(完整word)第八章向量代数与空间解析几何教案(同济大学版高数) 下载本文

14(x?2)?9(y?1)?(z?4)?0

即:

14x?9y?z?15?0

二、 平面的一般方程

任一平面都可以用三元一次方程来表示。

平面的一般方程为:

Ax?By?Cz?D?0

几个平面图形特点:

1)D=0:通过原点的平面。

2)A=0:法线向量垂直于x轴,表示一个平行于x轴的平面。 同理:B=0或C=0:分别表示一个平行于y轴或z轴的平面。

3)A=B=0:方程为CZ?D?0,法线向量{0,0,C},方程表示一个平行于xoy面的平面。

同理:AX?D?0和BY?D?0分别表示平行于yoz面和xoz面的平面。 4)反之:任何的三元一次方程,例如:5x?6y?7z?11?0都表示一个平面,该平面的法向量为n?{5,6,?7}

例2:设平面过原点及点(6,?3,2),且与平面4x?y?2z?8垂直,求此平面方程。 解:设平面为Ax?By?Cz?D?0,由平面过原点知D?0

由平面过点(6,?3,2)知6A?3B?2C?0,

?2?n?{4,?1,2} ?4A?B?2C?0 ?A?B??C

3所求平面方程为2x?2y?3z?0三.两平面的夹角 定义:两平面法向量之间的夹角称为两平面的夹角。

设平面?1:A1x?B1y?C1z?D1?0,?2:A2x?B2y?C2z?D2?0

??n1?{A1,B1,C1}, n2?{A2,B2,C2}按照两向量夹角余弦公式有:

cos??|A1A2?B1B2?C1C2|A1?B1?C1?A2?B2?C2222222

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三、几个常用的结论

设平面1和平面2的法向量依次为n1?{A1,B1,C1}和n2?{A2,B2,C2} 1) 两平面垂直:A1A2?B1B2?C1C2?0 2) 两平面平行:

(法向量垂直)

A1B1C1?? A2B2C2 (法向量平行)

3) 平面外一点到平面的距离公式:设平面外的一点P0(x0,y0,z0),平面的方程为

Ax?By?Cz?D?0,则点到平面的距离为

d?Ax0?By0?Cz0?DA?B?C222

例3:研究以下各组里两平面的位置关系:(1)?x?2y?z?1?0,y?3z?1?0

(2)2x?y?z?1?0,(3)2x?y?z?1?0,解:(1)cos???4x?2y?2z?1?0 ?4x?2y?2z?2?0

|?1?0?2?1?1?3|(?1)?2?(?1)?1?31 6022222?160,

两平面相交,夹角??arccos n1?{2,?1,1},n2?{?4,2,?2} ?两平面平行

??2?11 ???42?2?M(1,1,0)??1(3)?M(1,1,0)??2

两平面平行但不重合。

2?1?1?? ?422 两平面平行

?M(1,1,0)??1M(1,1,0)??2 所以两平面重合小结:平面的方程三种常用

表示法:点法式方程,一般方程,截距式方程。

两平面的夹角以及点到平面的距离公式。 作业:

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第四节 空间直线及其方程

教学目的:介绍空间曲线中最常用的直线,与平面同为本章的重点 教学重点:1.直线方程

2.直线与平面的综合题

教学难点:1.直线的几种表达式

2.直线与平面的综合题

教学内容:

一、空间直线的一般方程

空间直线可以看成是两个平面的交线。故其一般方程为:

?A1x?B1y?C1z?D1?0 ??A2x?B2y?C2z?D2?0二、空间直线的对称式方程与参数方程

平行于一条已知直线的非零向量叫做这条直线的方向向量。

已知直线上的一点M0(x0,y0,z0)和它的一方向向量s?{m,n,p},设直线上任一点为

M(x,y,z),那么M0M与s平行,由平行的坐标表示式有: x?x0y?y0z?z0?? mnp此即空间直线的对称式方程(或称为点向式方程)。(写时参照书上注释)

如设

x?x0y?y0z?z0???t mnp就可将对称式方程变成参数方程(t为参数)

?x?x0?mt??y?y0?nt ?z?z?pt0?三种形式可以互换,按具体要求写相应的方程。 例1:用对称式方程及参数方程表示直线??x?y?z?1?0

?2x?y?3z?4?0 15

解:在直线上任取一点(x0,y0,z0),取x0?1 ??解得?y0?30z?6?00?0y?z?2?0y0?0,z0??2,即直线上点坐标(1,0,?2)

因所求直线与两平面的法向量都垂直取s?n1?n2?{4,?1,?3}对称式方程为:

?x?1y?0z?2?x?1?4t参数方程:?y??t例2 一直线过点A(2,?3,4),且和y轴垂直??4?1?3??z??2?3t相交,求其方程 解:因为直线和y轴垂直相交,所以交点为B(0,?3,0)

s?BA?{2,0,4},

所求直线方程:

?x?2y?3z?4两直线的夹角 ??204两直线的方向向量的夹角(通常指锐角)叫做两直线的夹角。

设两直线L1和L2的方向向量依次为s1?{m1,n1,p1}和s2?{m2,n2,p2},两直线的

夹角可以按两向量夹角公式来计算

cos??m1m2?n1n2?p1p2m?n?p?m?n?p212121222222

两直线L1和L2垂直: m1m2?n1n2?p1p2?0 (充分必要条件) 两直线L1和L2平行:

m1n1p??1 m2n2p2 (充分必要条件)

例3:求过点(?3,2,5)且与两平面x?4z?3和2x?y?5z?1的交线平行的直线方程 解:设所求直线的方向向量为s?{m,n,p},根据题意知直线的方向向量与两个平面的法向量都垂直,所以可以取s?n1?n2?{?4,?3,?1}所求直线的方程三、直线与平面的夹角

当直线与平面不垂直时,直线与它在平面上的投影直线的夹角?(0???与平面的夹角,当直线与平面垂直时,规定直线与平面的夹角为

x?3y?2z?5?? 431?2)称为直线

?。 2设直线L的方向向量为s?{m,n,p},平面的法线向量为n?{A,B,C},直线与平面的夹角为?,那么

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