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直线、平面、曲线与曲面

计算直线在平面的投影


给定直线方程L与平面方程\(\Pi\),问投影方程?

根据直线方程L计算直线方向向量s,根据平面方程计算平面法向量p,则\(s\times p\)即可得到垂直与平面且过直线L的新平面法向量。与平面\(\Pi\)联立即为投影方程的直线方程。

求过点与平面平行,又与另一直线相交的直线


过点\(P(-1,0,4)\)且与平面\(3x-4y+z+10=0\)平行,又与直线\(L:\frac{x+1}{1}=\frac{y-3}{1}=\frac{z}{2}\)相交的直线方程为______

先过点P做平面的平行面\(3(x+1)-4y+(z-4)=0\),再求它与直线的交点\(Q(15,19,32)\),最后求直线的方向向量(由点P指向Q),即可得到直线方程。

证明两直线为异面直线


\(L_1:\frac{x-1}{-1}=\frac{y}{2}=\frac{z+1}{1}\),\(L_2:\frac{x+2}{0}=\frac{y-1}{1}=\frac{z-2}{-2}\)

\(M_1\ in\ L_1,\ M_2\ in\ L2,\ (s_1\times s_2)\cdot M_1M_2=0\)意味着共面,否则不共面。

计算点关于平面的对称点


平面\(x-2y+z=12\),点 \(P(1,0,-1)\),求P的对称点。

可知平面法向量\(n\)\((1,-2,1)\),即为过点 \(P\) 垂直于平面的直线的法向量,因此该垂直直线为 \(\frac{x-1}{1}=\frac{y}{-2}=\frac{z+1}{1}\)
接下来计算与平面交点:将直线方程转化为参数形式,带入平面方程中求得t,即可算出交点。
\(P\) 关于交点对称,即算得对称点。

计算过直线与曲面的切平面

  1. 可算的直线的平面束、平面束的法向量\(n_1\)
  2. 可算得曲面的法向量\(n_2\)
  3. 因为是切平面,所以\(n_1\parallel n_2\),即两个向量的\(x\)\(y\)\(z\)分别成比例。
  4. 令切点为\(x_0,y_0,z_0\),联立平面束方程、曲面方程、坐标成比例方程,解出\(x_0,y_0,z_0,\lambda\),代入平面束方程即可解出切平面