Автор статьи

Статью подготовили специалисты образовательного сервиса Zaochnik

Параллельные прямая и плоскость, признак и условия параллельности прямой и плоскости

Содержание:
  1. Параллельные прямые и плоскость – основные сведения
  2. Параллельность прямой и плоскости – признак и условия параллельности

Статья рассматривает понятия параллельность прямой  и плоскости.Будут рассмотрены основные определения и приведены примеры.  Рассмотрим признак параллельности прямой к плоскости с необходимыми и достаточными условиями параллельности, подробно решим примеры заданий.

Параллельные прямые и плоскость – основные сведения

Определение 1

Прямая и плоскость называются параллельными, если не имеют общих точек, то есть не пересекаются.

Параллельность обозначается «». Если в задании по условию прямая aa и плоскость αα параллельны, тогда обозначение имеет вид aαaα. Рассмотрим рисунок, приведенный ниже.

Параллельные прямые и плоскость – основные сведения

Считается, что прямая aa, параллельная плоскости αα и плоскость αα, параллельная прямой aa, равнозначные, то есть прямая и плоскость параллельны друг другу в любом случае.

Параллельность прямой и плоскости – признак и условия параллельности

Не всегда очевидно, что прямая и плоскость параллельны. Зачастую это нужно доказать. Необходимо использовать достаточное условие, которое даст гарантию на параллельность. Такой признак имеет название признака параллельности прямой и плоскости.Предварительно рекомендуется изучить определение параллельных прямых.

Теорема 1

Если заданная прямая aa, не лежащая в плоскости αα, параллельна прямой bb, которая принадлежит плоскости αα, тогда прямая aa параллельна плоскости αα.

Рассмотрим теорему, используемую для установки параллельности прямой с плоскостью.

Теорема 2

Если одна из двух параллельных прямых параллельна плоскости, то другая прямая лежит в этой плоскости либо параллельна ей.

Подробное доказательство рассмотрено в учебнике 10-111011 класса по геометрии. Необходимым и достаточным условием параллельности прямой с плоскостью возможно при наличии определения направляющего вектора прямой и нормального вектора плоскости.

Теорема 3

Для параллельности прямой aa, не принадлежащей плоскости αα, и данной плоскости необходимым и достаточным условием является перпендикулярность направляющего вектора прямой с нормальным вектором заданной плоскости.

Условие применимо, когда необходимо доказать параллельность в прямоугольной системе координат трехмерного пространства. Рассмотрим подробное доказательство.

Доказательство 

Допустим, прямая а в систему координат Оху задается каноническими уравнениями прямой в пространстве , которые имеют вид x-x1ax=y-y1ay=z-z1az или параметрическими уравнениями прямой в пространстве openx=x1+ax·λy=y1+ay·λz=z1+az·λ, плоскостью α с общими уравнениями плоскости Ax+By+Cz+D=0.

Отсюда a=(ax, ay, az) является направляющим вектором с координатами прямой а, n=(A, B, C) - нормальным вектором заданной плоскости альфа.

Чтобы доказать перпендикулярность n=(A, B, C) и a=(ax, ay, az), нужно использовать понятие скалярного произведения. То есть при произведении (a, n)=ax·A+ay·B+az·C результат должен быть равен нулю из условия перпендикулярности векторов.

Значит, что необходимым и достаточным условием параллельности прямой и плоскости запишется так (a, n)=ax·A+ay·B+az·C. Отсюда a=(ax, ay, az) является направляющим вектором прямой a с координатами, а n=(A, B, C) - нормальным вектором плоскости α.

Пример 1

Определить, параллельны ли прямая openx=1+2·λy=-2+3·λz=2-4·λ с плоскостью x+6y+5z+4=0.

Решение

Получаем, что предоставленная прямая не принадлежит плоскости, так как координаты прямой M(1, -2, 2) не подходят. При подстановке получаем, что 1+6·(-2)+5·2+4=03=0.

Необходимо проверить на выполнимость необходимое и достаточное условие параллельности прямой и плоскости. Получим, что координаты направляющего вектора прямой openx=1+2·λy=-2+3·λz=2-4·λимеют значения a=(2, 3, -4).

Нормальным вектором для плоскости x+6y+5z+4=0 считается n=(1, 6, 5). Перейдем к вычислению скалярного произведения векторов a и n. Получим, что (a, n)=2·1+3·6+(-4)·5=0.

Значит, перпендикулярность векторов a и n очевидна. Отсюда следует, что прямая с плоскостью являются параллельными.

Ответ: прямая с плоскостью параллельны.

 

Пример 2

Определить параллельность прямой АВ в координатной плоскости Оуz, когда даны координаты A(2, 3, 0), B(4, -1, -7).

Решение

По условию видно, что точка A(2, 3, 0) не лежит на оси Ох, так как значение x не равно 0.

Для плоскости Oxz вектор с координатами i=(1, 0, 0) считается нормальным вектором данной плоскости. Обозначим направляющий вектор прямой AB как AB. Теперь при помощи координат начала и конца рассчитаем координаты вектора AB. Получим, что AB=(2, -4, -7). Необходимо выполнить проверку на выполнимость необходимого и достаточного условия векторов AB=(2, -4, -7) и i=(1, 0, 0), чтобы определить их перпендикулярность.

Запишем (AB, i)=2·1+(-4)·0+(-7)·0=20.

Отсюда следует, что прямая АВ с координатной плоскостью Оyz не являются параллельными.

Ответ: не параллельны.

Не всегда заданное условие способствует легкому определению доказательства параллельности прямой  и плоскости. Появляется необходимость в проверке принадлежности прямой a плоскости α. Существует еще одно достаточное условие, при помощи которого доказывается параллельность.

При заданной прямой a  с помощью уравнения  двух пересекающихся плоскостей openA1x+B1y+C1z+D1=0A2x+B2y+C2z+D2=0, плоскостью α - общим уравнением плоскости  Ax+By+Cz+D=0.

Теорема 4

Необходимым и достаточным условием для параллельности прямой a и плоскости α яляется отсутствие решений системы линейных уравнений, имеющей вид openA1x+B1y+C1z+D1=0A2x+B2y+C2z+D2=0Ax+By+Cz+D=0.

Доказательство

Из определения следует, что прямая a с плоскостью α не должна иметь общих точек, то есть не пересекаться, только в этом случае они будут считаться параллельными. Значит, система координат Охуz не должна иметь точек, принадлежащих ей и удовлетворяющих всем уравнениям:

openA1x+B1y+C1z+D1=0A2x+B2y+C2z+D2=0, а также уравнению плоскости Ax+By+Cz+D=0

Следовательно, система уравнений, имеющая вид openA1x+B1y+C1z+D1=0A2x+B2y+C2z+D2=0Ax+By+Cz+D=0, называется несовместной.

Верно обратное: при отсутствии решений системы openA1x+B1y+C1z+D1=0A2x+B2y+C2z+D2=0Ax+By+Cz+D=0 не существует точек в Охуz, удовлетворяющих всем заданным уравнениям одновременно. Получаем, что нет такой точки с координатами, которая могла бы сразу быть решениями всех уравнений openA1x+B1y+C1z+D1=0A2x+B2y+C2z+D2=0 и уравнения Ax+By+Cz+D=0. Значит, имеем параллельность прямой и плоскости, так как отсутствуют их точки пересечения.

Система уравнений openA1x+B1y+C1z+D1=0A2x+B2y+C2z+D2=0Ax+By+Cz+D=0 не имеет решения, когда ранг основной матрицы меньше ранга расширенной. Это проверяется теоремой Кронекера-Капелли для решения линейных уравнений. Можно применять метод Гаусса для определения ее несовместимости.

Пример 3

Доказать , что прямая x-1=y+2-1=z3 параллельна плоскости 6x-5y+13z-23=0.

Решение

Для решения данного примера следует переходить от канонического уравнения прямой к виду уравнения двух пересекающихся плоскостей. Запишем это так:

x-1=y+2-1=z3open-1·x=-1·(y+2)3·x=-1·z3·(y+2)=-1·zopenx-y-2=03x+z=0

Чтобы доказать параллельность заданной прямой openx-y-2=03x+z=0 с плоскостью 6x-5y+13z-23=0 , необходимо уравнения преобразовать в систему уравнений openx-y-2=03x+z=06x-5y+13z-23=0.

Видим, что она не решаема, значит прибегнем к методу Гаусса.

Расписав уравнения, получаем, что (1-10230106-51323)~(1-102031-60113-1113)~(1-102031-6000-913).

Отсюда делаем вывод, что система уравнений является несовместной, так как прямая и плоскость не пересекаются, то есть не имеют общих точек.

Делаем вывод, что прямая x-1=y+2-1=z3 и плоскость 6x-5y+13z-23=0 параллельны, так как было выполнено необходимое и достаточное условие для параллельности плоскости с заданной прямой.

Ответ: прямая и плоскость параллельны.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Сохранить статью удобным способом

Навигация по статьям

Наши социальные сети
Не получается написать работу самому?
Доверь это кандидату наук!
Связаться через
Я принимаю условия пользовательского соглашения и  политики приватности, а также даю свое согласие на обработку моих персональных данных
Выполненные работы по математике
  • Математика

    Линейная алгебра и геометрия Теория вероятностей

    • Вид работы:

      Контрольная работа

    • Выполнена:

      17 мая 2012

    • Стоимость:

      600 руб.

    Заказать такую же работу
  • Математика

    теория вероятности

    • Вид работы:

      Контрольная работа

    • Выполнена:

      16 апреля 2012

    • Стоимость:

      500 руб.

    Заказать такую же работу
  • Математика

    теория вероятности

    • Вид работы:

      Контрольная работа

    • Выполнена:

      16 апреля 2012

    • Стоимость:

      500 руб.

    Заказать такую же работу
  • Математика

    исследование функции и построение графика

    • Вид работы:

      Контрольная работа

    • Выполнена:

      27 марта 2012

    • Стоимость:

      200 руб.

    Заказать такую же работу
  • Математика

    две контрольных работы

    • Вид работы:

      Контрольная работа

    • Выполнена:

      25 января 2012

    • Стоимость:

      1 100 руб.

    Заказать такую же работу
  • Математика

    контрольная работа

    • Вид работы:

      Контрольная работа

    • Выполнена:

      24 января 2012

    • Стоимость:

      700 руб.

    Заказать такую же работу