \frac{z-z_{1}}{c_{1}}, \quad \frac{x-x_{2}}{a_{2}} = \frac{y-y_{2}}{b_{2}} = \frac{z-z_{2}}{c_{2}}

С помощью рангов rr и RR матриц

[a1a2b1b2c1c2] и [a1a2x2−x1b1b2y2−y1c1c2z2−z1] \left[\begin{smallmatrix} a_{1} & a_{2} \\ b_{1} & b_{2} \\ c_{1} & c_{2} \end{smallmatrix}\right] \quad \text{ и }\left[\begin{smallmatrix} a_{1} & a_{2} & x_{2}-x_{1} \\ b_{1} & b_{2} & y_{2}-y_{1} \\ c_{1} & c_{2} & z_{2}-z_{1} \end{smallmatrix}\right]

соответственно выразить условия, необходимые и достаточные для того, чтобы эти прямые:

?
(1)

скрещивались;

(2)

пересекались;

(3)

были параллельны;

(4)

совпадали.

Задача 386

Даны две прямые

x−x0a=y−y0b=z−z0c,{A1x+B1y+C1z+D1=0A2x+B2y+C2z+D2=0 \frac{x-x_{0}}{a} = \frac{y-y_{0}}{b} = \frac{z-z_{0}}{c}, \quad \begin{cases} A_{1} x+B_{1} y+C_{1} z+D_{1} = 0 \\ A_{2} x+B_{2} y+C_{2} z+D_{2} = 0 \end{cases}

Найти необходимые и достаточные условия для того, чтобы они:

?
(1)

скрещивались;

(2)

пересекались;

(3)

были параллельны;

(4)

совпадали.

Задача 387

Найти геометрическое место точек, делящих в одном и том же отношении λ\lambda отрезки с концами на двух данных скрещивающихся прямых.

?
Задача 388

Даны три плоскости:

A1x+B1y+C1z+D1=0,A2x+B2y+C2z+D2=0A3x+B3y+C3z+D3=0 \begin{gathered} A_{1} x+B_{1} y+C_{1} z+D_{1} = 0, \quad A_{2} x+B_{2} y+C_{2} z+D_{2} = 0 \\ A_{3} x+B_{3} y+C_{3} z+D_{3} = 0 \end{gathered}

Пусть rr и RR — ранги матриц

[A1B1C1A2B2C2A3B3C3] и [A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3] \left[\begin{smallmatrix} A_{1} & B_{1} & C_{1} \\ A_{2} & B_{2} & C_{2} \\ A_{3} & B_{3} & C_{3} \end{smallmatrix}\right] \text{ и }\left[\begin{smallmatrix} A_{1} & B_{1} & C_{1} & D_{1} \\ A_{2} & B_{2} & C_{2} & D_{2} \\ A_{3} & B_{3} & C_{3} & D_{3} \end{smallmatrix}\right]

соответственно; ri,Rir_{i}, R_{i} — ранги матриц, полученных из данных удалением ii-й строки, i=1,2,3i = 1,2,3. Выразить через r,R,ri,Rir, R, r_{i}, R_{i} необходимые и достаточные условия для того, чтобы:

?
(1)

три плоскости имели единственную общую точку;

(2)

три плоскости были попарно различны и имели единственную общую прямую;

(3)

три плоскости попарно пересекались и линия пересечения каждых двух плоскостей была параллельна третьей плоскости (т. е. чтобы плоскости образовывали призму);

(4)

две плоскости были параллельны, а третья плоскость их пересекала;

(5)

три плоскости были попарно параллельны;

(6)

две плоскости совпадали, а третья их пересекала;

(7)

две плоскости совпадали, а третья плоскость была им параллельна;

(8)

три плоскости совпадали.

Задача 389

Определить взаимное расположение трех плоскостей в каждом из следующих случаев:

?
(1)

x+2y−z+7=0,x+y−2z+4=0,5x+3z+2=0x+2 y-z+7 = 0, \quad x+y-2 z+4 = 0, \quad 5 x+3 z+2 = 0;

(2)

5x−3y+7z+10=0,x−y+6z+1=0,10x−6y+14z+9=05 x-3 y+7 z+10 = 0, x-y+6 z+1 = 0, \quad 10 x-6 y+14 z+9 = 0;

(3)

x−3y+2z+2=0,2x−6y+4z+3=0,5x−15y+10z+16=0x-3 y+2 z+2 = 0, \quad 2 x-6 y+4 z+3 = 0, \quad 5 x-15 y+10 z+16 = 0;

(4)

x+2y−z+7=0,x+y−2z+4=0,x−y−4z−2=0x+2 y-z+7 = 0, \quad x+y-2 z+4 = 0, \quad x-y-4 z-2 = 0;

(5)

5x−2y+3=0,3x+z−6=0,8x−2y+z+6=05 x-2 y+3 = 0, \quad 3 x+z-6 = 0, \quad 8 x-2 y+z+6 = 0;

(6)

x−y+2z+3=0,6x−3y+z−4=0,2x−2y+4z+6=0x-y+2 z+3 = 0, \quad 6 x-3 y+z-4 = 0,2 x-2 y+4 z+6 = 0.

Задача 390

При каком необходимом и достаточном условии четыре плоскости

A1x+B1y+C1z+D1=0,A2x+B2y+C2z+D2=0A3x+B3y+C3z+D3=0,A4x+B4y+C4z+D4=0 \begin{array}{ll} A_{1} x+B_{1} y+C_{1} z+D_{1} = 0, & A_{2} x+B_{2} y+C_{2} z+D_{2} = 0 \\ A_{3} x+B_{3} y+C_{3} z+D_{3} = 0, & A_{4} x+B_{4} y+C_{4} z+D_{4} = 0 \end{array}

образуют тетраэдр?

?
Задача 391

Даны четыре плоскости

A1x+B1y+C1z+D1=0,A2x+B2y+C2z+D2=0A3x+B3y+C3z+D3=0,A4x+B4y+C4z+D4=0 \begin{array}{ll} A_{1} x+B_{1} y+C_{1} z+D_{1} = 0, & A_{2} x+B_{2} y+C_{2} z+D_{2} = 0 \\ A_{3} x+B_{3} y+C_{3} z+D_{3} = 0, & A_{4} x+B_{4} y+C_{4} z+D_{4} = 0 \end{array}

С помощью рангов rr и RR матриц

[A1B1C1A2B2C2A3B3C3A4B4C4] и [A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3A4B4C4D4] \left[\begin{smallmatrix} A_{1} & B_{1} & C_{1} \\ A_{2} & B_{2} & C_{2} \\ A_{3} & B_{3} & C_{3} \\ A_{4} & B_{4} & C_{4} \end{smallmatrix}\right] \text{ и }\left[\begin{smallmatrix} A_{1} & B_{1} & C_{1} & D_{1} \\ A_{2} & B_{2} & C_{2} & D_{2} \\ A_{3} & B_{3} & C_{3} & D_{3} \\ A_{4} & B_{4} & C_{4} & D_{4} \end{smallmatrix}\right]

соответственно выразить условия, необходимые и достаточные для того, чтобы эти плоскости принадлежали:

?
(1)

одной связке;

(2)

одной собственной связке;

(3)

одной несобственной связке.

Задача 392

Пусть Πi(i=1,2,3,4)\Pi_{i}(i = 1,2,3,4) — плоскости с уравнениями Aix+Biy+Ciz+Di=0A_{i} x + B_{i} y+C_{i} z+D_{i} = 0, каждые три из которых пересекаются в одной точке, но все вместе общей точки не имеют. Доказать, что любая функция вида Ax+By+Cz+DA x+B y+C z+D представима в виде линейной комбинации левых частей уравнений плоскостей Πi\Pi_{i}, т. е. существуют такие константы λi\lambda_{i}, что

Ax+By+Cz+D=∑i=14λi(Aix+Biy+Ciz+Di) A x+B y+C z+D = \sum _{i = 1}^{4} \lambda _{i}\left(A_{i} x+B_{i} y+C_{i} z+D_{i}\right)
?
Задача 393

Описать все четверки

Πi:{Aix+Biy+Ciz+Di=0},i=1,2,3,4 \Pi _{i}:\left\{ A_{i} x+B_{i} y+C_{i} z+D_{i} = 0\right\} , \quad i = 1,2,3,4

плоскостей в пространстве, обладающих следующим свойством: любая функция вида Ax+By+Cz+DA x+B y+C z+D представима в виде линейной комбинации левых частей уравнений плоскостей Πi\Pi_{i}, т. е. существуют такие константы λi\lambda_{i}, что

Ax+By+Cz+D=∑i=14λi(Aix+Biy+Ciz+Di) A x+B y+C z+D = \sum _{i = 1}^{4} \lambda _{i}\left(A_{i} x+B_{i} y+C_{i} z+D_{i}\right)
?
Задача 394
?
(1)

Описать всевозможные семейства плоскостей, уравнения Ax+By+Cz+D=0A x+B y+C z+D = 0 которых представимы в виде линейных комбинаций

Ax+By+Cz+D=∑i=13λi(Aix+Biy+Ciz+Di) A x+B y+C z+D = \sum _{i = 1}^{3} \lambda _{i}\left(A_{i} x+B_{i} y+C_{i} z+D_{i}\right)

уравнений Aix+Biy+Ciz+Di=0A_{i} x+B_{i} y+C_{i} z+D_{i} = 0 трех фиксированных плоскостей Πi(i=1,2,3)\Pi_{i}(i = 1,2,3).

(2)

Сделать то же для четырех плоскостей.

Задача 395

Составить уравнение плоскости, содержащей линию пересечения плоскостей Π1,Π2\Pi_{1}, \Pi_{2} и проходящей через точку MM :

?
(1)

Π1:x+y−z−1=0,Π2:2x−3y−3z−2=0,M(1,0,−2)\Pi_{1}: x+y-z-1 = 0, \quad \Pi_{2}: 2 x-3 y-3 z-2 = 0, M(1,0,-2);

(2)

Π1:2x−y+3z−2=0,Π2:x+y−2z−1=0,M(2,1,−3)\Pi_{1}: 2 x-y+3 z-2 = 0, \Pi_{2}: x+y-2 z-1 = 0, \quad M(2,1,-3).

Задача 396

Составить уравнение плоскости, проходящей через линию пересечения плоскостей x−2y+z−1=0,2x−3y+4z−5=0x-2 y+z-1 = 0,2 x-3 y+4 z-5 = 0 и параллельной вектору (3,2,−2)(3,2,-2).

?
Задача 397

Составить уравнение плоскости, проходящей через линию пересечения плоскостей 2x−y+5z−4=0,y−7z+12=02 x-y+5 z-4 = 0, y-7 z+12 = 0 и отсекающей на осях OxO x и OzO z равные по длине ненулевые отрезки.

?
Задача 398

Показать, что плоскости

Π1:x−y+z+1=0,Π2:2x+3y−z+2=0Π3:x=0,Π4:x+2y−z+1=0 \begin{array}{ll} \Pi _{1}: x-y+z+1 = 0, & \Pi _{2}: 2 x+3 y-z+2 = 0 \\ \Pi _{3}: x = 0, & \Pi _{4}: x+2 y-z+1 = 0 \end{array}

образуют тетраэдр. Провести плоскость через линию пересечения плоскостей Π1\Pi_{1} и Π2\Pi_{2} параллельно линии пересечения Π3\Pi_{3} и Π4\Pi_{4}.

?
Задача 399

Написать уравнение плоскости, проходящей через точку с координатами (2,−1,−3(2,-1,-3) и параллельной прямым пересечения плоскостей Π1\Pi_{1} и Π2\Pi_{2} и плоскостей Π3\Pi_{3} и Π4\Pi_{4}, где плоскости Π1,Π2,Π3\Pi_{1}, \Pi_{2}, \Pi_{3} и Π4\Pi_{4} задаются уравнениями x+y−z+2=0,2x−y+3z−1=0x+y-z+2 = 0,2 x-y+3 z-1 = 0, 3x+2y+z−4=03 x+2 y+z-4 = 0 и x+3y+2z−2=0x+3 y+2 z-2 = 0 соответственно.

?
Задача 400

Написать уравнение плоскости, параллельной прямым пересечения плоскостей Π1,Π2\Pi_{1}, \Pi_{2} и Π3,Π4\Pi_{3}, \Pi_{4} и находящейся на равном расстоянии от этих двух прямых; плоскости Πi(i=1,2,3,4)\Pi_{i}(i = 1,2,3,4) те же, что и в предыдущей задаче.

?
Задача 401

Составить уравнение плоскости, проходящей через ось Oz\mathrm{Oz} и равноудаленной от точек (2,3,−10)(2,3,-10) и (1,−3,19)(1,-3,19).

?
Задача 402

Даны вершины тетраэдра P(3,5,−1),Q(7,5,3),R(9,−1,5)P(3,5,-1), Q(7,5,3), R(9,-1,5), S(5,3,−3)S(5,3,-3). Написать уравнение плоскостей, равноудаленных от всех вершин тетраэдра PQRSP Q R S.

?
Задача 403

Составить уравнение прямой, которая проходит через точку (1,2,−1)(1,2,-1) и пересекает прямые

{x−z=03x−2y−3=0;{2x−y+1=0x+2y−z+3=0 \begin{cases} x - z = 0 \\ 3 x - 2 y - 3 = 0 ; \end{cases} \quad \begin{cases} 2 x-y+1 = 0 \\ x+2 y-z+3 = 0 \end{cases}
?
Задача 404

Показать, что три плоскости x+2y−z−4=0,3x−2y+3z−6=0,4y−3z+3=0x+2 y-z-4 = 0,3 x-2 y + 3 z-6 = 0,4 y-3 z+3 = 0 образуют призму, и написать уравнение плоскости, проходящей через линию пересечения первых двух граней призмы и параллельной третьей.

?
Задача 405

Через точку P(−1,2,3)P(-1,2,3) провести плоскость так, чтобы в треугольнике, отсекаемом на ней плоскостями координат, точка PP была точкой пересечения медиан.

?
Задача 406

Пусть Πi(i=1,2,3)\Pi_{i}(i = 1,2,3) — плоскости с уравнениями Aix+Biy+Ciz+Di=0A_{i} x+B_{i} y + C_{i} z+D_{i} = 0, пересекающиеся в одной точке, P(x0,y0,z0)P\left(x_{0}, y_{0}, z_{0}\right) — точка, не лежащая ни в одной из плоскостей Πi\Pi_{i}. Написать уравнение плоскости ПП, пересекающей плоскости Πi\Pi_{i} и проходящей через точку PP так, что последняя является точкой пересечения медиан треугольника на плоскости П, ограниченного линиями пересечения плоскости П с плоскостями Πi\Pi_{i}.

?