называют каноническими уравнениями прямой. Смысл этого уравнения состоит в том, что по виду этого уравнения мы можем определить точку, через которую проходит прямая и направляющий вектор прямой. После этого можно записать параметрические уравнения прямой и от них перейти к общим уравнениям прямой. Пусть, например, канонические уравнения прямой заданы в условном виде
.
По уравнениям находим, что точка,
через которую проходит прямая, есть , а направляющий
вектор равен
. Следовательно, параметрические
уравнения прямой имеют вид
.
Или
.
Тогда общими уравнениями прямой будет система уравнений
,
При этом может
принимать любые значения. Сама прямая в этом случае параллельна оси
.
§ 3. Переход от одного вида уравнения прямой к другому виду
Как показано выше, уравнения одой и той же прямой можнозаписать по крайней мере в трех видах: общие уравнения прямой, параметрические уравнения прямой и канонические уравнения прямой. Рассмотрим вопрос о переходе от уравнений прямой одного вида к уравнениям прямой в другом виде.
Во-первых заметим, что если заданы уравнения прямой в параметрической форме, то тем самым заданы точка, через которую проходит прямая и направляющий вектор прямой. Поэтому не составляет труда записать уравнения прямой в канонической форме.
Пример.
Даны уравнения прямой в параметрической форме
.
Записать канонические уравнения прямой.
Решение.
Прямая проходит через
точку и имеет направляющий вектор
. Следовательно, канонические
уравнения прямой имеют вид
.
Аналогично решается задача о переходе от канонических уравнений прямой к параметрическим уравнениям прямой.
Переход от канонических уравнений прямой к общим уравнениям прямой рассматривается ниже на примере.
Пример.
Даны канонические уравнения прямой
.
Записать общие уравнения прямой.
Решение.
Запишем канонические уравнения прямой в виде системы двух уравнений
.
Избавляясь от знаменателей путем умножения обеих частей первого уравнения на 6, а второго уравнения на 4, получим систему
.
Или
.
Полученная система уравнений и есть общие уравнения прямой.
Рассмотрим переход от
общих уравнений прямой к параметрическим и каноническим уравнениям прямой.
Чтобы записать канонические или параметрические уравнения прямой, надо знать
точку, через которую проходит прямая, и направляющий вектор прямой. Если
определить координаты двух точек и
, лежащих на прямой, то в качестве
направляющего вектора м можно взять вектор
.
Координаты двух точек, лежащих на прямой, можно получить как решения системы
уравнений, определяющих общие уравнения прямой. В качестве точки, через
которую проходит прямая, можно взять любую из точек
и
. Проиллюстрируем сказанное выше на
примере.
Пример.
Даны общие уравнения прямой
.
Записать параметрические и канонические уравнения прямой.
Решение.
Найдем координаты двух
точек, лежащих на прямой, как решения этой системы уравнений. Полагая , получим систему уравнений
.
Решая эту систему, находим . Следовательно, точка
лежит на прямой. Полагая
, получаем систему уравнений
,
решая которую находим . Следовательно, прямая проходит
через точку
. Тогда в качестве направляющего
вектора можно взять вектор
.
Итак, прямая проходит через точку
и имеет направляющий вектор
. Следовательно, параметрические
уравнения прямой имеют вид
.
Тогда канонические уравнения прямой запишутся в виде
.
Другой способ нахождения направляющего вектора прямой по общим уравнениям прямой основан на том, что в этом случае заданы уравнения плоскостей, а значит и нормали к этим плоскостям.
Пусть общие уравнения прямой имеют вид
и
- нормали к первой и второй
плоскости, соответственно. Тогда вектор
можно
взять в качестве направляющего вектора прямой. В самом деле, прямая, будучи
линией пересечения этих плоскостей, одновременно перпендикулярна векторам
и
.
Следовательно, она коллинеарна вектору
и
значит этот вектор можно взять в качестве направляющего вектора прямой.
Рассмотрим пример.
Пример.
Даны общие уравнения прямой
.
Записать параметрические и канонические уравнения прямой.
Решение.
Прямая является линией
пересечения плоскостей с нормалями и
. Берем в качестве направляющего
вектора прямой вектор
Найдем точку, лежащую на прямой.
Найдем точку, лежащую на прямой. Пусть .
Тогда получаем систему
.
Решая систему, находим .Следовательно, точка
лежит на прямой. Тогда
параметрические уравнения прямой можно записать в виде
.
Канонические уравнения прямой имеют вид
.
Наконец, к каноническим уравнениям можно перейти исключив в одном из уравнений одну из переменных, а затем другую переменную. Рассмотрим этот метод на примере.
Пример.
Даны общие уравнения прямой
.
Записать канонические уравнения прямой.
Решение.
Исключим из второго уравнения переменную у, прибавив к нему первое, умноженное на четыре. Получим
.
Или
.
Теперь исключим из второго
уравнения переменную , прибавив к нему первое
уравнение, умноженное на два. Получим
.
Или
.
Отсюда получаем каноническое уравнение прямой
.
Или
.
Или
.
§4. Взаимное расположение прямых в пространстве. Угол между прямыми.
Для двух прямых в пространстве возможны следующие варианты их взаимного расположения:
а) прямые совпадают;
б) прямые параллельны;
в) прямые пересекаются;
г) прямые скрещиваются.
Рассмотрим как зная уравнения
прямых определить их взаимное расположение. Пусть прямые и
заданы
своими каноническими уравнениями
.
Тогда прямая проходит через точку
и имеет направляющий вектор
, а прямая
проходит
через точку
и имеет направляющий
вектор
. Если прямые совпадают или
параллельны, то векторы
и
компланарны, то есть существует
число
такое, что верно равенство
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.