Курсовая работа (т): Плоскость и прямая в пространстве

Параллельные прямые

Параллельные прямые на эпюре легко распознать «в лицо», ибо одноименные проекции двух параллельных прямых - параллельны.

Обратите внимание: одноименные! Т.е. фронтальные проекции параллельны между собой, а горизонтальные - между собой (рис. 29).

Доказательство: на рисунке 28 в пространстве даны две параллельные прямые АВ и CD. Проведем через них проецирующие плоскости Q и Т - они окажутся параллельными (ибо если две пересекающиеся прямые одной плоскости параллельны двум пересекающимся прямым другой плоскости, то такие плоскости параллельны).

На эпюре З0а заданы параллельные прямые, на эпюре 30б прямые скрещивающиеся, хотя и в том, и в другом случае фронтальные и горизонтальные проекции взаимно параллельны.

Существует, однако, прием, с помощью которого можно определить взаимное положение двух профильных прямых, не прибегая к построению третьих проекции. Для этого достаточно соединить концы проекций вспомогательными прямыми, как по казано на рис 30. Если окажется, что точки пересечения этих прямых лежат на одной линии связи - профильные прямые параллельны между собой - рис. З0а. Если нет - профильные прямые скрещивающиеся (рис. 306).

Особые случаи положения прямых:

Проекции прямого угла

Если две прямые общего положения пересекаются пол прямым углом, то их проекции образуют угол, не равный 90° (рис. 31).

А так как при пересечении двух параллельных плоскостей третьей в пересечении получаются параллельные прямые, то горизонтальные проекции ab и cd - параллельны.

Если повторить операцию и спроецировать прямые АВ и CD на фронтальную плоскость проекций, мы получим тот же результат.

Особый случай представляют собой две профильные прямые, заданные фронтальными и горизонтальными проекциями (рис.30). Как было сказано, у профильных прямых фронтальные и горизонтальные проекции взаимно параллельны, однако, по этому признаку нельзя судить о параллельности двух профильных прямых, не построив третьей проекции.

Задача. Постройте равнобедренный прямоугольный треугольник ABC, катет ВС которою лежит на прямой MN (рис. 34).

Воспользуемся свойством проекции прямого угла и опустим из точки «а» перпендикуляр HА проекцию mn (на пл. Н наш прямой угол проецируется без искажении) - рис. 35.

В качестве вспомогательной прямой, проводимой из конца отрезка под прямым углом к данному, мы используем часть горизонтальной проекции прямой, а именно bm (рис. 36). Отложим на ней величину разности координат Z, взятую с фронтальной проекции, и соединим точку «а» с концом полученного отрезка. Мы получим натуральную величину катета АВ (a’b’; ab).

На рисунках 31 и 32 показаны две прямые общего положения, образующие между собой угол 90° (на рис. 32 эти прямые лежат в одной плоскости Р). Как видим, на эпюрах угол, образованный проекциями прямых, не равен 90°.

Отдельным вопросом мы рассматриваем проекции прямою угла по следующей причине:

Если одна из сторон прямого угла параллельна какой-либо плоскости проекций, то на эту плоскость прямой угол проецируется без искажений (рис. 33).

Мы не станем доказывать это положение (проработайте это самостоятельно), а рассмотрим преимущества, которые можно извлечь из этого правила.

Прежде всего, отметим, что по условию одна из сторон прямого угла параллельна какой-либо плоскости проекций, следовательно, одна из сторон будет либо фронталью, либо горизонталью (может быть и профильной прямой) - рис. 33.

А фронталь и горизонталь на эпюре легко узнать «в лицо» (одна из проекции обязательно параллельна оси ОХ), или ее можно легко построить при необходимости. Кроме того, у фронили и горизонтали есть важнейшее свойство: одна из их проекции обязательно отражает

Пользуясь правилом принадлежности, найдем фронтальную проекцию точки b' с помощью линии связи. У нас появился катет АВ (a'b';ab).

Чтобы отложить катет ВС на стороне MN, нужно сначала определить натуральную величину отрезка АВ (a’d’; ab). Для этого воспользуемся уже изученным правилом прямоугольного треугольника.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Общие уравнения прямой в пространстве

Уравнение прямой может быть рассмотрено как уравнение линии пересечения двух плоскостей. Как было рассмотрено выше, плоскость в векторной форме может быть задана уравнением:

×+ D = 0, где

- нормаль плоскости; - радиус- вектор произвольной точки плоскости.

Пусть в пространстве заданы две плоскости: ×+ D₁ = 0 и ×+ D₂ = 0, векторы нормали имеют координаты: (A₁, B₁, C₁), (A₂, B₂, C₂); (x, y, z). Тогда общие уравнения прямой в векторной форме:

Общие уравнения прямой в координатной форме:

Для этого надо найти произвольную точку прямой и числа m, n, p.При этом направляющий вектор прямой может быть найден как векторное произведение векторов нормали к заданным плоскостям.

Уравнение плоскости в пространстве

Пусть даны точка и ненулевой вектор ( то есть ). Тогда векторное уравнение плоскости , где  - произвольная точка плоскости) принимает вид  - уравнение плоскости по точке и вектору нормали.

Каждое уравнение первой степени при условиизадает в прямоугольной системе координат единственную плоскость, для которой вектор является вектором нормали.

Если , , , ..., то уравнение можно преобразовать к виду. Числа , и равны длинам отрезков, которые отсекает плоскость на осях , и соответственно. Поэтому уравнение называется уравнением плоскости "в отрезках".

Пусть  - какая-нибудь точка плоскости,  - вектор перпендикулярный плоскости. Тогда уравнениеесть уравнение этой плоскости.

Коэффициенты , ; в уравнении плоскости являются координатами вектора, перпендикулярного плоскости.

Если уравнение плоскости разделить на число, равное длине вектора , то получим уравнение плоскости в нормальной форме.

Уравнение плоскости, которая проходит через точку и перпендикулярна ненулевому вектору , имеет вид.

Всякое уравнение первой степени задает в координатном пространстве единственную плоскость, которая перпендикулярна вектору с координатами .

Уравнение является уравнением плоскости, проходящей через точку и перпендикулярной ненулевому вектору .

Каждая плоскость задается в системе прямоугольных координат , ,  уравнением вида .

Верно и обратное утверждение: уравнение вида при условии, что среди коэффициентов , , есть ненулевые, задает в пространстве плоскость в системе прямоугольных координат. Плоскость в пространстве задается в системе прямоугольных координат , , уравнением вида , при условии, что .

Верно и обратное утверждение: уравнение вида при условии задает в пространстве плоскость в системе прямоугольных координат.

Плоскость в пространстве задается уравнением , где , , ,  - действительные числа, причем , , одновременно не равны 0 и составляют координаты вектора , перпендикулярного этой плоскости и называемого вектором нормали.

Плоскость в пространстве задается уравнением , где , , ,  - действительные числа, причем , , одновременно не равны 0 и составляют координаты вектора , перпендикулярного этой плоскости и называемого вектором нормали.

Пусть даны точка и ненулевой вектор ( то есть ). Тогда векторное уравнение плоскости , где  - произвольная точка плоскости) принимает вид  - уравнение плоскости по точке и вектору нормали.

Каждое уравнение первой степени при условиизадает в прямоугольной системе координат единственную плоскость, для которой вектор является вектором нормали.

Если , , , , то уравнение можно преобразовать к виду. Числа , и равны длинам отрезков, которые отсекает плоскость на осях , и соответственно. Поэтому уравнение называется уравнением плоскости "в отрезках".

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Стереометрия. Геометрия в пространстве. Александров А.Д., Вернер А.Л., Рыжик В.И.

2.      Александров П. С. Курс аналитической геометрии и линейной алгебры. - Главная редакция физико-математической литературы, 2000.- 512 с.