Нормальные векторы - это не те векторы, у которых все в порядке, или которые чувствуют себя хорошо. По определению, нормальный вектор (нормаль) к плоскости - это вектор, перпендикулярный данной плоскости.
Другими словами, нормаль - это вектор, перпендикулярный любому вектору в данной плоскости. Наверняка вы встречали такое определение - правда, вместо векторов речь шла о прямых. Однако чуть выше было показано, что в задаче C2 можно оперировать любым удобным объектом - хоть прямой, хоть вектором.
Еще раз напомню, что всякая плоскость задается в пространстве уравнением Ax + By + Cz + D = 0, где A, B, C и D - некоторые коэффициенты. Не умаляя общности решения, можно полагать D = 1, если плоскость не проходит через начало координат, или D = 0, если все-таки проходит. В любом случае, координаты нормального вектора к этой плоскости равны n = (A; B; C).
Итак, плоскость тоже можно успешно заменить вектором - той самой нормалью. Всякая плоскость задается в пространстве тремя точками. Как найти уравнение плоскости (а следовательно - и нормали), мы уже обсуждали в самом начале статьи. Однако этот процесс у многих вызывает проблемы, поэтому приведу еще парочку примеров:
· Задача . В кубе ABCDA 1 B 1 C 1 D 1 проведено сечение A 1 BC 1 . Найти нормальный вектор для плоскости этого сечения, если начало координат находится в точке A, а оси x, y и z совпадают с ребрами AB, AD и AA 1 соответственно.
Решение . Поскольку плоскость не проходит через начало координат, ее уравнение выглядит так: Ax + By + Cz + 1 = 0, т.е. коэффициент D = 1. Поскольку эта плоскость проходит через точки A 1 , B и C 1 , то координаты этих точек обращают уравнение плоскости в верное числовое равенство.
A · 0 + B · 0 + C · 1 + 1 = 0 ⇒ C + 1 = 0 ⇒ C = − 1;
Аналогично, для точек B = (1; 0; 0) и C 1 = (1; 1; 1) получим уравнения:
A · 1 + B · 0 + C · 0 + 1 = 0 ⇒ A + 1 = 0 ⇒ A = − 1;
A · 1 + B · 1 + C · 1 + 1 = 0 ⇒ A + B + C + 1 = 0;
Но коэффициенты A = − 1 и C = − 1 нам уже известны, поэтому остается найти коэффициент B:
B = − 1 − A − B = − 1 + 1 + 1 = 1.
Получаем уравнение плоскости: − A + B − C + 1 = 0, Следовательно, координаты нормального вектора равны n = (− 1; 1; − 1).
Ответ : n = (− 1; 1; − 1)
· Задача . В кубе ABCDA 1 B 1 C 1 D 1 проведено сечение AA 1 C 1 C. Найти нормальный вектор для плоскости этого сечения, если начало координат находится в точке A, а оси x, y и z совпадают с ребрами AB, AD и AA 1 соответственно.
Решение . В данном случае плоскость проходит через начало координат, поэтому коэффициент D = 0, а уравнение плоскости выглядит так: Ax + By + Cz = 0. Поскольку плоскость проходит через точки A 1 и C, координаты этих точек обращают уравнение плоскости в верное числовое равенство.
Подставим вместо x, y и z координаты точки A 1 = (0; 0; 1). Имеем:
A · 0 + B · 0 + C · 1 = 0 ⇒ C = 0;
Аналогично, для точки C = (1; 1; 0) получим уравнение:
A · 1 + B · 1 + C · 0 = 0 ⇒ A + B = 0 ⇒ A = − B;
Положим B = 1. Тогда A = − B = − 1, и уравнение всей плоскости имеет вид: − A + B = 0, Следовательно, координаты нормального вектора равны n = (− 1; 1; 0).
Ответ : n = (− 1; 1; 0)
Вообще говоря, в приведенных задачах надо составлять систему уравнений и решать ее. Получится три уравнения и три переменных, но во втором случае одна из них будет свободной, т.е. принимать произвольные значения. Именно поэтому мы вправе положить B = 1 - без ущерба для общности решения и правильности ответа.
Существует ряд заданий, которым для решения необходимо нормальный вектор на плоскости, чем саму плоскость. Поэтому в этой статье получим ответ на вопрос определения нормального вектора с примерами и наглядными рисунками. Определим векторы трехмерного пространства и плоскости по уравнениям.
Чтобы материал легко усваивался, необходимо предварительно изучить теорию о прямой в пространстве и представление ее на плоскости и векторы.
Определение 1
Нормальным вектором плоскости считается любой ненулевой вектор, который лежит на перпендикулярной к данной плоскости прямой.
Отсюда следует, что имеет место существование большого количества нормальных векторов в данной плоскости. Рассмотрим на рисунке, приведенном ниже.
Нормальные векторы располагаются на параллельных прямых, поэтому они все коллинеарны. То есть, при нормальном векторе n → , расположенном в плоскости γ , вектор t · n → , имея ненулевое значение параметра t , также нормальный вектор плоскости γ . Любой вектор может быть рассмотрен как направляющий вектор прямой, которая перпендикулярна этой плоскости.
Имеются случаи совпадения нормальных векторов плоскостей из-за перпендикулярности одной из параллельных плоскостей, так как прямая перпендикулярна и второй плоскости. Отсюда следует, что нормальные векторы перпендикулярных плоскостей должны быть перпендикулярными.
Рассмотрим на примере нормального вектора на плоскости.
Задана прямоугольная система координат О х у z в трехмерном пространстве. Координатные векторы i → , j → , k → считаются нормальными векторами плоскостей O y z , O x z и O x y . Это суждение верно, так как i → , j → , k → ненулевые и расположены на координатных прямых O x , O y и O z . Эти прямые перпендикулярны координатным плоскостям O y z , O x z и O x y .
Координаты нормального вектора плоскости – нахождение координат нормального вектора плоскости из уравнения плоскости
Статья предназначена для того, чтобы научить находить координаты нормального вектора плоскости при известном уравнении плоскости прямоугольной системы координат О х у z . Для определения нормального вектора n → = (A , B , C) в плоскости необходимо наличие общего уравнения плоскости, имеющее вид A x + B y + C z + D = 0 . То есть достаточно иметь уравнение плоскости, тогда появится возможность для нахождения координат нормального вектора.
Пример 1
Найти координаты нормального вектора, принадлежащего плоскости 2 x - 3 y + 7 z - 11 = 0 .
Решение
По условию имеем уравнение плоскости. Необходимо обратить внимание на коэффициенты, так как они и являются координатами нормального вектора заданной плоскости. Отсюда получаем, что n → = (2 , - 3 , 7) - это нормальный вектор плоскости. Все векторы плоскости задаются при помощи формулы t · n → = 2 · t , - 3 · t , 7 · t , t является любым действительным числом не равным нулю.
Ответ: n → = (2 , - 3 , 7) .
Пример 2
Определить координаты направляющих векторов заданной плоскости x + 2 z - 7 = 0 .
Решение
По условию имеем, что дано неполное уравнение плоскости. Чтобы увидеть координаты, необходимо преобразовать уравнение x + 2 z - 7 = 0 к виду 1 · x + 0 · y + 2 z - 7 = 0 . Отсюда получим, что координаты нормального вектора данной плоскости равны (1 , 0 , 2) . Тогда множество векторов будет иметь такую форму записи (t , 0 , 2 · t) , t ∈ R , t ≠ 0 .
Ответ: (t , 0 , 2 · t) , t ∈ R , t ≠ 0 .
При помощи уравнения плоскости в отрезках, имеющего вид x a + y b + z c = 1 , и общего уравнения плоскости возможна запись нормального вектора этой плоскости, где координаты равны 1 a , 1 b , 1 c .
Знания о нормальном векторе позволяют с легкостью решать задачи. Часто встречающимися задачами являются задания с доказательствами параллельности или перпендикулярности плоскостей. Заметно упрощается решение задач на составление уравнений заданной плоскости. Если имеется вопрос о нахождении угла между плоскостями или между прямой и плоскостью, то формулы нормального вектора и нахождения его координат помогут в этом.
Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
Высшая математика I.
Вариант 2.13
1.(С03.РП) Составить уравнение
прямой, проходящей через точку
перпендикулярно прямой
.
Вектор
-
нормальный вектор прямой
,
Запишем уравнение АВ :
Ответ:
.
2.(8Т3.РП) Составить общее уравнение
прямой, проходящей через точку
и точку пересечения прямых
и
.
Найдем координаты точки В
– точку пересечения прямых
и
:
умножили
второе уравнение на -2, а теперь их сложим
Получили
координаты т. В
(
).
Запишем уравнение АВ :
Ответ:
.
3.(Т43.РП) Написать общее уравнение
плоскости, проходящей через точки
,
перпендикулярно плоскости
.
Общее уравнение плоскости имеет вид A(x-x 1 )+B(y-y 1 )+C(z-z 1 ) =0
М 1 (4,-3,3), то можно записать:
A(x-4)+B(y+3)+C(z-3)=0
Т.к. плоскость проходит через точку М 2 (1,1,-2), то можно записать:
A(x-1)+B(y-1)+C(z+2)=0
Искомая плоскость перпендикулярна плоскости заданной уравнением: По условию перпендикулярности плоскостей:
А 1 A 2 +B 1 B 2 +C 1 C 2 =0
1 × А+(-3) × B+5 × C=0
А=3B-5C
Подставим в нижнее уравнение
4.(303) Найти расстояние от точки
до прямой
.
Найдем точку пересечения перпендикуляра проходящего через точку А . Назовем ее Н(x , y , z ) .
АН:3(x-2)+4(y+1)+2z=0 3x+4y+2z-2=0
Параметрические уравнения прямой имеют вид:
т.Н (4,-3,1)
5.(5Б3.РП) Найти те значения
параметров
и
,
при которых прямые
и
параллельны.
Для вычисления направляющего вектора используем формулу:
Вычислим направляющий вектор прямой
Т.к. A||B
Получим систему уравнений:
Ответ: А=0, В=-1.
6.(733) Прямая
параллельна плоскости
,
пересекает прямую
и проходит через точку
.
Найти ординату точки пересечения прямой
с плоскостью
.
Найдем k :
Запишем параметрические уравнения прямой :
Подставим
х,у,
z
в уравнение L
и получим значение t.
т.В
(8;-8;5)
принадлежит L
Запишем параметрические уравнения L:
Подставим данные значения в уравнение :
Найдем
ординату точки пересечения
Ответ: -2,5.
7.(983). Найти радиус окружности,
имеющей центр в точке
,
если она касается прямой
.
Для того, чтобы найти радиус окружности, можно найти расстояние от точки А до данной прямой и данное расстояние будет равно радиусу.
Воспользуемся формулой:
8. Дана кривая .
8.1. Доказать, что данная кривая – эллипс.
8.2.(ТТ3.РП) Найти координаты центра его симметрии.
8.3.(4Б3.РП) Найти его большую и малую полуоси кривой.
8.4.(2П3) Записать уравнение фокальной оси.
8.5. Построить данную кривую.
Каноническое уравнение эллипса имеет вид
Приведём уравнение кривой к каноническому виду:
Т.к. искомое не содержит ху , то остаемся в старой системе координат.
Приняв за новое начало точку
,
применим формулы преобразования
координат
Это соответствует общему виду уравнения эллипса, у которого большая полуось равна 4, а малая полуось равна 2.
Фокальные радиус – векторы данного эллипса соответствуют уравнению
9. Дана кривая
.
9.1. Доказать, что данная кривая – парабола.
9.2.(Л33). Найти значение её
параметра
.
9.3.(2Т3.РП). Найти координаты её вершины.
9.4.(7Б3). Написать уравнение её оси симметрии.
9.5. Построить данную кривую.
Каноническое уравнение параболы имеет вид: y 2 =2px
В нашем примере
Т.е. данная кривая – парабола, симметричная относительно оси ординат.
При этом 2р=-12
р=-6, следовательно ветви параболы обращены в вниз.
Вершина параболы находится в точке (-3;-2)
Уравнение оси симметрии данной параболы: х=-3
10. Дана кривая .
10.1. Доказать, что данная кривая – гипербола.
10.2.(793.РП). Найти координаты центра её симметрии.
10.3.(8Д3.РП). Найти действительную и мнимую полуоси.
10.4.(ПС3.РП). Написать уравнение фокальной оси.
10.5. Построить данную кривую.
Каноническое уравнение гиперболы
имеет вид
Преобразуем уравнение воспользовавшись формулами поворота оси координат:
Получим:
Найдём l из условия:
т.е. приравняем коэффициент при x`y` к нулю
решения
нормального
Основная образовательная программа основного общего образования оглавление
Основная образовательная программа... Векторы . Длина (модуль) вектора . Равенство векторов . Коллинеарные векторы . Координаты вектора . Умножение вектора на число, сумма векторов , разложение вектора ... решение задач развития ребёнка, отсутствующих в содержании образования нормально ...
Образовательная программа основного общего образования (фгос ооо)
Образовательная программа... векторами прямых решения ... обеспечение рациональной организации двигательного режима, нормального физического развития и двигательной подготовленности...
Примерная основная образовательная программа
Программа... векторами , устанавливать перпендикулярность прямых . Выпускник получит возможность: овладеть векторным методом для решения ... обеспечение рациональной организации двигательного режима, нормального физического развития и двигательной подготовленности...
Типичным вектором плоскости (либо нормалью плоскости ) называют вектор, перпендикулярный данной плоскости . Одним из методов задать плоскость является указание координат ее нормали и точки, лежащей на плоскости . Если плоскость задана уравнением Ax+By+Cz+D=0, то типичным к ней является вектор с координатами (A;B;C). В иных случаях для вычисления типичного вектора придется потрудиться.
Инструкция
1. Пускай плоскость задана тремя принадлежащими ей точками K(xk;yk;zk), M(xm;ym;zm), P(xp;yp;zp). Дабы обнаружить типичный вектор, составим уравнение этой плоскости . Обозначьте произвольную точку, лежащую на плоскости , буквой L, пускай у нее будут координаты (x;y;z). Сейчас разглядите три вектора PK, PM и PL, они лежат на одной плоскости (компланарны), следственно их смешанное произведение равно нулю.
2. Обнаружьте координаты векторов PK, PM и PL:PK = (xk-xp;yk-yp;zk-zp)PM = (xm-xp;ym-yp;zm-zp)PL = (x-xp;y-yp;z-zp)Смешанное произведение этих векторов будет равно определителю, представленному на рисунке. Данный определитель следует вычислить, дабы обнаружить уравнение для плоскости . Вычисление смешанного произведения для определенного случая глядите в примере.
3. ПримерПусть плоскость задана тремя точками K(2;1;-2), M(0;0;-1) и P(1;8;1). Требуется обнаружить типичный вектор плоскости .Возьмите произвольную точку L с координатами (x;y;z). Вычислите векторы PK, PM и PL:PK = (2-1;1-8;-2-1) = (1;-7;-3)PM = (0-1;0-8;-1-1) = (-1;-8;-2)PL = (x-1;y-8;z-1)Составьте определитель для смешанного произведения векторов (он на рисунке).
4. Сейчас разложите определитель по первой строке, а после этого подсчитайте значения определителей размера 2 на 2.Таким образом уравнение плоскости -10x + 5y – 15z – 15 = 0 либо, что то же, -2x + y – 3z – 3 = 0. Отсель легко определить вектор нормали к плоскости : n = (-2;1;-3).
Перед тем как ответить на поставленный вопрос, требуется определить, нормаль чего именно нужно искать. В данном случае, ориентировочно, в задаче рассматривается некая поверхность.
Инструкция
1. Приступая к решению поставленной задачи, следует помнить, что нормаль к поверхности определяется как нормаль к касательной плоскости. Исходя именно из этого и будет выбираться методология решения.
2. График функции 2-х переменных z=f(x, y)=z(x, y) – это поверхность в пространстве. Таким образом ее почаще каждого и задают. В первую очередь нужно обнаружить касательную плоскость к поверхности в некоторой точке М0(x0, y0, z0), где z0=z(x0, y0).
3. Для этого следует припомнить, что геометрический толк производной функции одного довода, это угловой показатель касательной к графику функции в точке, где y0=f(x0). Частные производные функции 2-х доводов находят, фиксируя «ненужный» довод верно так же, как и производные обыкновенных функций. Значит геометрический толк частной производной по x функции z=z(x, y) в точке (x0,y0) состоит в равенстве ее углового показателя касательной, к косой, образуемой пересечением поверхности и плоскости y=y0 (см. рис. 1).
4. Данные, отраженные на рис. 1, дозволяют заключить, что уравнение касательной к поверхности z=z(x, y), содержащей точку М0(xo, y0, z0) в сечении при y=y0: m(x-x0)=(z-z0), y=y0. В каноническом виде дозволено записать:(x-x0)/(1/m)=(z-z0)/1, y=y0. Значит направляющий вектор этой касательной s1(1/m, 0, 1).
5. Сейчас, если угловой показатель касательно для частной производной по y обозначить n, то идеально видимо, что подобно предыдущему выражению, это приведет к (y-y0)/(1/n)=(z-z0), x=x0 и s2(0, 1/n, 1).
6. Дальше движение решения в виде поиска уравнения касательной плоскости дозволено перестать и перейти непринужденно к желанной нормали n. Ее дозволено получить как вектор ное произведение n=. Вычислив его, будет определено, что в заданной точке поверхности (x0, y0, z0). n={-1/n, -1/m, 1/mn}.
7. Потому что всякий пропорциональный вектор также останется вектор ом нормали, комфортнее каждого результат представить в виде n={-n, -m, 1} и окончательно n(дz/дx, дz/дx, -1).
Видео по теме
Обратите внимание!
У незамкнутой поверхности имеется две стороны. В данном случае результат дан для «верхней» стороны, там где нормаль образует острый угол с осью 0Z.
Для векторов есть два представления произведения. Одно из них скалярное произведение , другое – векторное. Всякое из этих представлений имеет свой математический и физический толк и вычисляется абсолютно по-различному.
Инструкция
1. Разглядим два вектора в трехмерном пространстве. Вектор a с координатами (xa; ya; za) и вектор b с координатами (xb; yb; zb). Скалярное произведение векторов а и b обозначается (a,b). Оно вычисляется по формуле: (a,b) = |a|*|b|*cosα, где α – угол между двумя векторами.Дозволено вычислить скалярное произведение в координатах: (a,b) = xa*xb + ya*yb + za*zb. Также существует представление скалярного квадрата вектора, это скалярное произведение вектора на самого себя: (a,a) = |a|² либо в координатах (a,a) = xa² + ya² + za².Скалярное произведение векторов – это число, характеризующее местоположение векторов касательно друг друга. Зачастую его применяют для вычисления угла между векторами.
2. Векторное произведение векторов обозначается . В итоге векторного произведения получается вектор, тот, что перпендикулярен обоим векторам-сомножителям, а длина этого вектора равна площади параллелограмма, построенного на векторах-сомножителях. Причем три вектора a, b и образуют так называемую правую тройку векторов .Длина вектора = |a|*|b|*sinα, где α – угол между векторами a и b.
Видео по теме
В линейной алгебре и в геометрии представление вектор определяется по различному. В алгебре вектор ом именуется элемент вектор ного пространства. В геометрии же вектор ом называют упорядоченную пару точек евклидового пространства – направленный отрезок. Над вектор ами определены линейные операции – сложение вектор ов и умножение вектор а на некоторое число.
Инструкция
1. Правило треугольника.Суммой 2-х вектор ов a и o именуется вектор , предисловие которого совпадает с началом вектор а a, а конец лежит на конце вектор а o, при этом предисловие вектор а o совпадает с концом вектор а a. Построение этой суммы представлено на рисунке.
2. Правило параллелограмма.Пускай вектор ы a и o имеют всеобщее предисловие. Достроим эти вектор ы до параллелограмма. Тогда сумма вектор ов a и o совпадает с диагональю параллелограмма, исходящей из начала вектор ов a и o.
3. Сумму большего числа вектор ов дозволено обнаружить, ступенчато применяя к ним правило треугольника. На рисунке представлена сумма четырёх вектор ов.
4. Произведением вектор а a на число? именуется число?a такое, что |?a| = |?| * |a|. Полученный при умножении на число вектор параллелен начальному вектор у либо лежит с ним на одной прямой. Если?>0, то вектор ы a и?a являются однонаправленными, если?<0, то вектор ы a и?a направлены в различные стороны.
Видео по теме
Вектор, как направленный отрезок, зависит не только от безусловной величины (модуля), которая равна его длине. Еще одна главная колляция – направление вектора. Оно может определяться как координатами, так и углом между вектором и осью координат. Вычисление вектора также производится при нахождении суммы и разности векторов.
Вам понадобится
- – определение вектора;
- – свойства векторов;
- – калькулятор;
- – таблица Брадиса либо ПК.
Инструкция
1. Вычислить вектор, дозволено зная его координаты. Для этого определите координаты начала и конца вектора. Пускай они будут равны (x1;y1) и (x2;y2). Дабы произвести вычисление вектора, обнаружьте его координаты. Для этого от координат конца вектора отнимите координаты его начала. Они будут равны (x2- x1;y2-y1). Примите x= x2- x1; y= y2-y1, тогда координаты вектора будут равны (x;y).
2. Определите длину вектора. Это дозволено сделать легко, измерив ее линейкой. Но если вестимы координаты вектора, рассчитайте длину. Для этого обнаружьте сумму квадратов координат вектора и извлеките из получившегося числа корень квадратный. Тогда длина вектора будет равна d=?(x?+y?).
3. Позже этого обнаружьте направление вектора. Для этого определите угол? между ним и осью ОХ. Тангенс этого угла равен отношению координаты y вектора к координате x (tg ?= y/x). Дабы обнаружить угол, воспользуйтесь в калькуляторе функцией арктангенса, таблицей Брадиса либо ПК. Зная длину вектора и его направление касательно оси, дозволено обнаружить расположение в пространстве всякого вектора.
4. Пример: координаты начала вектора равны (-3;5), а координаты конца (1;7). Обнаружьте координаты вектора (1-(-3);7-5)=(4;2). Тогда его длина составит d=?(4?+2?)=?20?4,47 линейных единиц. Тангенс угла между вектором и осью ОХ составит tg ?=2/4=0,5. Арктангенс этого угла округленно равен 26,6?.
5. Обнаружьте вектор, тот, что представляет собой сумму 2-х векторов, координаты которых вестимы. Для этого сложите соответствующие координаты векторов, которые складываются. Если координаты векторов, которые складываются, равны соответственно(x1;y1) и (x2;y2), то их сумма будет равна вектору с координатами ((x1+x2;y1+y2)). Если необходимо обнаружить разность 2-х векторов, то находите сумму, заранее умножив координаты вектора, тот, что вычитается на -1.
6. Если вестимы длины векторов d1 и d2, и угол между ними?, обнаружьте их сумму, применяя теорему косинусов. Для этого обнаружьте сумму квадратов длин векторов, а из получившегося числа вычтите удвоенное произведение этих длин, умноженное на косинус угла между ними. Из получившегося числа извлеките корень квадратный. Это и будет длина вектора, являющегося суммой 2-х данных векторов (d=?(d1?+d2?-d1?d2?Cos(?)).
Задача поиска вектора нормали прямой на плоскости и плоскости в пространстве слишком примитивна. Реально она завершается записью всеобщих уравнений прямой либо плоскости. От того что кривая на плоскости каждого лишь частный случай поверхности в пространстве, то именно о нормалях к поверхности и пойдет речь.
Инструкция
1. 1-й метод Данный метод самый примитивный, но для его понимания требуется умение представления скалярного поля. Однако, и неискушенный в этом вопросе читатель сумеет применять результирующие формулы данного вопроса.
2. Знаменито, что скалярное поле f задается как f=f(x, y, z), а любая поверхность при этом – это поверхность яруса f(x, y, z)=C (C=const). Помимо того, нормаль поверхности яруса совпадает с градиентом скалярного поля в заданной точке.
3. Градиентом скалярно поля (функции 3 переменных) именуется вектор g=gradf=iдf/дx+jдf/дy+kдf/дz={дf/дx, дf/дy, дf/дz}. Потому что длина нормали значения не имеет, остается лишь записать результат. Нормаль к поверхностиf(x, y, z)-C=0 в точкеM0(x0, y0, z0) n=gradf=iдf/дx+jдf/дy+kдf/дz={дf/дx, дf/дy, дf/дz}.
4. 2-й метод Пускай поверхность задана уравнением F(x, y, z)=0. Дабы дозволено было в будущем провести аналогии с первым методом, следует рассматривать, что производная непрерывной равна нулю, и F задается как f(x, y, z)-C=0 (C=const). Если провести сечение этой поверхности произвольной плоскостью, то возникшую пространственную кривую дозволено считать годографом какой-нибудь вектор-функции r(t)= ix(t)x+jy(t)+kz(t). Тогда производная вектора r’(t)= ix’(t)+jy’(t)+kz’(t) направлена по касательной в некоторой точке M0(x0, y0, z0) поверхности (см. рис.1).
5. Чтобы не появилось путаницы, нынешние координаты касательной прямой следует обозначить, скажем, курсивом (x, y, z). Канонические уравнение касательной прямой, с учетом, что r’(t0) – направляющий вектор, записывается как (x-x(t0))/(dx(t0)/dt)= (y-y(t0))/(dy(t0)/dt)= (z-z(t0))/(dz(t0)/dt).
6. Подставив координаты вектор-функции в уравнение поверхности f(x, y, z)-C=0 и продифференцировав по t вы получите (дf/дx)(дx/дt)+(дf/дy) (дy/дt)+(дf/дz)(дz/дt)=0. Равенство представляет собой скалярное произведение некоторого вектора n(дf/дx, дf/дy, дf/дz) и r’(x’(t), y’(t), z’(t)). Потому что оно равно нулю, то n(дf/дx, дf/дy, дf/дz) и есть желанный вектор нормали . Видимо, что итоги обоих методов одинаковы.
7. Пример (имеет теоретическое значение). Обнаружить вектор нормали к поверхности заданной типичным уравнением функции 2-х переменных z=z(x, y). Решение. Перепишите это уравнение в форме z-z(x, y)=F(x, y, z)=0. Следуя любому из предложных методов, получается, что n(-дz/дx, -дz/дy, 1) – желанный вектор нормали .
Всякий вектор дозволено разложить на сумму нескольких вектор ов, причем таких вариантов безграничное уйма. Задание разложить вектор может быть дано как в геометрическом виде, так и виде формул, от этого и будет зависеть решение задачи.
Вам понадобится
- – начальный вектор;
- – вектора, по которым требуется его разложить.
Инструкция
1. Если нужно разложить вектор на чертеже, выберите направление для слагаемых. Для комфорта расчетов почаще каждого применяется разложение на вектор а, параллельные осям координат, но вы можете предпочесть безусловно всякое комфортное направление.
2. Начертите один из слагаемых вектор ов; при этом он должен исходить из той же точки, что и начальный (длину вы выбираете сами). Объедините концы начального и полученного вектор а еще одним вектор ом. Обратите внимание: два полученных вектор а в итоге обязаны вас привести в ту же точку, что и начальный (если двигаться по стрелкам).
3. Перенесите полученные вектор а в то место, где ими комфортно будет воспользоваться, сберегая при этом направление и длину. Самостоятельно от того, где вектор а будут находиться, в сумме они будут равны начальному. Обратите внимание, что если поместить полученные вектор а так, дабы они исходили из той же точки, что и начальный, и пунктиром объединить их концы, получится параллелограмм, причем начальный вектор совпадет с одной из диагоналей.
4. Если вам надобно разложить вектор {х1,х2,х3} по фундаменту, то есть по заданным вектор ам {р1, р2, р3}, {q1,q2,q3}, {r1,r2,r3}, поступите дальнейшим образом. Подставьте значения координат в формулу х=?р+?q+?r.
5. В итоге у вас получится система из 3 уравнений р1?+q1?+r1?=x1, p2?+q2?+r2?=х2, p3?+q3?+r3?=х3. Решите эту систему при помощи метода сложений либо матриц, обнаружьте показатели?, ?, ?. Если задача дана в плоскости, решение будет больше простым, потому что взамен 3 переменных и уравнений вы получите лишь два (они будут иметь вид р1?+q1?=x1, p2?+q2?=х2). Запишите результат в виде х=?p+?q+?r.
6. Если в итоге вы получите безмерное уйма решений, сделайте итог о том, что вектор ы p, q, r лежат в одной плоскости с вектор ом х и разложить его заданным образом однозначно невозможно.
7. Если же решений система не имеет, отважно пишите результат задачи: вектор ы p, q, r лежат в одной плоскости, а вектор х – в иной, следственно его невозможно разложить заданным образом.
Допустимо, что и существует особое представление плоскости пирамиды , но автору оно незнакомо. От того что пирамида относится к пространственным многогранникам, плоскости образовать могут лишь грани пирамиды . Именно они и будут рассмотрены.
Инструкция
1. Самое примитивное задание пирамиды – это представление ее координатами точек вершин. Дозволено применять и другие представления, которые без труда переводятся как друг в друга, так и в предложенное. Для простоты разглядите треугольную пирамиду. Тогда в пространственном случае представление «основание» становится крайне условным. Следственно отличать его от боковых граней не следует. При произвольной пирамиде ее боковые грани все равно треугольники, а для составления уравнения плоскости основания все равно хватит 3 точек.
2. Всякая грань треугольной пирамиды всецело определяется тремя точками вершин соответствующего треугольника. Пускай это М1(x1,y1,z1), М2(x2,y2,z2), М3(x3,y3,z3). Для нахождения уравнения плоскости , содержащей эту грань, используйте всеобщее уравнение плоскости в виде A(x-x0)+B(y-y0)+C(z-z0)=0. Тут (x0,y0,z0) – произвольная точка плоскости , в качестве которой используйте одну из 3 заданных на данный момент, скажем М1(x1,y1,z1). Показатели A, B, C образуют координаты вектора нормали к плоскости n={A, B, C}. Дабы обнаружить нормаль, дозволено применять координаты вектора, равного векторному произведению [М1,М2] (см. рис. 1). Их и возьмите равными A, B C соответственно. Осталось обнаружить скалярное произведение векторов (n, M1M) в координатной форме и приравнять его нулю. Тут М(x,y,z) – произвольная (нынешняя) точка плоскости .
3. Полученный алгорифм построения уравнения плоскости по трем ее точкам дозволено сделать больше комфортным для использования. Обратите внимание, что обнаруженная методология полагает вычисление векторного произведения, а после этого скалярного. Это не что иное, как смешанное произведение векторов. В суперкомпактной форме оно равно определителю, строки которого состоят из координат векторов М1М={x-x1, y-y1, z-z1}, M1M2={x2-x1, y2-y1, z2-z1}, M1М3={x3-x1, y3-y1, z3-z1}. Приравняйте его нулю и получите уравнение плоскости в виде определителя (см. рис. 2). Позже его раскрытия придете к всеобщему уравнению плоскости .
Видео по теме
В аналитической геометрии часто требуется составить общее уравнение прямой по принадлежащей ей точке и вектору нормали к прямой.
Замечание 1
Нормаль – синоним для слова перпендикуляр.
Общее уравнение прямой на плоскости выглядит как $Ax + By + C = 0$. Подставляя в него различные значениях $A$, $B$ и $C$, в том числе нулевые, можно определить любые прямые.
Можно выразить уравнение прямой и другим способом:
Это уравнение прямой с угловым коэффициентом. В нем геометрический смысл коэффициента $k$ заключается в угле наклона прямой по отношению к оси абсцисс, а независимого члена $b$ - в расстоянии, на которое прямая отстоит от центра координатной плоскости, т.е. точки $O(0; 0)$.
Рисунок 1. Варианты расположения прямых на координатной плоскости. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ
Нормальное уравнение прямой можно выразить и в тригонометрическом виде:
$x \cdot \cos{\alpha} + y \cdot \sin{\alpha} - p = 0$
где $\alpha$ - угол между прямой и осью абсцисс, а $p$ - расстояние от начала координат до рассматриваемой прямой.
Возможны четыре варианта зависимости наклона прямой от величины углового коэффициента:
- когда угловой коэффициент положителен, направляющий вектор прямой идёт снизу вверх;
- когда угловой коэффициент отрицателен, направляющий вектор прямой идёт сверху вниз;
- когда угловой коэффициент равен нулю, описываемая им прямая параллельна оси абсцисс;
- для прямых, параллельных оси ординат, углового коэффициента не существует, поскольку тангенс 90 градусов является неопределенной (бесконечной) величиной.
Чем больше абсолютное значение углового коэффициента, тем круче наклонен график прямой.
Зная угловой коэффициент, легко составить уравнение графика прямой, если дополнительно известна точка, принадлежащая искомой прямой:
$y - y_0 = k \cdot (x - x_0)$
Таким образом, геометрически прямую на координатной всегда можно выразить с помощью угла и расстояния от начала координат. В этом и заключается смысл нормального вектора к прямой - самого компактного способа записи ее положения, если известны координаты хотя бы одной точки, принадлежащей этой прямой.
Определение 1
Вектором нормали к прямой, иначе говоря, нормальным вектором прямой, принято называть ненулевой вектор, перпендикулярный рассматриваемой прямой.
Для каждой прямой можно найти бесконечное множество нормальных векторов, равно как и направляющих векторов, т.е. таких, которые параллельны этой прямой. При этом все нормальные векторы к ней будут коллинеарными, хотя и не обязательно сонаправлены.
Обозначив нормальный вектор прямой как $\vec{n}(n_1; n_2)$, а координаты точки как $x_0$ и $y_0$, можно представить общее уравнение прямой на плоскости по точке и вектору нормали к прямой как
$n_1 \cdot (x - x_n) + n_2 \cdot (y - y_0) = 0$
Таким образом, координаты вектора нормали к прямой пропорциональны числам $A$ и $B$, присутствующим в общем уравнении прямой на плоскости. Следовательно, если известно общее уравнение прямой на плоскости, то можно легко вывести и вектор нормали к прямой. Если прямая, задана уравнением в прямоугольной системе координат
$Ax + By + C = 0$,
то нормальный вектор описывается формулой:
$\bar{n}(A; B)$.
При этом говорят, что координаты нормального вектора "снимаются" с уравнения прямой.
Нормальный к прямой вектор и ее направляющий вектор всегда ортогональны по отношению друг к другу, т.е. их скалярные произведения равны нулю, в чем легко убедиться, вспомнив формулу направляющего вектора $\bar{p}(-B; A)$, а также общее уравнение прямой по направляющему вектору $\bar{p}(p_1; p_2)$ и точке $M_0(x_0; y_0)$:
$\frac{x - x_0}{p_1} = \frac{y - y_0}{p_2}$
В том, что вектор нормали к прямой всегда ортогонален направляющему вектору к ней можно убедиться с помощью скалярного произведения:
$\bar{p} \cdot \bar{n} = -B \cdot A + A \cdot B = 0 \implies \bar{p} \perp \bar{n}$
Всегда можно составить уравнение прямой, зная координаты принадлежащей ей точки и нормального вектора, поскольку направление прямой следует из его направления. Описав точку как $M(x_0; y_0)$, а вектор как $\bar{n}(A; B)$, можно выразить уравнение прямой в следующем виде:
$A(x - x_0) + B(y - y_0) = 0$
Пример 1
Составить уравнение прямой по точке $M(-1; -3)$ и нормальному вектору $\bar(3; -1)$. Вывести уравнение направляющего вектора.
Для решения задействуем формулу $A \cdot (x - x_0) + B \cdot (y - y_0) = 0$
Подставив значения, получаем:
$3 \cdot (x - (-1)) - (-1) \cdot (y - (-3)) = 0$ $3 \cdot (x + 1) - (y + 3) = 0$ $3x + 3 - y - 3 = 0$ $3x - y = 0$
Проверить правильность общего уравнения прямой можно "сняв" из него координаты для нормального вектора:
$3x - y = 0 \implies A = 3; B = -1 \implies \bar{n}(A; B) = \bar{n}(3; -1),$
Что соответствует числам исходных данных.
Подставив реальные значения, проверим, удовлетворяет ли точка $M(-1; -3)$ уравнению $3x - y = 0$:
$3 \cdot (-1) - (-3) = 0$
Равенство верно. Осталось лишь найти формулу направляющего вектора:
$\bar{p}(-B; A) \implies \bar{p}(1; 3)$
Ответ: $3x - y = 0; \bar{p}(1; 3).$