Ez a cikk a témáról szól « távolság egy ponttól egy egyenesig », Illusztrált példákkal tárgyalja a pont és az egyenes közötti távolság meghatározását a koordináta módszerrel. A végén minden elméleti blokk példákat mutatott hasonló problémák megoldására.

A pont és az egyenes távolságát a pont és a pont közötti távolság meghatározásával határozzuk meg. Nézzük meg közelebbről.

Legyen egy a egyenes és egy M 1 pont, amely nem tartozik az adott egyeneshez. Rajta keresztül húzunk egy b egyenest, amely merőleges az a egyenesre. Vegyük az egyenesek metszéspontját H 1-nek. Azt kapjuk, hogy M 1 H 1 egy merőleges, amelyet az M 1 pontból az a egyenesbe eresztettünk.

1. definíció

Távolság M 1 ponttól a egyenesig Az M 1 és H 1 pontok közötti távolságnak nevezzük.

Vannak olyan definíciók, amelyek tartalmazzák a merőleges hosszát.

2. definíció

Távolság ponttól vonalig az adott pontból egy adott egyenesre húzott merőleges hossza.

A meghatározások egyenértékűek. Tekintsük az alábbi ábrát.

Ismeretes, hogy egy pont és egy egyenes távolsága a lehető legkisebb. Nézzük ezt egy példával.

Ha egy a egyenesen fekvő Q pontot veszünk, amely nem esik egybe az M 1 ponttal, akkor azt kapjuk, hogy az M 1 Q szakaszt ferde szakasznak nevezzük, M 1-ből a egyenesre süllyesztve. Azt kell jelezni, hogy az M 1 pontból induló merőleges kisebb, mint bármely más, a pontból az egyenesbe húzott ferde vonal.

Ennek bizonyítására tekintsük az M 1 Q 1 H 1 háromszöget, ahol M 1 Q 1 a hipotenusz. Ismeretes, hogy hossza mindig nagyobb, mint bármelyik láb hossza. Ez azt jelenti, hogy M 1 H 1< M 1 Q . Рассмотрим рисунок, приведенный ниже.

A ponttól egy vonalig történő megtaláláshoz szükséges kezdeti adatok lehetővé teszik számos megoldási módszer használatát: a Pitagorasz-tételen keresztül a szinusz, a koszinusz, a szög érintője és mások meghatározása. A legtöbb ilyen típusú feladatot az iskolában oldják meg a geometria órákon.

Amikor egy pont és az egyenes távolságának megállapítása során téglalap alakú koordinátarendszert lehet bevezetni, akkor a koordináta módszert alkalmazzuk. Ebben a bekezdésben megvizsgáljuk az adott ponttól való szükséges távolság meghatározásának két fő módszerét.

Az első módszer az M 1 -től az a egyenesre húzott merőleges távolságot tartalmazza. A második módszer az a egyenes normálegyenletét használja a kívánt távolság meghatározásához.

Ha van a síkon egy M 1 (x 1 , y 1) koordinátájú pont, amely téglalap alakú koordinátarendszerben helyezkedik el, az a egyenes, és meg kell találnia az M 1 H 1 távolságot, akkor a számítást kétfelé is elvégezheti. módokon. Nézzük meg őket.

Első út

Ha a H 1 pontnak vannak x 2, y 2 koordinátái, akkor a pont és az egyenes távolságát az M 1 H 1 = (x 2 - x 1) 2 + (y 2) képlet koordinátái alapján számítjuk ki. - y 1) 2.

Most menjünk tovább a H 1 pont koordinátáinak megkeresésére.

Ismeretes, hogy az O x y-ban lévő egyenes megfelel a síkon lévő egyenes egyenletének. Vegyük az a egyenes meghatározásának módszerét egy általános egyenes vagy egy szögegyenlet felírásával. Megalkotjuk annak az egyenesnek az egyenletét, amely egy adott a egyenesre merőlegesen halad át az M 1 ponton. Jelöljük az egyenest b betűvel. H 1 az a és b egyenesek metszéspontja, ami azt jelenti, hogy a koordináták meghatározásához használja azt a cikket, amely két egyenes metszéspontjának koordinátáival foglalkozik.

Látható, hogy egy adott M 1 (x 1, y 1) pont és az a egyenes távolságának meghatározására szolgáló algoritmust a pontok szerint hajtjuk végre:

3. definíció

• az A 1 x + B 1 y + C 1 = 0 formájú a egyenes vagy egy y = k 1 x + b 1 szögegyütthatós egyenlet általános egyenletének megtalálása;
• megkapjuk a b egyenes általános egyenletét, amelynek alakja A 2 x + B 2 y + C 2 = 0, vagy egy y = k 2 x + b 2 szögegyenletű egyenletet, ha a b egyenes metszi az M 1 pontot és merőleges rá egy adott sor a;
• az a és b metszéspontját jelentő H 1 pont x 2, y 2 koordinátáinak meghatározása, ehhez a lineáris egyenletrendszer megoldása A 1 x + B 1 y + C 1 = 0 A 2 x + B 2 y + C 2 = 0 vagy y = k 1 x + b 1 y = k 2 x + b 2;
• a pont és az egyenes közötti szükséges távolság kiszámítása az M 1 H 1 = (x 2 - x 1) 2 + (y 2 - y 1) 2 képlet segítségével.

Második út

A tétel segíthet megválaszolni egy adott pont és egy sík adott egyenesének távolságát.

Tétel

A téglalap alakú koordinátarendszerben O x y van egy M 1 (x 1, y 1) pontja, amelyből egyenes vonal húzódik a sík normálegyenlete által adott cos α x + cos β y alakú síkra. - p = 0, egyenlő: Az egyenes normálegyenletének bal oldalán kapott abszolút érték, amelyet x = x 1, y = y 1 értékkel számolunk, azt jelenti, hogy M 1 H 1 = cos α · x 1 + cos β · y 1 - p.

Bizonyíték

Az a egyenes a sík normálegyenletének felel meg, amelynek alakja cos α x + cos β y - p = 0, akkor n → = (cos α, cos β) az a egyenes normálvektorának tekinthető a síktól távol eső normálvektornak. origót a p egységekkel való sorba állításához. Meg kell jeleníteni az összes adatot az ábrán, hozzá kell adni egy M 1 (x 1, y 1) koordinátájú pontot, ahol az M 1 - O M 1 pont sugárvektora → = (x 1, y 1). Egy pontból egyenes vonalat kell húzni egy egyenesbe, amit M 1 H 1 -ként jelölünk. Meg kell mutatni az M 1 és H 2 pontok M 2 és H 2 vetületeit az O ponton átmenő egyenesre n → = (cos α, cos β) alakú irányvektorral, és jelöljük a az O M 1 → = (x 1, y 1) vektor numerikus vetítése n → = (cos α, cos β) irányba, mint n p n → O M 1 → .

Az eltérések magának az M1 pontnak a helyétől függenek. Nézzük az alábbi ábrát.

Az eredményeket az M 1 H 1 = n p n → O M → 1 - p képlettel rögzítjük. Ekkor hozzuk az egyenlőséget ebbe az M 1 H 1 = cos α · x 1 + cos β · y 1 - p alakba, hogy megkapjuk n p n → O M → 1 = cos α · x 1 + cos β · y 1 .

A vektorok skaláris szorzata egy n → , O M → 1 = n → · n p n → O M 1 → = 1 · n p n → O M 1 → = n p n → O M 1 → alakú transzformált képletet eredményez, amely koordináta alakú szorzat n → , O M 1 → = cos α · x 1 + cos β · y 1 alakú. Ez azt jelenti, hogy azt kapjuk, hogy n p n → O M 1 → = cos α · x 1 + cos β · y 1 . Ebből következik, hogy M 1 H 1 = n p n → O M 1 → - p = cos α · x 1 + cos β · y 1 - p. A tétel bizonyítást nyert.

Azt találtuk, hogy az M 1 pont (x 1 , y 1) és az a egyenes távolságának meghatározásához a síkon több műveletet kell végrehajtania:

4. definíció

• az a cos α · x + cos β · y - p = 0 egyenes normálegyenletének beszerzése, feltéve, hogy ez nem szerepel a feladatban;
• a cos α · x 1 + cos β · y 1 - p kifejezés kiszámítása, ahol a kapott érték M 1 H 1.

Alkalmazzuk ezeket a módszereket egy pont és egy sík közötti távolság megállapításával kapcsolatos problémák megoldására.

1. példa

Határozza meg az M 1 (- 1, 2) koordinátájú pont és a 4 x - 3 y + 35 = 0 egyenes távolságát.

Megoldás

Használjuk az első módszert a megoldáshoz.

Ehhez meg kell találni az adott M 1 (- 1, 2) ponton átmenő b egyenes általános egyenletét, amely merőleges a 4 x - 3 y + 35 = 0 egyenesre. A feltételből jól látható, hogy a b egyenes merőleges az a egyenesre, akkor irányvektorának koordinátái egyenlők (4, - 3). Így lehetőségünk van a b egyenes kanonikus egyenletét felírni a síkra, hiszen ott vannak a b egyeneshez tartozó M 1 pont koordinátái. Határozzuk meg a b egyenes irányítóvektorának koordinátáit. Azt kapjuk, hogy x - (- 1) 4 = y - 2 - 3 ⇔ x + 1 4 = y - 2 - 3. A kapott kanonikus egyenletet általánossá kell konvertálni. Akkor azt kapjuk

x + 1 4 = y - 2 - 3 ⇔ - 3 · (x + 1) = 4 · (y - 2) ⇔ 3 x + 4 y - 5 = 0

Keressük meg az egyenesek metszéspontjainak koordinátáit, amelyeket H 1 jelölésnek veszünk. Az átalakítások így néznek ki:

4 x - 3 év + 35 = 0 3 x + 4 év - 5 = 0 ⇔ x = 3 4 év - 35 4 3 x + 4 év - 5 = 0 ⇔ x = 3 4 év - 35 4 3 3 4 év - 35 4 + 4 y - 5 = 0 ⇔ ⇔ x = 3 4 y - 35 4 y = 5 ⇔ x = 3 4 5 - 35 4 y = 5 ⇔ x = - 5 y = 5

A fent leírtak alapján azt kaptuk, hogy a H 1 pont koordinátái egyenlők (- 5; 5).

Ki kell számítani az M 1 pont és az a egyenes távolságát. Megvan, hogy az M 1 (- 1, 2) és H 1 (- 5, 5) pontok koordinátái, majd behelyettesítjük a képletbe, hogy megtaláljuk a távolságot és megkapjuk

M 1 H 1 = (- 5 - (- 1) 2 + (5 - 2) 2 = 25 = 5

Második megoldás.

Más módon történő megoldáshoz meg kell kapni az egyenes normálegyenletét. Kiszámoljuk a normalizáló tényező értékét, és megszorozzuk az egyenlet mindkét oldalát 4 x - 3 y + 35 = 0. Innen azt kapjuk, hogy a normalizáló tényező egyenlő - 1 4 2 + (- 3) 2 = - 1 5, és a normál egyenlet a - 1 5 4 x - 3 y + 35 = - 1 5 0 alakú lesz. ⇔ - 4 5 x + 3 5 y - 7 = 0 .

A számítási algoritmus szerint meg kell szerezni az egyenes normálegyenletét, és ki kell számítani az x = - 1, y = 2 értékekkel. Akkor azt kapjuk

4 5 · - 1 + 3 5 · 2 - 7 = - 5

Ebből azt kapjuk, hogy az M 1 (- 1, 2) pont és az adott 4 x - 3 y + 35 = 0 egyenes távolsága - 5 = 5.

Válasz: 5 .

Látható, hogy ennél a módszernél fontos az egyenes normálegyenletének használata, mivel ez a módszer a legrövidebb. De az első módszer kényelmes, mert konzisztens és logikus, bár több számítási pontja van.

2. példa

A síkon van egy O x y téglalap alakú koordinátarendszer M 1 (8, 0) ponttal és y = 1 2 x + 1 egyenessel. Adott pont és egy egyenes távolságának meghatározása.

Megoldás

Az első módszer egy adott egyenlet szögegyütthatóval való redukálását jelenti egy általános egyenletté. Az egyszerűsítés kedvéért másképp is megteheti.

Ha a merőleges egyenesek szögegyütthatóinak szorzata -1, akkor egy adott y = 1 2 x + 1 egyenesre merőleges szögegyüttható értéke 2. Most megkapjuk az M 1 (8, 0) koordinátájú ponton átmenő egyenes egyenletét. Megvan, hogy y - 0 = - 2 · (x - 8) ⇔ y = - 2 x + 16 .

Megkeressük a H 1 pont koordinátáit, vagyis az y = - 2 x + 16 és y = 1 2 x + 1 metszéspontokat. Összeállítunk egy egyenletrendszert, és megkapjuk:

y = 1 2 x + 1 y = - 2 x + 16 ⇔ y = 1 2 x + 1 1 2 x + 1 = - 2 x + 16 ⇔ y = 1 2 x + 1 x = 6 ⇔ ⇔ y = 1 2 · 6 + 1 x = 6 = y = 4 x = 6 ⇒ H 1 (6, 4)

Ebből következik, hogy az M 1 (8, 0) koordinátájú pont és az y = 1 2 x + 1 egyenes távolsága egyenlő az M 1 (8, 0) koordinátájú kezdőpont és végpont távolságával. H1 (6, 4). Számítsuk ki és állapítsuk meg, hogy M 1 H 1 = 6 - 8 2 + (4 - 0) 2 20 = 2 5.

A második megoldás az, hogy egy együtthatós egyenletből a normál alakba lépünk. Vagyis azt kapjuk, hogy y = 1 2 x + 1 ⇔ 1 2 x - y + 1 = 0, akkor a normalizáló tényező értéke - 1 1 2 2 + (- 1) 2 = - 2 5 lesz. Ebből következik, hogy az egyenes normálegyenlete - 2 5 1 2 x - y + 1 = - 2 5 0 ⇔ - 1 5 x + 2 5 y - 2 5 = 0. Végezzük el a számítást az M 1 8, 0 ponttól a - 1 5 x + 2 5 y - 2 5 = 0 alakú egyenesig. Kapunk:

M 1 H 1 = - 1 5 8 + 2 5 0 - 2 5 = - 10 5 = 2 5

Válasz: 2 5 .

3. példa

Ki kell számítani az M 1 (- 2, 4) koordinátájú ponttól a 2 x - 3 = 0 és y + 1 = 0 egyenesek távolságát.

Megoldás

Megkapjuk a 2 x - 3 = 0 egyenes normálalakjának egyenletét:

2 x - 3 = 0 ⇔ 1 2 2 x - 3 = 1 2 0 ⇔ x - 3 2 = 0

Ezután folytatjuk az M 1 - 2, 4 pont és az x - 3 2 = 0 egyenes közötti távolság kiszámítását. Kapunk:

M 1 H 1 = - 2 - 3 2 = 3 1 2

Az y + 1 = 0 egyenes egyenletének van egy normalizáló tényezője, amelynek értéke -1. Ez azt jelenti, hogy az egyenlet a következő formában lesz: - y - 1 = 0. Folytatjuk az M 1 (- 2, 4) pont és az - y - 1 = 0 egyenes közötti távolság kiszámításával. Azt találjuk, hogy egyenlő - 4 - 1 = 5.

Válasz: 3 1 2 és 5.

Nézzük meg közelebbről a sík adott pontjától az O x és O y koordinátatengelyek közötti távolságot.

Téglalap alakú koordinátarendszerben az O tengely y egyenlete egy egyenes, amely nem teljes, és alakja x = 0, és O x - y = 0. Az egyenletek normálisak a koordinátatengelyekre, ekkor meg kell találni az M 1 x 1, y 1 koordinátájú ponttól az egyenesek távolságát. Ez az M 1 H 1 = x 1 és M 1 H 1 = y 1 képletek alapján történik. Nézzük az alábbi ábrát.

4. példa

Határozza meg az M 1 (6, - 7) pont és az O x y síkban lévő koordináta egyenesek távolságát.

Megoldás

Mivel az y = 0 egyenlet az O x egyenesre vonatkozik, a képlet segítségével meghatározhatja az M 1 távolságát adott koordinátákkal ehhez az egyeneshez. Azt kapjuk, hogy 6 = 6.

Mivel az x = 0 egyenlet az O y egyenesre vonatkozik, az M 1 és az egyenes távolságát a képlet segítségével találhatja meg. Akkor azt kapjuk, hogy - 7 = 7.

Válasz: az M 1 és O x közötti távolság 6, M 1 és O y pedig 7.

Ha háromdimenziós térben van egy pontunk, melynek koordinátái M 1 (x 1, y 1, z 1), akkor meg kell találni az A pont és az a egyenes távolságát.

Tekintsünk két módszert, amelyek lehetővé teszik egy pont és a térben elhelyezkedő egyenes a távolságának kiszámítását. Az első esetben az M 1 pont és egy egyenes távolságát veszi figyelembe, ahol az egyenes egy pontját H 1 -nek nevezzük, és ez az M 1 pontból az a egyenesre húzott merőleges alapja. A második eset azt sugallja, hogy ennek a síknak a pontjait kell keresni a paralelogramma magasságaként.

Első út

A definícióból azt kapjuk, hogy az a egyenesen elhelyezkedő M 1 ponttól mért távolság az M 1 H 1 merőleges hossza, ekkor azt kapjuk, hogy a H 1 pont talált koordinátáival, akkor az M 1 ( x 1, y 1, z 1 ) és H 1 (x 1 , y 1 , z 1) az alábbi képlet alapján: M 1 H 1 = x 2 - x 1 2 + y 2 - y 1 2 + z 2 - z 1 2.

Megállapítjuk, hogy az egész megoldás arra irányul, hogy megtaláljuk az M 1-ből az a egyenesre húzott merőleges alapjának koordinátáit. Ez a következőképpen történik: H 1 az a pont, ahol az a egyenes metszi az adott ponton átmenő síkot.

Ez azt jelenti, hogy az M 1 (x 1, y 1, z 1) pont és az a vonal közötti távolság meghatározására szolgáló algoritmus több pontot foglal magában:

5. definíció

• a χ sík egyenletének felvázolása az egyenesre merőlegesen elhelyezkedő adott ponton átmenő sík egyenleteként;
• a H ​​1 ponthoz tartozó koordináták (x 2, y 2, z 2) meghatározása, amely az a egyenes és a χ sík metszéspontja;
• egy pont és egy egyenes távolságának kiszámítása az M 1 H 1 = x 2 - x 1 2 + y 2 - y 1 2 + z 2 - z 1 2 képlet segítségével.

Második út

A feltételből van egy a egyenes, ekkor meghatározhatjuk az a → = a x, a y, a z irányvektort x 3, y 3, z 3 koordinátákkal és az a egyeneshez tartozó bizonyos M 3 ponttal. Ha megvan az M 1 (x 1, y 1) és az M 3 x 3, y 3, z 3 pontok koordinátái, akkor kiszámolhatja az M 3 M 1 →:

M 3 M 1 → = (x 1 - x 3, y 1 - y 3, z 1 - z 3)

Tegyük félre az a → = a x , a y , a z és M 3 M 1 → = x 1 - x 3 , y 1 - y 3 , z 1 - z 3 vektorokat az M 3 pontból , kössük össze és kapjunk egy paralelogramma ábrát . M 1 H 1 a paralelogramma magassága.

Nézzük az alábbi ábrát.

Megvan, hogy az M 1 H 1 magasság a szükséges távolság, akkor a képlet segítségével meg kell találni. Azaz M 1 H 1-et keresünk.

Jelöljük a paralelogramma területét az S betűvel, amelyet az a → = (a x, a y, a z) és az M 3 M 1 → = x 1 - x 3 vektort használó képlettel találunk. y 1 - y 3, z 1 - z 3. A területképlet S = a → × M 3 M 1 → . Ezenkívül az ábra területe egyenlő az oldalai hosszának és a magasságának szorzatával, azt kapjuk, hogy S = a → · M 1 H 1, ahol a → = a x 2 + a y 2 + a z 2, amely az a → = (a x, a y, a z) vektor hossza, amely egyenlő a paralelogramma oldalával. Ez azt jelenti, hogy M 1 H 1 a pont és az egyenes távolsága. Megtalálható az M 1 H 1 = a → × M 3 M 1 → a → képlet segítségével.

Egy M 1 (x 1, y 1, z 1) koordinátájú pont és egy a térbeli egyenes távolságának meghatározásához az algoritmus több lépését kell végrehajtania:

6. definíció

• az a - a → = (a x, a y, a z) egyenes irányvektorának meghatározása;
• az a → = a x 2 + a y 2 + a z 2 irányvektor hosszának kiszámítása;
• az a egyenesen elhelyezkedő M 3 ponthoz tartozó x 3, y 3, z 3 koordináták beszerzése;
• az M 3 M 1 → vektor koordinátáinak kiszámítása;
• az a → (a x, a y, a z) és az M 3 M 1 → = x 1 - x 3, y 1 - y 3, z 1 - z 3 vektorok vektorszorzatának megtalálása a → × M 3 M 1 → = i-ként → j → k → a x a y a z x 1 - x 3 y 1 - y 3 z 1 - z 3, hogy megkapjuk a hosszúságot az a → × M 3 M 1 → képlet segítségével;
• ponttól egy egyenes távolságának kiszámítása M 1 H 1 = a → × M 3 M 1 → a → .

Adott pont és egy adott térbeli egyenes távolságának megállapítási feladatainak megoldása

5. példa

Határozza meg az M 1 2, - 4, - 1 koordinátájú pont távolságát az x + 1 2 = y - 1 = z + 5 5 egyenestől.

Megoldás

Az első módszer az M 1-en átmenő és egy adott pontra merőleges χ sík egyenletének felírásával kezdődik. Ilyen kifejezést kapunk:

2 (x - 2) - 1 (y - (- 4)) + 5 (z - (- 1)) = 0 ⇔ 2 x - y + 5 z - 3 = 0

Meg kell találni annak a H 1 pontnak a koordinátáit, amely a χ síkkal a feltétel által meghatározott egyenes metszéspontja. A kanonikus nézetből át kell lépni a metszőbe. Ekkor a következő alakú egyenletrendszert kapjuk:

x + 1 2 = y - 1 = z + 5 5 ⇔ - 1 · (x + 1) = 2 · y 5 · (x + 1) = 2 · (z + 5) 5 · y = - 1 · (z + 5) ⇔ x + 2 y + 1 = 0 5 x - 2 z - 5 = 0 5 y + z + 5 = 0 ⇔ x + 2 y + 1 = 0 5 x - 2 z - 5 = 0

Ki kell számítani a rendszert x + 2 y + 1 = 0 5 x - 2 z - 5 = 0 2 x - y + 5 z - 3 = 0 ⇔ x + 2 y = - 1 5 x - 2 z = 5 2 x - y + 5 z = 3 Cramer módszerével, akkor azt kapjuk, hogy:

∆ = 1 2 0 5 0 - 2 2 - 1 5 = - 60 ∆ x = - 1 2 0 5 0 - 2 3 - 1 5 = - 60 ⇔ x = ∆ x ∆ = - 60 - 60 = 1 ∆ y = 1 - 1 0 5 5 2 2 3 5 = 60 ⇒ y = ∆ y ∆ = 60 - 60 = - 1 ∆ z = 1 2 - 1 5 0 5 2 - 1 3 = 0 ⇒ z = ∆ = z 0 - ∆ 60 = 0

Innentől megkapjuk, hogy H 1 (1, - 1, 0).

M 1 H 1 = 1 - 2 2 + - 1 - - 4 2 + 0 - - 1 2 = 11

A második módszernek a kanonikus egyenletben a koordináták keresésével kell kezdődnie. Ehhez figyelni kell a tört nevezőire. Ekkor a → = 2, - 1, 5 az x + 1 2 = y - 1 = z + 5 5 egyenes irányvektora. A hosszt a következő képlettel kell kiszámítani: a → = 2 2 + (- 1) 2 + 5 2 = 30.

Jól látható, hogy az x + 1 2 = y - 1 = z + 5 5 egyenes metszi az M 3 pontot (- 1 , 0 , - 5 ), így megkapjuk, hogy az M 3 (- 1 , 0 , - 5) és vége az M 1 2, - 4, - 1 pontban M 3 M 1 → = 3, - 4, 4. Határozzuk meg az a → = (2, - 1, 5) és M 3 M 1 → = (3, - 4, 4) vektorszorzatot!

Az a → × M 3 M 1 → = i → j → k → 2 - 1 5 3 - 4 4 = - 4 i → + 15 j → - 8 k → + 20 i → - 8 formájú kifejezést kapjuk j → = 16 · i → + 7 · j → - 5 · k →

azt találjuk, hogy a vektorszorzat hossza egyenlő: a → × M 3 M 1 → = 16 2 + 7 2 + - 5 2 = 330.

Minden adatunk megvan ahhoz, hogy a képletet használjuk egy ponttól való távolság kiszámításához egy egyeneshez, ezért alkalmazzuk, és kapjuk:

M 1 H 1 = a → × M 3 M 1 → a → = 330 30 = 11

Válasz: 11 .

Ha hibát észlel a szövegben, jelölje ki, és nyomja meg a Ctrl+Enter billentyűkombinációt

A különböző geometriai objektumok közötti távolság megtalálásának képessége fontos az alakzatok felületének és térfogatának kiszámításakor. Ebben a cikkben megvizsgáljuk azt a kérdést, hogyan lehet megtalálni a távolságot egy ponttól egy vonalig térben és síkon.

Egy vonal matematikai leírása

Ahhoz, hogy megértsük, hogyan lehet megtalálni a távolságot egy ponttól egy vonalig, meg kell értened e geometriai objektumok matematikai meghatározásának kérdését.

Egy ponttal minden egyszerű, koordináták halmaza írja le, amelyek száma megfelel a tér méretének. Például egy síkon ez két koordináta, a háromdimenziós térben három.

Ami az egydimenziós objektumot - egy egyenes vonalat illeti, annak leírására többféle egyenletet használnak. Tekintsünk csak kettőt közülük.

Az első típust vektoregyenletnek nevezzük. Az alábbiakban a háromdimenziós és kétdimenziós térben lévő vonalak kifejezései találhatók:

(x; y; z) = (x 0; y 0; z 0) + α × (a; b; c);

(x; y) = (x 0 ; y 0) + α × (a; b)

Ezekben a kifejezésekben a nulla indexű koordináták azt a pontot írják le, amelyen egy adott egyenes áthalad, a koordináták halmaza (a; b; c) és (a; b) a megfelelő egyenes úgynevezett irányvektorai, α pedig a paraméter, amely bármilyen tényleges értéket felvehet.

A vektoregyenlet kényelmes abban az értelemben, hogy kifejezetten tartalmazza az egyenes irányvektorát, amelynek koordinátái felhasználhatók különféle geometriai objektumok, például két egyenes párhuzamossági vagy merőlegességi problémáinak megoldására.

A második típusú egyenletet, amelyet egy egyenesre tekintünk, általánosnak nevezzük. A térben ezt a típust két sík általános egyenlete adja meg. Síkon a következő alakja van:

A × x + B × y + C = 0

Grafikon ábrázolásakor gyakran az X/Y-től való függésként írják le, azaz:

y = -A / B × x + (-C / B)

Itt a -C / B szabad kifejezés az egyenes és az y tengellyel való metszéspont koordinátájának felel meg, az -A / B együttható pedig az egyenesnek az x tengelyhez viszonyított dőlésszögéhez kapcsolódik.

Az egyenes és egy pont távolságának fogalma

Miután foglalkozott az egyenletekkel, közvetlenül továbbléphet annak a kérdésnek a megválaszolására, hogy hogyan lehet megtalálni a távolságot egy ponttól az egyenesig. A 7. osztályban az iskolák a megfelelő érték meghatározásával kezdenek foglalkozni ezzel a kérdéssel.

Egy egyenes és egy pont távolsága az erre az egyenesre merőleges szakasz hossza, amely a kérdéses pontból kimarad. Az alábbi ábrán egy r egyenes és egy A pont látható. Az r egyenesre merőleges szakasz kék színnel látható. A hossza a szükséges távolság.

Itt látható a kétdimenziós eset, de ez a távolság definíció háromdimenziós feladatra is érvényes.

Kötelező képletek

Attól függően, hogy az egyenes egyenletét milyen formában írjuk fel, és milyen térben oldjuk meg a feladatot, két alapképlet adható meg, amelyek választ adnak arra a kérdésre, hogyan találjuk meg az egyenes és egy pont távolságát.

Jelöljük az ismert pontot P 2 szimbólummal. Ha az egyenes egyenlete vektor formában van megadva, akkor d-re a vizsgált objektumok távolságára a képlet érvényes:

d = || / |v¯|

Azaz d meghatározásához ki kell számítani a v¯ egyenes vektor és a P 1 P 2 ¯ vektor vezető szorzatának modulusát, amelynek kezdete az egyenes tetszőleges P 1 pontjában van. , és a vége a P 2 pontban van, akkor ezt a modulust osszuk el v ¯ hosszúsággal. Ez a képlet univerzális sík és háromdimenziós térhez.

Ha a problémát egy síkon az xy koordinátarendszerben tekintjük, és az egyenes egyenlete általános formában van megadva, akkor a következő képlet lehetővé teszi az egyenes és a pont közötti távolság meghatározását az alábbiak szerint:

Egyenes: A × x + B × y + C = 0;

Pont: P 2 (x 2; y 2; z 2);

Távolság: d = |A × x 2 + B × y 2 + C| / √(A 2 + B 2)

A fenti képlet meglehetősen egyszerű, de használatát korlátozzák a fent említett feltételek.

Egy pont egyenesre és távolságra vetítésének koordinátái

Arra a kérdésre, hogy hogyan lehet egy pont és egy egyenes távolságát megtalálni, más módon is megválaszolhatja, ami nem jár a megadott képletek memorizálásával. Ez a módszer magában foglalja egy pont meghatározását egy egyenesen, amely az eredeti pont vetülete.

Tegyük fel, hogy van egy M pont és egy r egyenes. Egy M pont r-re való vetülete egy bizonyos M 1 pontnak felel meg. Az M és r távolság egyenlő az MM 1 ¯ vektor hosszával.

Hogyan találjuk meg M 1 koordinátáit? Nagyon egyszerű. Elég megjegyezni, hogy a v¯ vonalvektor merőleges lesz MM 1 ¯-ra, azaz skaláris szorzatuk nullával egyenlő. Ha ehhez a feltételhez hozzáadjuk azt a tényt, hogy az M 1 koordinátáknak ki kell elégíteniük az r egyenes egyenletét, egyszerű lineáris egyenletrendszert kapunk. Megoldása eredményeként megkapjuk az M pont r-re vetítésének koordinátáit.

Az ebben a bekezdésben leírt technika egy egyenes és egy pont közötti távolság meghatározására használható síkra és térre is, azonban használatához ismerni kell az egyenes vektoregyenletét.

Repülőgép probléma

Most itt az ideje, hogy megmutassuk, hogyan használható a bemutatott matematikai apparátus valódi problémák megoldására. Tegyük fel, hogy a síkon adott egy M(-4; 5) pont. Meg kell találni az M pont és az egyenes távolságát, amelyet egy általános egyenlet ír le:

3 × (-4) + 6 = -6 ≠ 5

Vagyis M nem fekszik egy vonalon.

Mivel az egyenes egyenlete nem általános formában van megadva, ezért a megfelelő képlet használatához ilyen alakra redukáljuk, így van:

y = 3 × x + 6 =>

3 × x - y + 6 = 0

Most behelyettesítheti ismert számokat a d képletébe:

d = |A × x 2 + B × y 2 + C| / √(A 2 +B 2) =

= |3 × (-4) -1 × 5+6| / √(3 2 +(-1) 2) = 11 / √10 ≈ 3,48

Probléma az űrben

Most nézzük meg az esetet az űrben. Leírjuk az egyenest a következő egyenlettel:

(x; y; z) = (1; -1; 0) + α × (3; -2; 1)

Mekkora távolságra van tőle az M(0; 2; -3) pont?

Ugyanúgy, mint az előző esetben, nézzük meg, hogy M az adott sorba tartozik-e. Ehhez behelyettesítjük a koordinátákat az egyenletbe, és kifejezetten átírjuk:

x = 0 = 1 + 3 × α => α = -1/3;

y = 2 = -1 -2 × α => α = -3/2;

Mivel különböző α paramétereket kapunk, M nem ezen az egyenesen fekszik. Számítsuk ki most a távolságot tőle az egyenesig.

A d képlet használatához vegyünk egy tetszőleges pontot egy egyenesen, például P(1; -1; 0), majd:

Számítsuk ki a vektorszorzatot a PM¯ és a v¯ egyenes között. Kapunk:

= [(-1; 3; -3) * (3; -2; 1)] = (-3; -8; -7)

Most behelyettesítjük a talált vektor és a v vektor moduljait a d képletébe, így kapjuk:

d = √(9 + 64 + 49) / √(9 + 4 + 1) ≈ 2,95

Ezt a választ a fent leírt technikával kaphatjuk meg, amely egy lineáris egyenletrendszer megoldását foglalja magában. Ebben és az előző feladatokban az egyenes és egy pont közötti távolság számított értékeit a megfelelő koordináta-rendszer egységeiben mutatjuk be.

Ebben a cikkben egy „varázspálcát” fogunk tárgyalni, amely lehetővé teszi, hogy sok geometriai problémát egyszerű aritmetikára redukáljon. Ez a „bot” nagyban megkönnyítheti az életét, különösen, ha bizonytalannak érzi magát a térbeli alakzatok, metszetek stb. megalkotásában. Mindehhez bizonyos képzelőerő és gyakorlati készség kell. Az a módszer, amelyet itt elkezdünk megvizsgálni, lehetővé teszi, hogy szinte teljesen elvonatkoztasson mindenféle geometriai konstrukciótól és érveléstől. A módszer az ún "koordináta módszer". Ebben a cikkben a következő kérdéseket vizsgáljuk meg:

1. Koordináta sík
2. Pontok és vektorok a síkon
3. Vektor felépítése két pontból
4. Vektor hossza (két pont távolsága).
5. A szakasz közepének koordinátái
6. Vektorok pontszorzata
7. Szög két vektor között

Gondolom már kitaláltad, hogy miért hívják így a koordináta módszert? Igaz, azért kapta ezt a nevet, mert nem geometriai objektumokkal, hanem azok numerikus jellemzőivel (koordinátáival) operál. Maga a transzformáció pedig, amely lehetővé teszi számunkra, hogy a geometriától az algebráig haladjunk, egy koordinátarendszer bevezetéséből áll. Ha az eredeti ábra lapos volt, akkor a koordináták kétdimenziósak, ha pedig az ábra háromdimenziós, akkor a koordináták háromdimenziósak. Ebben a cikkben csak a kétdimenziós esetet vesszük figyelembe. A cikk fő célja pedig az, hogy megtanítsa Önt a koordináta-módszer néhány alapvető technikájának használatára (ezek néha hasznosnak bizonyulnak az egységes államvizsga B. részében a planimetriával kapcsolatos problémák megoldása során). A témával foglalkozó következő két rész a C2 probléma (a sztereometria probléma) megoldási módszereinek tárgyalását szolgálja.

Hol lenne logikus a koordináta-módszer tárgyalását kezdeni? Valószínűleg a koordinátarendszer fogalmából. Emlékezz, amikor először találkoztál vele. Nekem úgy tűnik, hogy 7. osztályban, amikor például egy lineáris függvény létezéséről tanultál. Hadd emlékeztesselek arra, hogy pontról pontra építetted fel. Emlékszel? Kiválasztott egy tetszőleges számot, behelyettesítette a képletbe, és úgy számolta ki. Például ha, akkor, ha, akkor stb. Mit kaptál végül? És pontokat kapott koordinátákkal: és. Ezután rajzoltál egy „keresztet” (koordináta-rendszer), választottál rá egy léptéket (hány cella lesz egységszegmensben), és megjelölted rajta a kapott pontokat, amelyeket azután egy egyenessel összekapcsoltál. vonal a függvény grafikonja.

Van itt néhány pont, amelyeket kicsit részletesebben el kell magyarázni:

1. Kényelmi okokból egyetlen szegmenst választ ki, hogy minden szépen és kompaktan illeszkedjen a rajzba.

2. Elfogadott, hogy a tengely balról jobbra, a tengely pedig lentről felfelé halad

3. Derékszögben metszik egymást, metszéspontjukat origónak nevezzük. Egy levél jelzi.

4. Egy pont koordinátáinak felírásakor például bal oldalon zárójelben a pont tengely menti koordinátája, jobb oldalon pedig a tengely mentén található. Konkrétan egyszerűen azt jelenti, hogy azon a ponton

5. A koordinátatengely bármely pontjának megadásához meg kell adni a koordinátáit (2 szám)

6. A tengely bármely pontjára,

7. A tengely bármely pontjára,

8. A tengelyt x-tengelynek nevezzük

9. A tengelyt y-tengelynek nevezzük

Most tegyük meg a következő lépést: jelöljünk ki két pontot. Kössük össze ezt a két pontot egy szegmenssel. A nyilat pedig úgy helyezzük el, mintha pontról pontra rajzolnánk egy szakaszt: vagyis irányítottá tesszük a szakaszunkat!

Emlékszel, mi a neve egy másik irányszakasznak? Így van, vektornak hívják!

Tehát ha pontot kapcsolunk ponthoz, és a kezdet az A pont, a vége pedig a B pont, akkor vektort kapunk. Te is csináltad ezt az építkezést 8. osztályban, emlékszel?

Kiderült, hogy a vektorokat a pontokhoz hasonlóan két számmal jelölhetjük: ezeket a számokat vektorkoordinátáknak nevezzük. Kérdés: Ön szerint elég, ha ismerjük egy vektor kezdetének és végének koordinátáit, hogy megtaláljuk a koordinátáit? Kiderült, hogy igen! És ez nagyon egyszerűen történik:

Így, mivel egy vektorban a pont a kezdet és a pont a vége, a vektornak a következő koordinátái vannak:

Például ha, akkor a vektor koordinátái

Most tegyük meg az ellenkezőjét, keressük meg a vektor koordinátáit. Min kell ehhez változtatnunk? Igen, fel kell cserélni az elejét és a végét: most a vektor eleje a pontban lesz, a vége pedig a pontban. Akkor:

Nézze meg alaposan, mi a különbség a vektorok és a? Az egyetlen különbség a koordinátákban lévő jelek. Ellentétei. Ezt a tényt általában így írják le:

Néha, ha nincs konkrétan megjelölve, hogy melyik pont a vektor eleje és melyik a vége, akkor a vektorokat nem két nagybetűvel, hanem egy kisbetűvel jelöljük, például: stb.

Most egy kicsit gyakorlat magát, és keresse meg a következő vektorok koordinátáit:

Vizsgálat:

Most oldjon meg egy kicsit nehezebb problémát:

Egy pontban kezdődő vektornak van co-or-di-na-you-ja. Keresse meg az abs-cisz-su pontokat.

Mindez meglehetősen prózai: Legyen a pont koordinátái. Akkor

A rendszert a vektorkoordináták definíciója alapján állítottam össze. Ekkor a pontnak vannak koordinátái. Minket az abszcissza érdekel. Akkor

Válasz:

Mit lehet még csinálni a vektorokkal? Igen, szinte minden ugyanaz, mint a közönséges számoknál (kivéve, hogy nem lehet osztani, de kétféleképpen lehet szorozni, amelyek közül az egyiket egy kicsit később tárgyaljuk)

1. Vektorok hozzáadhatók egymáshoz
2. A vektorok kivonhatók egymásból
3. A vektorok szorozhatók (vagy oszthatók) tetszőleges nem nulla számmal
4. A vektorok egymással szorozhatók

Mindezek a műveletek nagyon világos geometriai ábrázolással rendelkeznek. Például az összeadás és kivonás háromszög (vagy paralelogramma) szabálya:

Egy vektor megnyúlik, összehúzódik vagy irányt változtat, ha számmal szorozzuk vagy osztjuk:

Itt azonban az a kérdés fog érdekelni, hogy mi történik a koordinátákkal.

1. Két vektor összeadásánál (kivonásánál) elemenként adjuk össze (kivonjuk) azok koordinátáit. Azaz:

2. Ha egy vektort megszorozunk (osztunk) egy számmal, akkor az összes koordinátáját megszorozzuk (osztjuk) ezzel a számmal:

Például:

· Keresse meg a co-or-di-nat századtól-ra mennyiségét.

Először keressük meg az egyes vektorok koordinátáit. Mindkettőnek ugyanaz az eredete – a kiindulási pont. A végük különböző. Akkor, . Most számoljuk ki a vektor koordinátáit, ekkor a kapott vektor koordinátáinak összege egyenlő.

Válasz:

Most oldja meg saját maga a következő problémát:

· Keresse meg a vektorkoordináták összegét

Ellenőrizzük:

Tekintsük most a következő problémát: két pontunk van a koordinátasíkon. Hogyan lehet megtalálni a köztük lévő távolságot? Legyen az első pont, és a második. Jelöljük a köztük lévő távolságot. Az érthetőség kedvéért készítsük el a következő rajzot:

Mit tettem? Először összekötöttem a pontokat, és a pontból a tengellyel párhuzamos egyenest, a pontból pedig a tengellyel párhuzamos egyenest húztam. Egy pontban metszették egymást, és figyelemre méltó alakot alkottak? Mi olyan különleges benne? Igen, te és én szinte mindent tudunk a derékszögű háromszögről. Nos, a Pitagorasz-tétel biztosan. A szükséges szakasz ennek a háromszögnek a befogója, a szakaszok pedig a lábak. Melyek a pont koordinátái? Igen, könnyen megtalálhatóak a képről: Mivel a szakaszok párhuzamosak a tengellyel, illetve a hosszuk is könnyen megtalálható: ha a szakaszok hosszát rendre jelöljük, akkor

Most használjuk a Pitagorasz-tételt. Ismerjük a lábak hosszát, megtaláljuk a hipotenúzát:

Így a két pont távolsága a koordinátáktól való négyzetes különbségek összegének gyöke. Vagy - a két pont közötti távolság az őket összekötő szakasz hossza. Könnyen belátható, hogy a pontok közötti távolság nem függ az iránytól. Akkor:

Ebből három következtetést vonunk le:

Gyakoroljunk egy kicsit a két pont távolságának kiszámításában:

Például ha, akkor a és közötti távolság egyenlő

Vagy menjünk más módon: keressük meg a vektor koordinátáit

És keresse meg a vektor hosszát:

Amint látja, ez ugyanaz!

Most gyakorolj egy kicsit magad:

Feladat: keresse meg a jelzett pontok közötti távolságot:

Ellenőrizzük:

Íme néhány további probléma ugyanazzal a képlettel, bár kissé eltérően hangzanak:

1. Keresse meg a szemhéj hosszának négyzetét!

2. Keresse meg a szemhéj hosszának négyzetét!

Gondolom, nehézség nélkül megbirkózott velük? Ellenőrizzük:

1. És ez a figyelmesség kedvéért) Korábban már megtaláltuk a vektorok koordinátáit: . Ekkor a vektornak vannak koordinátái. A hosszának négyzete egyenlő lesz:

2. Keresse meg a vektor koordinátáit!

Ekkor a hosszának négyzete az

Semmi bonyolult, igaz? Egyszerű aritmetika, semmi több.

Az alábbi problémákat nem lehet egyértelműen besorolni, ezek inkább az általános műveltségről és az egyszerű képek rajzolásának képességéről szólnak.

1. Keresse meg a pontot összekötő szög szinuszát a vágásból az abszcissza tengellyel.

És

Hogyan fogunk itt továbbmenni? Meg kell találnunk a és a tengely közötti szög szinuszát. Hol kereshetjük a szinust? Így van, derékszögű háromszögben. Tehát mit kell tennünk? Építsd meg ezt a háromszöget!

Mivel a pont koordinátái és, akkor a szakasz egyenlő, és a szakasz. Meg kell találnunk a szög szinuszát. Hadd emlékeztesselek arra, hogy a szinusz tehát az ellenkező oldal és a hipotenusz aránya

Mi marad nekünk? Keresse meg a hipotenuszt. Ezt kétféleképpen teheti meg: a Pitagorasz-tétel segítségével (a lábak ismertek!) vagy a két pont távolságának képletével (valójában ugyanaz, mint az első módszernél!). Én a második utat választom:

Válasz:

A következő feladat még könnyebbnek tűnik számodra. A pont koordinátáin van.

2. feladat. Innen a per-pen-di-ku-lyar az ab-ciss tengelyre süllyed. Nai-di-te abs-cis-su os-no-va-niya per-pen-di-ku-la-ra.

Készítsünk rajzot:

A merőleges alapja az a pont, ahol az x tengelyt (tengelyt) metszi, számomra ez egy pont. Az ábrán látható, hogy vannak koordinátái: . Érdekel bennünket az abszcissza, vagyis az „x” komponens. Ő egyenlő.

Válasz: .

3. feladat. Az előző feladat feltételei között keresse meg a ponttól a koordinátatengelyek távolságainak összegét!

A feladat általában elemi, ha tudja, mekkora a távolság egy ponttól a tengelyekig. Tudod? Remélem, de mégis emlékeztetlek:

Tehát a fenti rajzomon rajzoltam már egy ilyen merőlegest? Melyik tengelyen van? A tengelyhez. És akkor mekkora a hossza? Ő egyenlő. Most rajzoljon egy merőlegest a tengelyre, és keresse meg a hosszát. Egyenlő lesz, nem? Ekkor az összegük egyenlő.

Válasz: .

4. feladat. A 2. feladat feltételei között keresse meg a pontra szimmetrikus pont ordinátáját az abszcissza tengelyéhez képest!

Azt hiszem, intuitívan világos számodra, hogy mi az a szimmetria? Sok tárgy rendelkezik vele: sok épület, asztal, repülőgép, sok geometriai forma: labda, henger, négyzet, rombusz stb. A szimmetria nagyjából a következőképpen érthető: egy figura két (vagy több) egyforma félből áll. Ezt a szimmetriát axiális szimmetriának nevezzük. Akkor mi az a tengely? Pontosan ez az a vonal, amely mentén a figurát viszonylagosan egyenlő felére lehet „vágni” (ezen a képen a szimmetriatengely egyenes):

Most pedig térjünk vissza a feladatunkhoz. Tudjuk, hogy a tengelyre szimmetrikus pontot keresünk. Ekkor ez a tengely a szimmetriatengely. Ez azt jelenti, hogy meg kell jelölnünk egy pontot úgy, hogy a tengely két egyenlő részre vágja a szakaszt. Próbáljon meg megjelölni egy ilyen pontot. Hasonlítsa össze most az én megoldásommal:

Neked is így sikerült? Bírság! A talált pont ordinátája érdekel bennünket. Ez egyenlő

Válasz:

Most mondd meg nekem, néhány másodperc gondolkodás után, mekkora lesz az A pontra szimmetrikus pont abszcisszája az ordinátához képest? Mi a válaszod? Helyes válasz: .

Általában a szabály így írható fel:

Az abszcissza tengelyhez viszonyított pontra szimmetrikus pont koordinátái:

Az ordinátatengelyhez képest szimmetrikus pontnak vannak koordinátái:

Nos, most már teljesen ijesztő feladat: keresse meg a pontra szimmetrikus pont koordinátáit az origóhoz képest. Először gondold meg magad, aztán nézd meg a rajzomat!

Válasz:

Most paralelogramma probléma:

5. feladat: A pontok megjelennek: ver-shi-na-mi pa-ral-le-lo-gram-ma. Keresse meg az or-di-on-e pontot.

Ezt a problémát kétféleképpen oldhatja meg: logikával és koordináta módszerrel. Először a koordináta módszert használom, aztán elmondom, hogyan lehet másképp megoldani.

Teljesen világos, hogy a pont abszcisszája egyenlő. (a pontból az abszcissza tengelyére húzott merőlegesen fekszik). Meg kell találnunk az ordinátát. Használjuk ki, hogy az ábránk paralelogramma, ez azt jelenti. Határozzuk meg a szakasz hosszát a két pont közötti távolság képletével:

Leengedjük a pontot a tengellyel összekötő merőlegest. A metszéspontot betűvel fogom jelölni.

A szakasz hossza egyenlő. (keresse meg a problémát ott, ahol ezt a pontot tárgyaltuk), akkor a Pitagorasz-tétel segítségével megkeressük a szakasz hosszát:

Egy szakasz hossza pontosan egybeesik az ordinátájával.

Válasz: .

Egy másik megoldás (csak adok egy képet, ami illusztrálja)

A megoldás előrehaladása:

1. Magatartás

2. Keresse meg a pont és a hossz koordinátáit!

3. Bizonyítsd be.

Másik szegmenshossz probléma:

A pontok a háromszög tetején jelennek meg. Keresse meg a középvonalának hosszát, párhuzamos.

Emlékszel, mi a háromszög középvonala? Akkor ez a feladat elemi számodra. Ha nem emlékszel, emlékeztetlek: a háromszög középvonala az az egyenes, amely a szemközti oldalak felezőpontjait köti össze. Párhuzamos az alappal, és egyenlő annak felével.

Az alap egy szegmens. Korábban meg kellett keresnünk a hosszát, egyenlő. Ekkor a középső vonal hossza fele akkora és egyenlő.

Válasz: .

Megjegyzés: ezt a problémát más módon is meg lehet oldani, erre kicsit később térünk ki.

Addig is itt van pár probléma, gyakoroljatok rajtuk, nagyon egyszerűek, de segítenek abban, hogy jobban tudja használni a koordináta módszert!

1. A pontok a tra-pe-ciók teteje. Keresse meg a középvonalának hosszát.

2. Pontok és megjelenések ver-shi-na-mi pa-ral-le-lo-gram-ma. Keresse meg az or-di-on-e pontot.

3. Keresse meg a hosszt a vágástól, összekötve a pontot és

4. Keresse meg a koordinátasíkon a színes ábra mögötti területet!

5. Egy na-cha-le ko-or-di-nat középpontú kör halad át a ponton. Keresse meg a rádiót.

6. Keresse meg-di-te ra-di-us a kört, írja le-san-noy a derékszög-no-ka, valaminek a tetején van egy társ-vagy -di-na-olyan-felelős vagy

Megoldások:

1. Ismeretes, hogy a trapéz középvonala egyenlő az alapjai összegének felével. Az alap egyenlő, és az alap. Akkor

Válasz:

2. Ezt a problémát a legegyszerűbben úgy lehet megoldani, ha ezt megjegyezzük (parallelogramma szabály). A vektorok koordinátáinak kiszámítása nem nehéz: . Vektorok hozzáadásakor a koordináták összeadódnak. Aztán vannak koordináták. A pontnak is vannak ezek a koordinátái, mivel a vektor origója a koordinátákkal rendelkező pont. Érdekel minket az ordináta. Ő egyenlő.

Válasz:

3. Azonnal a két pont távolságának képlete szerint járunk el:

Válasz:

4. Nézze meg a képet, és mondja meg, hogy az árnyékolt terület melyik két figura közé „szorult”? Két négyzet között van elhelyezve. Ezután a kívánt szám területe egyenlő a nagy négyzet területével, mínusz a kicsi területével. Egy kis négyzet oldala egy szakasz, amely összeköti a pontokat, és hossza

Ekkor a kis négyzet területe

Ugyanezt tesszük egy nagy négyzettel is: az oldala a pontokat összekötő szakasz, a hossza pedig az

Ekkor a nagy négyzet területe

Megkeressük a kívánt ábra területét a képlet segítségével:

Válasz:

5. Ha egy kör középpontja az origó, és átmegy egy ponton, akkor a sugara pontosan megegyezik a szakasz hosszával (rajzoljon, és megérti, hogy ez miért nyilvánvaló). Nézzük meg ennek a szakasznak a hosszát:

Válasz:

6. Ismeretes, hogy egy téglalapra körülírt kör sugara egyenlő az átlójának felével. Határozzuk meg a két átló bármelyikének hosszát (elvégre egy téglalapban egyenlők!)

Válasz:

Nos, megbirkózott mindennel? Nem volt túl nehéz kitalálni, igaz? Itt csak egy szabály van - képes legyen vizuális képet készíteni, és egyszerűen „olvassa el” az összes adatot.

Nagyon kevés van hátra. Szó szerint van még két dolog, amit szeretnék megvitatni.

Próbáljuk meg megoldani ezt az egyszerű problémát. Legyen két pont és adott. Keresse meg a szakasz felezőpontjának koordinátáit. A probléma megoldása a következő: legyen a pont a kívánt közepe, akkor megvannak a koordinátái:

Azaz: a szakasz közepének koordinátái = a szakasz végének megfelelő koordinátáinak számtani átlaga.

Ez a szabály nagyon egyszerű, és általában nem okoz nehézséget a tanulóknak. Lássuk, milyen problémák esetén és hogyan használják:

1. Find-di-te or-di-na-tu se-re-di-ny from-cut, connect-the-point és

2. A pontok a világ tetejének tűnnek. Find-di-te vagy-di-na-tu pontok per-re-se-che-niya az ő dia-go-na-ley.

3. Keresse meg-di-te abs-cis-su a kör középpontját, írja le-san-noy a téglalap alakú-no-ka-ról, valaminek a tetején van co-or-di-na-you olyan felelősségteljesen-de.

Megoldások:

1. Az első probléma egyszerűen egy klasszikus. Azonnal folytatjuk a szegmens közepének meghatározását. Koordináták vannak. Az ordináta egyenlő.

Válasz:

2. Könnyen belátható, hogy ez a négyszög paralelogramma (akár rombusz!). Ezt saját maga is bebizonyíthatja, ha kiszámítja az oldalak hosszát és összehasonlítja azokat egymással. Mit tudok a paralelogrammákról? Átlóit kettéosztja a metszéspont! Igen! Tehát mi az átlók metszéspontja? Ez bármelyik átló közepe! Különösen az átlót fogom választani. Ekkor a pontnak vannak koordinátái A pont ordinátája egyenlő.

Válasz:

3. Mivel esik egybe a téglalapra körülírt kör középpontja? Egybeesik átlóinak metszéspontjával. Mit kell tudni a téglalap átlóiról? Egyenlőek, és a metszéspont kettéosztja őket. A feladat az előzőre csökkent. Vegyük például az átlót. Ekkor ha a körülírt kör középpontja, akkor a felezőpont. Koordinátákat keresek: Az abszcissza egyenlő.

Válasz:

Most gyakorolj egy kicsit egyedül, én csak a válaszokat adom az egyes problémákra, hogy teszteld magad.

1. Find-di-te ra-di-us of the circle, description-san-noy a háromszög-no-ka, valaminek a tetején van egy co-or-di -no misters

2. Keresse meg-di-te vagy-di-on-a kör középpontját, írja le a-san-noy-t a-no-ka háromszögről, amelynek tetején vannak koordináták

3. Milyen ra-di-u-sa legyen egy olyan kör, amelynek egy pontjában a középpontja úgy érinti az ab-ciss tengelyt?

4. Keresse meg azokat a pontokat, amelyek a tengely visszaállítási pontján találhatók, majd kivágásból, csatlakoztassa a pontot és

Válaszok:

Minden sikeres volt? Nagyon remélem! Most - az utolsó lökés. Most legyen különösen óvatos. Az az anyag, amelyet most elmagyarázok, nem csak a B rész koordinátamódszerének egyszerű problémáihoz kapcsolódik közvetlenül, hanem a C2 feladatban is mindenhol megtalálható.

Melyik ígéretemet nem tartottam még be? Emlékszel, milyen vektorokra vonatkozó műveleteket ígértem bevezetni, és melyeket vezettem be végül? Biztos vagy benne, hogy nem felejtettem el semmit? Elfelejtettem! Elfelejtettem elmagyarázni, mit jelent a vektorszorzás.

Kétféleképpen lehet vektort vektorral szorozni. A választott módszertől függően különböző természetű objektumokat kapunk:

A kereszttermék meglehetősen ügyesen van megcsinálva. A következő cikkben megvitatjuk, hogyan kell ezt csinálni, és miért van rá szükség. És ebben a skalárszorzatra fogunk összpontosítani.

Kétféle módon tudjuk kiszámítani:

Ahogy sejtette, az eredménynek ugyanannak kell lennie! Tehát először nézzük az első módszert:

Pont termék koordinátákon keresztül

Keresse meg: - a skalárszorzat általánosan elfogadott jelölését

A számítási képlet a következő:

Vagyis a skaláris szorzat = vektorkoordináták szorzatainak összege!

Példa:

Find-di-te

Megoldás:

Keressük meg az egyes vektorok koordinátáit:

A skaláris szorzatot a következő képlet segítségével számítjuk ki:

Válasz:

Látod, semmi bonyolult!

Nos, most próbáld ki magad:

· Keressen egy skaláris pro-iz-ve-de-nie évszázadok és

Sikerült? Talán észrevett egy kis fogást? Ellenőrizzük:

Vektor koordináták, mint az előző feladatban! Válasz: .

A koordináta mellett van egy másik módszer a skaláris szorzat kiszámítására, nevezetesen a vektorok hosszán és a köztük lévő szög koszinuszán keresztül:

A és vektorok közötti szöget jelöli.

Vagyis a skaláris szorzat egyenlő a vektorok hosszának és a köztük lévő szög koszinuszának szorzatával.

Miért kell ez a második képlet, ha megvan az első, ami sokkal egyszerűbb, legalább nincs benne koszinusz. És szükség van rá, hogy az első és a második képletből te és én következtethessünk, hogyan találjuk meg a vektorok közötti szöget!

Emlékezzen a vektor hosszának képletére!

Ha ezt az adatot behelyettesítem a skaláris szorzatképletbe, a következőt kapom:

De más módon:

Szóval mit kaptunk te és én? Most van egy képlet, amely lehetővé teszi két vektor közötti szög kiszámítását! Néha a rövidség kedvéért így is írják:

Vagyis a vektorok közötti szög kiszámításának algoritmusa a következő:

1. Számítsa ki a skaláris szorzatot koordinátákon keresztül
2. Keresse meg a vektorok hosszát, és szorozza meg őket!
3. Az 1. pont eredményét osszuk el a 2. pont eredményével

Gyakoroljunk példákkal:

1. Keresse meg a szemhéjak közötti szöget és. Adja meg a választ grad-du-sah-ban.

2. Az előző feladat feltételei között keresse meg a vektorok közötti koszinuszát!

Tegyük ezt: segítek megoldani az első problémát, a másodikat pedig próbáld meg magad! Egyetért? Akkor kezdjük!

1. Ezek a vektorok régi barátaink. Már kiszámoltuk a skalárszorzatukat, és egyenlő volt. Koordinátáik: , . Ezután megtaláljuk a hosszukat:

Ezután keressük a koszinuszokat a vektorok között:

Mekkora a szög koszinusza? Ez itt a sarok.

Válasz:

Nos, most oldja meg maga a második problémát, majd hasonlítsa össze! Csak egy nagyon rövid megoldást adok:

2. vannak koordinátái, vannak koordinátái.

Legyen az és vektorok közötti szög, akkor

Válasz:

Megjegyzendő, hogy a vizsgadolgozat B. részében a vektorokon és a koordináta-módszeren közvetlenül előforduló problémák meglehetősen ritkák. A C2 feladatok túlnyomó többsége azonban könnyen megoldható egy koordinátarendszer bevezetésével. Tehát ezt a cikket tekintheti annak az alapnak, amely alapján egészen okos konstrukciókat készítünk, amelyekre összetett problémák megoldásához lesz szükségünk.

KOORDINÁTÁK ÉS VEKTOROK. ÁTLAGOS SZINT

Te és én folytatjuk a koordináta-módszer tanulmányozását. Az utolsó részben számos fontos képletet vezettünk le, amelyek lehetővé teszik, hogy:

1. Keresse meg a vektor koordinátáit
2. Határozza meg a vektor hosszát (vagyis: két pont távolságát)
3. Vektorok összeadása és kivonása. Szorozd meg őket egy valós számmal
4. Keresse meg egy szakasz felezőpontját
5. Számítsa ki a vektorok pontszorzatát!
6. Keresse meg a vektorok közötti szöget

Természetesen a teljes koordináta-módszer nem fér bele ebbe a 6 pontba. Ez egy olyan tudomány alapja, mint az analitikus geometria, amelyet az egyetemen fog megismerni. Csak egy olyan alapot akarok építeni, amely lehetővé teszi, hogy egyetlen állapotban oldja meg a problémákat. vizsga. A B rész feladataival foglalkoztunk. Itt az ideje, hogy egy teljesen új szintre lépjünk! Ez a cikk azoknak a C2 problémáknak a megoldásának módszerével foglalkozik, amelyekben ésszerű lenne a koordináta módszerre váltani. Ezt az ésszerűséget az határozza meg, hogy mit kell megtalálni a feladatban, és milyen számadatokat adunk meg. Tehát a koordináta módszert használnám, ha a kérdések a következők:

1. Keresse meg a két sík közötti szöget
2. Keresse meg az egyenes és a sík szögét
3. Keresse meg a szöget két egyenes között
4. Keresse meg egy pont és egy sík távolságát
5. Keresse meg egy pont és egy egyenes távolságát
6. Keresse meg az egyenes és a sík távolságát
7. Keresse meg a távolságot két vonal között

Ha a problémafelvetésben megadott ábra egy forgástest (golyó, henger, kúp...)

A koordináta-módszerhez megfelelő számadatok:

1. Téglalap alakú paralelepipedon
2. Piramis (háromszög, négyszög, hatszögletű)

Tapasztalataimból is nem célszerű a koordináta módszert használni:

1. Keresztmetszeti területek keresése
2. Testek térfogatának kiszámítása

Mindazonáltal azonnal meg kell jegyezni, hogy a gyakorlatban meglehetősen ritka a három „kedvezőtlen” helyzet a koordináta-módszer számára. A legtöbb feladatban ez lehet a megmentőd, főleg, ha nem vagy túl jó a háromdimenziós konstrukciókban (ami néha elég bonyolult lehet).

Mik azok a számok, amelyeket fent felsoroltam? Már nem laposak, mint például egy négyzet, háromszög, kör, hanem terjedelmesek! Ennek megfelelően nem kétdimenziós, hanem háromdimenziós koordinátarendszerrel kell foglalkoznunk. Megépítése meglehetősen egyszerű: az abszcissza és az ordináta tengelyen kívül bevezetünk egy másik tengelyt, az alkalmazási tengelyt. Az ábra sematikusan mutatja relatív helyzetüket:

Mindegyik egymásra merőleges és egy pontban metszi egymást, amit koordináták origójának nevezünk. A korábbiakhoz hasonlóan az abszcissza tengelyt, az ordinátatengelyt - és a bevezetett alkalmazási tengelyt - jelöljük.

Ha korábban a sík minden pontját két szám jellemezte - az abszcissza és az ordináta, akkor a tér minden pontját már három szám írja le - az abszcissza, az ordináta és az applikáta. Például:

Ennek megfelelően egy pont abszcisszája egyenlő, az ordinátája , az applikációja pedig .

Néha egy pont abszcisszáját egy pontnak az abszcissza tengelyére vetítésének is nevezik, ordinátának - egy pontnak az ordináta tengelyére való vetületének, és az applikációnak - egy pont vetületének az alkalmazási tengelyre. Ennek megfelelően, ha egy pont adott, akkor egy pont koordinátákkal:

egy pont síkra vetítésének nevezzük

egy pont síkra vetítésének nevezzük

Felmerül a természetes kérdés: érvényes-e a térben a kétdimenziós esetre levezetett összes képlet? A válasz: igen, tisztességesek és ugyanolyan megjelenésűek. Egy apró részletre. Szerintem már kitaláltad, melyik az. Minden képlethez hozzá kell adnunk még egy, az alkalmazási tengelyért felelős kifejezést. Ugyanis.

1. Ha két pontot adunk: , akkor:

• Vektor koordináták:
• Két pont közötti távolság (vagy vektorhossz)
• A szakasz felezőpontja koordinátákkal rendelkezik

2. Ha két vektor adott: és, akkor:

• Skaláris szorzatuk egyenlő:
• A vektorok közötti szög koszinusza egyenlő:

A tér azonban nem ilyen egyszerű. Mint érti, egy további koordináta hozzáadása jelentős változatosságot eredményez az ebben a térben „élő” alakok spektrumában. A további narrációhoz pedig be kell mutatnom az egyenes vonal néhány, durván szólva „általánosítását”. Ez az „általánosítás” egy sík lesz. Mit tudsz a repülőről? Próbálj meg válaszolni arra a kérdésre, hogy mi az a repülőgép? Nagyon nehéz megmondani. Azonban mindannyian intuitív módon elképzeljük, hogyan néz ki:

Nagyjából ez egyfajta végtelen „lap”, amely az űrbe ragadt. A „végtelen”-et úgy kell érteni, hogy a sík minden irányba kiterjed, azaz területe egyenlő a végtelennel. Ez a „gyakorlatias” magyarázat azonban a legcsekélyebb fogalmat sem ad a repülőgép szerkezetéről. És ő lesz az, aki érdeklődni fog irántunk.

Emlékezzünk a geometria egyik alapvető axiómájára:

• egy egyenes egy síkon két különböző ponton halad át, és csak egy:

Vagy analógja az űrben:

Természetesen emlékszel, hogyan kell két adott pontból levezetni egy egyenes egyenletét; ez egyáltalán nem nehéz: ha az első pontnak vannak koordinátái: és a másodiknak, akkor az egyenes egyenlete a következő lesz:

Ezt 7. osztályban vetted. A térben az egyenes egyenlete így néz ki: adjunk meg két pontot koordinátákkal: , akkor a rajtuk áthaladó egyenes egyenlete a következő:

Például egy vonal pontokon halad át:

Hogyan kell ezt érteni? Ezt a következőképpen kell érteni: egy pont akkor fekszik egy egyenesen, ha a koordinátái kielégítik a következő rendszert:

Nem nagyon fogunk érdekelni az egyenes egyenlete, de oda kell figyelnünk az egyenes irányvektorának nagyon fontos fogalmára. - bármely nem nulla vektor, amely egy adott egyenesen vagy azzal párhuzamosan fekszik.

Például mindkét vektor egy egyenes irányvektora. Legyen egy pont egy egyenesen, és legyen az irányvektora. Ekkor az egyenes egyenlete a következő formában írható fel:

Még egyszer mondom, nem nagyon fog érdekelni az egyenes egyenlete, de nagyon fontos, hogy emlékezzen, mi az irányvektor! Újra: ez BÁRMELY nem nulla vektor, amely egy egyenesen vagy azzal párhuzamosan fekszik.

Visszavonás sík egyenlete három adott pont alapján már nem annyira triviális, és a kérdéssel általában nem foglalkoznak a középiskolai tanfolyamokon. De hiába! Ez a technika létfontosságú, amikor a koordináta módszert alkalmazzuk összetett problémák megoldására. Feltételezem azonban, hogy szívesen tanulsz valami újat? Sőt, lenyűgözheti tanárát az egyetemen, amikor kiderül, hogy már tudja, hogyan kell használni egy olyan technikát, amelyet általában egy analitikus geometria tanfolyamon tanulnak. Tehát kezdjük.

A sík egyenlete nem különbözik túlságosan a síkon lévő egyenes egyenletétől, nevezetesen a következő alakja van:

néhány szám (nem mindegyik nulla), hanem változók, például: stb. Mint látható, a sík egyenlete nem nagyon különbözik az egyenes egyenletétől (lineáris függvény). De emlékszel, min vitatkoztunk? Azt mondtuk, hogy ha van három olyan pontunk, amely nem ugyanazon az egyenesen fekszik, akkor ezekből egyedileg rekonstruálható a sík egyenlete. De hogyan? Megpróbálom elmagyarázni neked.

Mivel a sík egyenlete:

És a pontok ehhez a síkhoz tartoznak, akkor az egyes pontok koordinátáit a sík egyenletébe behelyettesítve megkapjuk a helyes azonosságot:

Így három egyenletet kell megoldani ismeretlenekkel! Dilemma! Ezt azonban mindig feltételezheti (ehhez el kell osztania vele). Így három egyenletet kapunk három ismeretlennel:

Egy ilyen rendszert azonban nem fogunk megoldani, hanem kiírjuk az ebből következő titokzatos kifejezést:

Három adott ponton áthaladó sík egyenlete

\[\left| (\begin(tömb)(*(20)(c))(x - (x_0))&((x_1) - (x_0))&((x_2) - (x_0))\\(y - (y_0) )&((y_1) - (y_0))&((y_2) - (y_0))\\(z - (z_0))&((z_1) - (z_0))&((z_2) - (z_0)) \end(tömb)) \jobbra| = 0\]

Állj meg! Mi ez? Valami nagyon szokatlan modul! Az Ön előtt látható objektumnak azonban semmi köze a modulhoz. Ezt az objektumot harmadrendű determinánsnak nevezzük. Mostantól kezdve, amikor a koordináták módszerével foglalkozik egy síkon, nagyon gyakran találkozik ugyanezekkel a meghatározókkal. Mi az a harmadrendű determináns? Furcsa módon ez csak egy szám. Meg kell érteni, hogy milyen konkrét számot fogunk összehasonlítani a determinánssal.

Először írjuk le a harmadrendű determinánst általánosabb formában:

Hol van néhány szám. Sőt, az első index alatt a sorszámot, az indexen pedig az oszlopszámot értjük. Például ez azt jelenti, hogy ez a szám a második sor és a harmadik oszlop metszéspontjában van. Tegyük fel a következő kérdést: hogyan fogunk pontosan kiszámítani egy ilyen determinánst? Vagyis milyen konkrét számot fogunk vele összehasonlítani? A harmadrendű determinánshoz van egy heurisztikus (vizuális) háromszögszabály, amely így néz ki:

1. A főátló elemeinek szorzata (a bal felső sarokból a jobb alsóba) az első háromszöget alkotó elemek szorzata a főátlóra „merőlegesen” a második háromszöget alkotó elemek szorzata „merőlegesen” a főátlóra főátló
2. A másodlagos átló elemeinek szorzata (a jobb felső sarokból a bal alsóba) az első háromszöget alkotó elemek szorzata a másodlagos átlóra „merőlegesen” a második háromszöget alkotó elemek szorzata a szekunder átlóra „merőlegesen” másodlagos átló
3. Ekkor a determináns egyenlő az és lépésben kapott értékek különbségével

Ha mindezt számokkal írjuk le, a következő kifejezést kapjuk:

Ebben a formában azonban nem kell emlékezni a számítási módszerre, elég, ha csak a fejedben tartja a háromszögeket, és azt a gondolatot, hogy mi ad hozzá, és miből mit vonnak le.

Illusztráljuk a háromszög módszert egy példával:

1. Számítsa ki a determinánst:

Gondoljuk át, mit adunk hozzá és mit vonunk ki:

Pluszt jelentő feltételek:

Ez a főátló: az elemek szorzata egyenlő

Az első háromszög, amely merőleges a főátlóra: az elemek szorzata egyenlő

Második háromszög, "merőleges a főátlóra: az elemek szorzata egyenlő

Adj össze három számot:

Mínuszos kifejezések

Ez egy oldalátló: az elemek szorzata egyenlő

Az első háromszög, „merőleges a másodlagos átlóra: az elemek szorzata egyenlő

A második háromszög, „a másodlagos átlóra merőleges: az elemek szorzata egyenlő

Adj össze három számot:

Már csak a „plusz” kifejezések összegét kell levonni a „mínusz” kifejezések összegéből:

És így,

Amint látja, nincs semmi bonyolult vagy természetfeletti a harmadrendű determinánsok kiszámításában. Csak fontos, hogy emlékezzen a háromszögekre, és ne kövess el számtani hibákat. Most próbáld meg kiszámolni magad:

Ellenőrizzük:

1. Az első háromszög, amely merőleges a főátlóra:
2. Második háromszög, amely merőleges a főátlóra:
3. A plusz kifejezések összege:
4. Az első háromszög, amely merőleges a másodlagos átlóra:
5. Második háromszög, amely merőleges az oldalátlóra:
6. Mínuszos kifejezések összege:
7. A pluszt tartalmazó tagok összege mínusz a mínuszos tagok összege:

Íme még néhány meghatározó tényező, számolja ki saját maga az értékeiket, és hasonlítsa össze őket a válaszokkal:

Válaszok:

Nos, minden egybeesett? Remek, akkor mehet tovább! Ha nehézségek adódnak, akkor a következő a tanácsom: az interneten sok program található a meghatározó online kiszámítására. Csak ki kell találnia a saját meghatározóját, ki kell számolnia, majd össze kell hasonlítania azzal, amit a program számol. És így tovább, amíg az eredmények egybe nem kezdenek. Biztos vagyok benne, hogy ez a pillanat nem tart sokáig!

Most térjünk vissza a determinánshoz, amit akkor írtam ki, amikor egy három adott ponton áthaladó sík egyenletéről beszéltem:

Csak ki kell számítania az értékét közvetlenül (háromszög módszerrel), és az eredményt nullára kell állítani. Természetesen, mivel ezek változók, kapsz valamilyen kifejezést, amely tőlük függ. Ez a kifejezés lesz az egyenlete annak a síknak, amely átmegy három adott ponton, amelyek nem ugyanazon az egyenesen fekszenek!

Illusztráljuk ezt egy egyszerű példával:

1. Szerkessze meg a pontokon átmenő sík egyenletét!

Összeállítunk egy meghatározót erre a három pontra:

Egyszerűsítsünk:

Most közvetlenül számítjuk ki a háromszögszabály segítségével:

\[(\left| (\begin(array)(*(20)(c))(x + 3)&2&6\\(y - 2)&0&1\\(z + 1)&5&0\end(tömb)) \ right| = \left((x + 3) \right) \cdot 0 \cdot 0 + 2 \cdot 1 \cdot \left((z + 1) \right) + \left((y - 2) \right \cdot 5 \cdot 6 - )\]

Így a pontokon áthaladó sík egyenlete:

Most próbáljon meg egyedül megoldani egy problémát, majd megbeszéljük:

2. Határozza meg a pontokon áthaladó sík egyenletét!

Nos, most beszéljük meg a megoldást:

Hozzunk létre egy determinánst:

És számítsd ki az értékét:

Ekkor a sík egyenlete a következőképpen alakul:

Vagy csökkentve a következőt kapjuk:

Most két feladat az önkontrollhoz:

1. Szerkesszük meg a három ponton áthaladó sík egyenletét:

Válaszok:

Minden egybeesett? Ismétlem, ha vannak bizonyos nehézségek, akkor a tanácsom a következő: vegyél ki három pontot a fejedből (nagy valószínűséggel nem fognak ugyanazon az egyenesen feküdni), építs ezek alapján egy síkot. Aztán megnézed magad online. Például az oldalon:

Determinánsok segítségével azonban nemcsak a sík egyenletét fogjuk megszerkeszteni. Ne feledje, mondtam, hogy nem csak pontszorzat van meghatározva a vektorokhoz. Létezik vektortermék is, valamint vegyes termék is. És ha két vektor skaláris szorzata egy szám, akkor két vektor vektorszorzata lesz vektor, és ez a vektor merőleges lesz az adott vektorokra:

Ezenkívül a modulja egyenlő lesz a vektorokra épített paralelogramma területével és. Erre a vektorra szükségünk lesz egy pont és egy egyenes közötti távolság kiszámításához. Hogyan számíthatjuk ki a vektorok vektorszorzatát, és ha a koordinátáik adottak? A harmadrendű meghatározó ismét segítségünkre van. Mielőtt azonban rátérnék a vektorszorzat kiszámításának algoritmusára, egy kis kitérőt kell tennem.

Ez az eltérés a bázisvektorokra vonatkozik.

Az ábrán sematikusan láthatók:

Szerinted miért hívják alapnak? A tény az, hogy :

Vagy a képen:

A képlet érvényessége nyilvánvaló, mert:

vektoros alkotás

Most elkezdhetem bemutatni a keresztterméket:

Két vektor vektorszorzata egy vektor, amelyet a következő szabály szerint számítunk ki:

Most mondjunk néhány példát a keresztszorzat kiszámítására:

1. példa: Keresse meg a vektorok keresztszorzatát:

Megoldás: Teszek egy meghatározót:

És kiszámolom:

A bázisvektorokon keresztüli írásból most visszatérek a szokásos vektorjelöléshez:

És így:

Most próbáld ki.

Kész? Ellenőrizzük:

És hagyományosan kettő ellenőrzési feladatok:

1. Keresse meg a következő vektorok vektorszorzatát:
2. Keresse meg a következő vektorok vektorszorzatát:

Válaszok:

Három vektor vegyes szorzata

Az utolsó konstrukció, amelyre szükségem lesz, három vektor vegyes szorzata. Ez, mint a skalár, egy szám. Kétféleképpen lehet kiszámítani. - determinánson keresztül, - vegyes terméken keresztül.

Adjunk ugyanis három vektort:

Ekkor három vektor vegyes szorzata, amelyet jelöl, a következőképpen számítható ki:

1. - azaz a vegyes szorzat egy vektor skalárszorzata és két másik vektor vektorszorzata

Például három vektor vegyes szorzata:

Próbáld meg kiszámolni magad a vektorszorzat segítségével, és győződjön meg arról, hogy az eredmények egyeznek!

És ismét két példa a független megoldásokra:

Válaszok:

Koordinátarendszer kiválasztása

Nos, most már rendelkezünk az összes szükséges tudásalappal, hogy megoldjuk az összetett sztereometrikus geometriai problémákat. Mielőtt azonban közvetlenül a példákra és a megoldásukra szolgáló algoritmusokra térnék rá, úgy gondolom, hogy hasznos lesz elidőzni a következő kérdésen: hogyan pontosan válasszon koordinátarendszert egy adott ábrához. Hiszen a koordináta-rendszer és a térbeli ábra egymáshoz viszonyított helyzetének megválasztása határozza meg végső soron, hogy a számítások mennyire lesznek nehézkesek.

Hadd emlékeztessem önöket, hogy ebben a részben a következő számadatokat vesszük figyelembe:

1. Téglalap alakú paralelepipedon
2. Egyenes prizma (háromszög, hatszögletű...)
3. Piramis (háromszög, négyszög)
4. Tetraéder (ugyanaz, mint a háromszög alakú piramis)

Téglalap alakú paralelepipedonhoz vagy kockához a következő konstrukciót ajánlom:

Vagyis „a sarokba” helyezem a figurát. A kocka és a paralelepipedon nagyon jó figurák. Számukra mindig könnyen megtalálhatja csúcsainak koordinátáit. Például, ha (amint a képen látható)

akkor a csúcsok koordinátái a következők:

Természetesen erre nem kell emlékeznie, de tanácsos megjegyezni, hogyan kell a legjobban elhelyezni egy kockát vagy téglalap alakú paralelepipedust.

Egyenes prizma

A prizma károsabb alak. A térben többféleképpen is elhelyezhető. Számomra azonban a következő lehetőség tűnik a legelfogadhatóbbnak:

Háromszög prizma:

Vagyis a háromszög egyik oldalát teljesen a tengelyre helyezzük, és az egyik csúcs egybeesik a koordináták origójával.

Hatszögletű prizma:

Vagyis az egyik csúcs egybeesik az origóval, és az egyik oldal a tengelyen fekszik.

Négyszögletű és hatszögletű piramis:

A helyzet hasonló a kockához: az alap két oldalát a koordinátatengelyekhez igazítjuk, az egyik csúcsot pedig a koordináták origójához igazítjuk. Az egyetlen apró nehézséget a pont koordinátáinak kiszámítása okozza.

Hatszögletű piramis esetén ugyanaz, mint hatszögletű prizmánál. A fő feladat ismét a csúcs koordinátáinak megtalálása lesz.

Tetraéder (háromszög alakú piramis)

A helyzet nagyon hasonló ahhoz, amit egy háromszög prizmára adtam: az egyik csúcs egybeesik az origóval, az egyik oldal a koordináta tengelyén fekszik.

Nos, most végre közel vagyunk a problémák megoldásához. Abból, amit a cikk elején mondtam, a következő következtetést vonhatja le: a legtöbb C2 probléma 2 kategóriába sorolható: szögproblémák és távolsági problémák. Először is megvizsgáljuk a szögkeresés problémáit. Ezeket viszont a következő kategóriákra osztják (a bonyolultság növekedésével):

Problémák a szögek megtalálásakor

1. Két egyenes közötti szög meghatározása
2. Két sík közötti szög meghatározása

Nézzük meg ezeket a problémákat egymás után: kezdjük azzal, hogy keressük meg két egyenes közötti szöget. Nos, ne feledd, nem oldottunk meg te és én korábban hasonló példákat? Emlékszel, volt már valami hasonló... Két vektor közötti szöget kerestük. Hadd emlékeztesselek, ha két vektor adott: és, akkor a köztük lévő szöget a relációból kapjuk meg:

Most az a célunk, hogy megtaláljuk a szöget két egyenes között. Nézzük a „lapos képet”:

Hány szöget kaptunk, amikor két egyenes metszi egymást? Csak néhány dolog. Igaz, csak kettő nem egyenlő, míg a többi függőleges rájuk nézve (és ezért egybeesik velük). Tehát melyik szöget tekintsük két egyenes közötti szögnek: vagy? Itt a szabály: két egyenes közötti szög mindig nem nagyobb, mint fok. Vagyis két szögből mindig a legkisebb fokszámú szöget választjuk. Vagyis ezen a képen két egyenes közötti szög egyenlő. Annak érdekében, hogy ne fáradjon minden alkalommal a két szög közül a legkisebb megtalálásával, a ravasz matematikusok egy modulus használatát javasolták. Így a két egyenes közötti szöget a következő képlet határozza meg:

Figyelmes olvasóként fel kellett volna tennie a kérdést: pontosan honnan kapjuk ezeket a számokat, amelyekre egy szög koszinuszának kiszámításához szükségünk van? Válasz: a vonalak irányvektoraiból vesszük őket! Így a két egyenes közötti szög meghatározásának algoritmusa a következő:

1. Az 1-es formulát alkalmazzuk.

Vagy részletesebben:

1. Az első egyenes irányvektorának koordinátáit keressük
2. A második egyenes irányvektorának koordinátáit keressük
3. Kiszámoljuk a skalárszorzatuk modulusát
4. Az első vektor hosszát keressük
5. A második vektor hosszát keressük
6. Szorozzuk meg a 4. pont eredményét az 5. pont eredményével
7. A 3. pont eredményét elosztjuk a 6. pont eredményével. Megkapjuk az egyenesek közötti szög koszinuszát
8. Ha ez az eredmény lehetővé teszi a szög pontos kiszámítását, akkor azt keressük
9. Egyébként arc koszinuszon keresztül írunk

Nos, most itt az ideje, hogy áttérjünk a problémákra: az első kettő megoldását részletesen bemutatom, egy másiknak röviden bemutatom a megoldást, az utolsó két feladatra pedig csak a választ adom; minden számítást magának kell elvégeznie.

Feladatok:

1. A jobb oldali tet-ra-ed-re mezőben keresse meg a tet-ra-ed-ra magassága és a középső oldal közötti szöget.

2. A jobb oldali hatsarkú pi-ra-mi-de-ben a száz os-no-va-niyas egyenlő, és az oldalélek egyenlők, keresse meg a vonalak közötti szöget és.

3. A jobb négyszenes pi-ra-mi-dy összes élének hossza egyenlő egymással. Keresse meg az egyenesek közötti szöget, és ha a vágásból - a megadott pi-ra-mi-dy-vel áll, akkor a pont se-re-di-a bo-co- második bordáin

4. A kocka szélén van egy pont úgy, hogy Keresse meg az egyenesek és az egyenesek közötti szöget

5. Pont - a kocka élein Határozza meg az egyenesek és az egyenesek közötti szöget.

Nem véletlenül rendeztem ebbe a sorrendbe a feladatokat. Amíg Ön még nem kezdett el navigálni a koordináta-módszerben, én magam elemzem a „legproblémásabb” ábrákat, és rátok bízom a legegyszerűbb kockával! Fokozatosan meg kell tanulnod az összes figurával dolgozni, témáról témára bonyolítom a feladatokat.

Kezdjük a problémák megoldásával:

1. Rajzolj egy tetraédert, helyezd el a koordinátarendszerben, ahogy korábban javasoltam. Mivel a tetraéder szabályos, minden lapja (beleértve az alapot is) szabályos háromszög. Mivel nincs megadva az oldal hossza, egyenlőnek tudom venni. Azt hiszem, megérti, hogy a szög valójában nem attól függ, hogy a tetraéderünk mennyire „feszül”? A magasságot és a mediánt is megrajzolom a tetraéderben. Útközben lerajzolom az alapját (nekünk is hasznos lesz).

Meg kell találnom a szöget és között. Mit tudunk? Csak a pont koordinátáját ismerjük. Ez azt jelenti, hogy meg kell találnunk a pontok koordinátáit. Most azt gondoljuk: egy pont a háromszög magasságainak (vagy felezőinek vagy mediánjainak) metszéspontja. És egy pont egy emelt pont. A pont a szakasz közepe. Akkor végre meg kell találnunk: a pontok koordinátáit: .

Kezdjük a legegyszerűbb dologgal: egy pont koordinátáival. Nézze meg az ábrát: Jól látható, hogy egy pont alkalmazása egyenlő nullával (a pont a síkon fekszik). Az ordinátája egyenlő (mivel a medián). Nehezebb megtalálni az abszcisszáját. Ez azonban könnyen megtehető a Pitagorasz-tétel alapján: Tekintsünk egy háromszöget. A hipotenusza egyenlő, és az egyik lába egyenlő. Ekkor:

Végre megvan: .

Most keressük meg a pont koordinátáit. Nyilvánvaló, hogy alkalmazása ismét nulla, ordinátája pedig megegyezik a pontéval, azaz. Keressük meg az abszcisszáját. Ez elég triviálisan történik, ha emlékszel rá egy egyenlő oldalú háromszög metszéspont szerinti magasságát arányosan elosztjuk, felülről számolva. Mivel: , akkor a pont szükséges abszcissza a szakasz hosszával egyenlő: . Így a pont koordinátái:

Keressük meg a pont koordinátáit. Nyilvánvaló, hogy abszcisszája és ordinátája egybeesik a pont abszcisszájával és ordinátájával. És az alkalmazás megegyezik a szegmens hosszával. - ez a háromszög egyik lába. A háromszög hipotenusza egy szegmens - egy láb. Olyan okokból keresik, amelyeket félkövérrel kiemeltem:

A pont a szakasz közepe. Ezután emlékeznünk kell a szakasz felezőpontjának koordinátáira:

Ennyi, most megkereshetjük az irányvektorok koordinátáit:

Nos, minden készen áll: az összes adatot behelyettesítjük a képletbe:

És így,

Válasz:

Nem szabad megijedni az ilyen „ijesztő” válaszoktól: C2-es problémák esetén ez általános gyakorlat. Inkább meglepne a „szép” válasz ebben a részben. Továbbá, ahogy észrevetted, gyakorlatilag nem folyamodtam máshoz, mint a Pitagorasz-tételhez és az egyenlő oldalú háromszög magassági tulajdonságához. Vagyis a sztereometriai probléma megoldásához a legminimálisabb sztereometriát használtam. Az ebből származó nyereséget meglehetősen nehézkes számítások részben „kioltják”. De elég algoritmikusak!

2. Ábrázoljunk egy szabályos hatszögletű piramist a koordinátarendszerrel és annak alapjával együtt:

Meg kell találnunk a és a vonalak közötti szöget. Így a feladatunk a pontok koordinátáinak megtalálása: . Az utolsó három koordinátáit egy kis rajz segítségével, a csúcs koordinátáját pedig a pont koordinátáján keresztül találjuk meg. Sok a munka, de el kell kezdenünk!

a) Koordináta: jól látható, hogy alkalmazása és ordinátája nulla. Keressük meg az abszcisszát. Ehhez vegyünk egy derékszögű háromszöget. Sajnos benne csak a hipotenuszt ismerjük, ami egyenlő. Megpróbáljuk megtalálni a lábszárat (mert nyilvánvaló, hogy a láb hosszának duplája megadja a pont abszcisszáját). Hogyan kereshetjük? Emlékezzünk vissza, milyen alakunk van a piramis alján? Ez egy szabályos hatszög. Mit jelent? Ez azt jelenti, hogy minden oldal és minden szög egyenlő. Találnunk kell egy ilyen szöget. Bármilyen ötletet? Sok ötlet van, de van egy képlet:

Egy szabályos n-szög szögeinek összege az .

Így egy szabályos hatszög szögeinek összege egyenlő a fokkal. Ekkor mindegyik szög egyenlő:

Nézzük újra a képet. Nyilvánvaló, hogy a szakasz a szög felezője. Ekkor a szög egyenlő fokkal. Akkor:

Aztán honnan.

Így vannak koordinátái

b) Most könnyen megtaláljuk a pont koordinátáját: .

c) Keresse meg a pont koordinátáit! Mivel az abszcisszán egybeesik a szakasz hosszával, egyenlő. Az ordináta megtalálása sem túl nehéz: ha összekötjük a pontokat, és az egyenes metszéspontját mondjuk kijelöljük. (csináld magad egyszerű konstrukció). Ekkor tehát a B pont ordinátája egyenlő a szakaszok hosszának összegével. Nézzük újra a háromszöget. Akkor

Majd mivel Akkor a pontnak vannak koordinátái

d) Most keressük meg a pont koordinátáit. Tekintsük a téglalapot, és bizonyítsuk be, hogy így a pont koordinátái:

e) Meg kell találni a csúcs koordinátáit. Nyilvánvaló, hogy abszcisszája és ordinátája egybeesik a pont abszcisszájával és ordinátájával. Keressük az alkalmazást. Azóta. Tekintsünk egy derékszögű háromszöget. A probléma körülményeinek megfelelően oldalsó él. Ez az én háromszögem hipotenusza. Ekkor a piramis magassága egy láb.

Ekkor a pontnak vannak koordinátái:

Nos, ennyi, megvannak az összes engem érdeklő pont koordinátái. Az egyenesek irányítóvektorainak koordinátáit keresem:

A következő vektorok közötti szöget keressük:

Válasz:

Ennek a feladatnak a megoldása során ismét csak a szabályos n-szög szögösszegének képletén, valamint a derékszögű háromszög koszinuszának és szinuszának meghatározásán kívül nem alkalmaztam kifinomult technikákat.

3. Mivel a gúla éleinek hosszát ismét nem adjuk meg, ezeket eggyel egyenlőnek fogom tekinteni. Így, mivel MINDEN él, és nem csak az oldalsó, egyenlő egymással, akkor a piramis és én alján van egy négyzet, és az oldallapok szabályos háromszögek. Rajzoljunk egy ilyen piramist, valamint az alapját egy síkon, feljegyezve a feladat szövegében megadott összes adatot:

A és közötti szöget keressük. Nagyon rövid számításokat fogok végezni, amikor a pontok koordinátáit keresem. Meg kell „fejteni” őket:

b) - a szegmens közepe. A koordinátái:

c) Megkeresem a szakasz hosszát a Pitagorasz-tétel segítségével egy háromszögben. Meg tudom találni a Pitagorasz-tétel segítségével egy háromszögben.

Koordináták:

d) - a szegmens közepe. A koordinátái a következők

e) Vektor koordináták

f) Vektor koordináták

g) A szög keresése:

A kocka a legegyszerűbb figura. Biztos vagyok benne, hogy egyedül is rájön. A 4. és 5. feladatra a válaszok a következők:

Az egyenes és a sík szögének meghatározása

Nos, az egyszerű rejtvények ideje lejárt! Most a példák még bonyolultabbak lesznek. Az egyenes és a sík közötti szög meghatározásához a következőképpen járunk el:

1. Három pont segítségével megszerkesztjük a sík egyenletét
   ,
   harmadrendű determináns felhasználásával.
2. Két pont segítségével keressük meg az egyenes irányítóvektorának koordinátáit:
3. Az egyenes és a sík közötti szög kiszámításához a következő képletet alkalmazzuk:

Amint láthatja, ez a képlet nagyon hasonlít ahhoz, amelyet két egyenes közötti szögek meghatározásához használtunk. A jobb oldali szerkezet egyszerűen ugyanaz, a bal oldalon pedig most a szinust keressük, nem a koszinuszát, mint korábban. Nos, egy csúnya művelet került hozzáadásra - a sík egyenletének keresése.

Ne halogassuk megoldási példák:

1. A fő-de-va-ni-em közvetlen prizma-mi egy egyenlő-szegény háromszög. Keresse meg az egyenes és a sík közötti szöget

2. Egy téglalap alakú par-ral-le-le-pi-pe-de-ben nyugatról keresse meg az egyenes és a sík közötti szöget

3. Egy jobb oldali hatsarkú prizmában minden él egyenlő. Keresse meg az egyenes és a sík közötti szöget.

4. A jobb háromszög alakú pi-ra-mi-de-ben az ismert bordák os-no-va-ni-em-jével Keressen egy sarkot, ob-ra-zo-van -lapos alapban és egyenesen, amely áthalad a szürkén bordák és

5. Egy csúcsos derékszögű pi-ra-mi-dy összes élének hossza egyenlő egymással. Határozza meg az egyenes és a sík közötti szöget, ha a pont a pi-ra-mi-dy élének oldalán van.

Ismét az első két problémát részletesen, a harmadikat röviden megoldom, az utolsó kettőt pedig önökre bízom. Emellett három- és négyszögpiramisokkal már volt dolgod, de prizmákkal még nem.

Megoldások:

1. Ábrázoljunk egy prizmát és az alapját. Kössük össze a koordinátarendszerrel, és jegyezzük meg a feladatmeghatározásban megadott összes adatot:

Elnézést kérek az arányok be nem tartásáért, de a probléma megoldásához ez valójában nem is olyan fontos. A sík egyszerűen az én prizmám "hátsó fala". Elég egyszerűen kitalálni, hogy egy ilyen sík egyenlete a következő:

Ez azonban közvetlenül megjeleníthető:

Válasszunk tetszőleges három pontot ezen a síkon: például .

Készítsük el a sík egyenletét:

Gyakorlat az Ön számára: számolja ki ezt a meghatározót. Sikerült? Ekkor a sík egyenlete így néz ki:

Vagy egyszerűen

És így,

A példa megoldásához meg kell találnom az egyenes irányvektorának koordinátáit. Mivel a pont egybeesik a koordináták origójával, a vektor koordinátái egyszerűen egybeesnek a pont koordinátáival, ehhez először meg kell keresni a pont koordinátáit.

Ehhez vegyünk egy háromszöget. Rajzoljuk le a magasságot (más néven mediánt és felezőt) a csúcsból. Mivel a pont ordinátája egyenlő. Ahhoz, hogy megtaláljuk ennek a pontnak az abszcisszáját, ki kell számítanunk a szakasz hosszát. A Pitagorasz-tétel szerint a következőket kapjuk:

Ekkor a pontnak vannak koordinátái:

A pont egy "emelt" pont:

Ekkor a vektor koordinátái:

Válasz:

Amint látja, az ilyen problémák megoldása során nincs alapvetően nehéz. Valójában a folyamatot egy kicsit leegyszerűsíti az olyan alakzatok „egyenessége”, mint például egy prizma. Most pedig térjünk át a következő példára:

2. Rajzolj egy paralelepipedont, rajzolj bele egy síkot és egy egyenest, és külön-külön rajzold meg az alsó alapját:

Először keressük meg a sík egyenletét: A benne fekvő három pont koordinátái:

(az első két koordinátát kézenfekvő módon kapjuk meg, az utolsó koordinátát pedig könnyen megtalálhatjuk a képről a pontból). Ezután összeállítjuk a sík egyenletét:

Kiszámoljuk:

A vezetővektor koordinátáit keressük: Nyilvánvaló, hogy a koordinátái egybeesnek a pont koordinátáival, nem? Hogyan lehet megtalálni a koordinátákat? Ezek a pont koordinátái, az alkalmazási tengely mentén eggyel emelve! . Ezután keressük a kívánt szöget:

Válasz:

3. Rajzolj egy szabályos hatszögletű gúlát, majd rajzolj bele egy síkot és egy egyenest.

Itt még a sík rajzolása is problémás, nem beszélve ennek a feladatnak a megoldásáról, de a koordináta módszer nem számít! Sokoldalúsága a fő előnye!

A sík három ponton halad át: . Keressük a koordinátáikat:

1) . Találja ki maga az utolsó két pont koordinátáit. Ehhez meg kell oldania a hatszögletű piramis feladatot!

2) Megszerkesztjük a sík egyenletét:

Keressük a vektor koordinátáit: . (Lásd újra a háromszög piramis problémát!)

3) Szög keresése:

Válasz:

Mint látható, ezekben a feladatokban nincs semmi természetfeletti nehézség. Csak nagyon óvatosnak kell lennie a gyökerekkel. Csak az utolsó két problémára adok választ:

Mint látható, a feladatok megoldásának technikája mindenhol ugyanaz: a fő feladat a csúcsok koordinátáinak megtalálása és behelyettesítése bizonyos képletekre. A szögszámításhoz még egy problémaosztályt kell figyelembe vennünk, nevezetesen:

Szögek számítása két sík között

A megoldási algoritmus a következő lesz:

1. Három pont segítségével keressük az első sík egyenletét:
2. A másik három pont segítségével keressük a második sík egyenletét:
3. A képletet alkalmazzuk:

Mint látható, a képlet nagyon hasonlít az előző két képlethez, amelyek segítségével egyenesek, illetve egyenes és sík közötti szögeket kerestünk. Szóval nem lesz nehéz emlékezned erre. Térjünk át a feladatok elemzésére:

1. A derékszögű háromszög hasáb alapjának oldala egyenlő, és az oldallap átmérője egyenlő. Határozza meg a sík és a prizma tengelyének síkja közötti szöget!

2. A jobb négysarkú pi-ra-mi-de-ben, amelynek minden éle egyenlő, keresse meg a sík és a síkcsont közötti szög szinuszát, amely áthalad a per-pen-di-ku- ponton. hazug-de egyenes.

3. Egy szabályos négysarkú prizmában az alap oldalai egyenlőek, az oldalélek egyenlőek. Van egy pont a szélén from-me-che-on úgy, hogy. Keresse meg a és a síkok közötti szöget

4. Egy derékszögű négyszögű prizmában az alap oldalai egyenlőek, az oldalélek egyenlőek. A ponttól számítva van egy pont az élen úgy, hogy Keresse meg a és a síkok közötti szöget.

5. Egy kockában keresse meg az és a síkok közötti szög együtt-szinuszát

Probléma megoldások:

1. Rajzolok egy szabályos (egyenlő oldalú háromszög az alapnál) háromszög prizmát, és megjelölöm rajta a feladatmeghatározásban megjelenő síkokat:

Meg kell találnunk két sík egyenletét: Az alap egyenlete triviális: három pontból összeállíthatod a megfelelő determinánst, de én azonnal összeállítom az egyenletet:

Most keressük meg azt az egyenletet, hogy a Pontnak vannak koordinátái Pont - Mivel a háromszög mediánja és magassága, könnyen megtalálható a Pitagorasz-tétel segítségével a háromszögben. Ekkor a pontnak vannak koordinátái: Keressük meg a pont alkalmazását, ehhez tekintsünk egy derékszögű háromszöget

Ekkor a következő koordinátákat kapjuk: Összeállítjuk a sík egyenletét.

Kiszámoljuk a síkok közötti szöget:

Válasz:

2. Rajz készítése:

A legnehezebb megérteni, milyen titokzatos síkról van szó, amely merőlegesen halad át a ponton. Nos, a lényeg az, hogy mi az? A lényeg a figyelmesség! Valójában a vonal merőleges. Az egyenes is merőleges. Ekkor az ezen a két egyenesen áthaladó sík merőleges lesz az egyenesre, és mellesleg átmegy a ponton. Ez a sík is áthalad a piramis tetején. Aztán a kívánt gép – És a gépet már megkaptuk. Keressük a pontok koordinátáit.

A ponton keresztül megtaláljuk a pont koordinátáját. A kis képből könnyen kikövetkeztethető, hogy a pont koordinátái a következők lesznek: Mit kell még találni, hogy megtaláljuk a piramis csúcsának koordinátáit? Ki kell számítani a magasságát is. Ezt ugyanazzal a Pitagorasz-tétellel tesszük: először bizonyítsuk be (triviálisan az alapnál négyzetet alkotó kis háromszögekből). Azóta a következő feltételekkel rendelkezünk:

Most minden készen áll: csúcskoordináták:

Összeállítjuk a sík egyenletét:

Ön már szakértő a meghatározó tényezők kiszámításában. Minden nehézség nélkül megkapja:

Vagy másképp (ha mindkét oldalt megszorozzuk kettő gyökével)

Most keressük meg a sík egyenletét:

(Nem felejtetted el, hogyan kapjuk meg a sík egyenletét? Ha nem érted, honnan jött ez a mínusz, akkor térj vissza a sík egyenletének definíciójához! Csak előtte mindig kiderült a gépem a koordináták origójához tartozott!)

Kiszámoljuk a determinánst:

(Észreveheti, hogy a sík egyenlete egybeesik a pontokon átmenő egyenes egyenletével és! Gondolja át, miért!)

Most számoljuk ki a szöget:

Meg kell találnunk a szinust:

Válasz:

3. Trükkös kérdés: szerinted mi a téglalap alakú prizma? Ez csak egy paralelcső, amit jól ismersz! Azonnal készítsünk rajzot! Az alapot nem is kell külön ábrázolni, itt nem sok haszna van:

A sík, amint azt korábban megjegyeztük, egyenlet formájában van felírva:

Most készítsünk egy síkot

Azonnal elkészítjük a sík egyenletét:

Szöget keresek:

Most a válaszok az utolsó két problémára:

Nos, itt az ideje egy kis szünetnek, mert te és én nagyszerűek vagyunk, és nagyszerű munkát végeztünk!

Koordináták és vektorok. Haladó szint

Ebben a cikkben a koordináta-módszerrel megoldható problémák egy másik osztályáról fogunk beszélni: a távolságszámítási feladatokról. Nevezetesen a következő eseteket vesszük figyelembe:

1. A metsző vonalak közötti távolság kiszámítása.

Ezeket a feladatokat a növekvő nehézségi sorrendben rendeltem. Kiderül, hogy a legkönnyebb megtalálni távolság a ponttól a síkig, és a legnehezebb megtalálni a keresztező vonalak közötti távolság. Bár természetesen semmi sem lehetetlen! Ne halogassuk, és azonnal folytassuk a problémák első osztályának mérlegelését:

Egy pont és egy sík távolságának kiszámítása

Mire van szükségünk a probléma megoldásához?

1. Pont koordináták

Tehát amint megkaptuk az összes szükséges adatot, alkalmazzuk a képletet:

Már tudnia kell, hogyan állítjuk össze a sík egyenletét az előző részben tárgyalt problémákból. Térjünk is közvetlenül a feladatokhoz. A séma a következő: 1, 2 - segítek dönteni, és kicsit részletesebben, 3, 4 - csak a válasz, te magad hajtod végre a megoldást és hasonlítsd össze. Kezdjük!

Feladatok:

1. Adott egy kocka. A kocka élének hossza egyenlő. Keresse meg a se-re-di-na távolságát a vágástól a síkig

2. Adott a jobb négyszenes pi-ra-mi-igen, az oldal oldala egyenlő az alappal. Keresse meg a távolságot a ponttól a síkig, ahol - se-re-di-a éleken.

3. A jobb háromszögű pi-ra-mi-de-ben az os-no-va-ni-em oldaléle egyenlő, és az os-no-vanián a száz-ro-egyenlő. Keresse meg a csúcs és a sík távolságát.

4. Egy jobb oldali hatszögletű prizmában minden él egyenlő. Keresse meg egy pont és egy sík távolságát.

Megoldások:

1. Rajzoljon egy élű kockát, alkosson egy szegmenst és egy síkot, a szakasz közepét jelölje betűvel

.

Először is kezdjük az egyszerűvel: keressük meg a pont koordinátáit. Azóta (emlékezz a szakasz közepének koordinátáira!)

Most három pont felhasználásával állítjuk össze a sík egyenletét

\[\left| (\begin(array)(*(20)(c))x&0&1\\y&1&0\\z&1&1\end(array)) \right| = 0\]

Most kezdhetem keresni a távolságot:

2. Kezdjük újra egy rajzzal, amelyen az összes adatot bejelöljük!

Egy piramis esetében hasznos lenne külön megrajzolni az alapját.

Még az sem akadályoz meg bennünket, hogy könnyedén megoldjuk ezt a problémát, hogy úgy rajzolok, mint egy csirke a mancsával!

Most már könnyű megtalálni egy pont koordinátáit

Mivel a pont koordinátái, akkor

2. Mivel az a pont koordinátái a szakasz közepe, akkor

Probléma nélkül megtaláljuk a síkon további két pont koordinátáit, elkészítjük a síkra egyenletet és leegyszerűsítjük:

\[\left| (\left| (\begin(array)(*(20)(c))x&1&(\frac(3)(2))\\y&0&(\frac(3)(2))\\z&0&(\frac( (\sqrt 3 ))(2))\end(array)) \right|) \right| = 0\]

Mivel a pont koordinátái: , kiszámítjuk a távolságot:

Válasz (nagyon ritka!):

Nos, rájöttél? Számomra úgy tűnik, hogy itt minden ugyanolyan technikai jellegű, mint az előző részben megvizsgált példákban. Tehát biztos vagyok benne, hogy ha elsajátította ezt az anyagot, akkor nem lesz nehéz megoldania a fennmaradó két problémát. Csak a válaszokat adom:

Az egyenes és a sík távolságának kiszámítása

Valójában nincs itt semmi új. Hogyan helyezhető el egy egyenes és egy sík egymáshoz képest? Egyetlen lehetőségük van: metszeni, vagy egy egyenes párhuzamos a síkkal. Szerinted mekkora a távolság az egyenestől attól a síktól, amellyel ez az egyenes metszi? Számomra itt egyértelmű, hogy egy ilyen távolság egyenlő nullával. Nem érdekes eset.

A második eset trükkösebb: itt a távolság már nem nulla. Mivel azonban az egyenes párhuzamos a síkkal, akkor az egyenes minden pontja egyenlő távolságra van ettől a síktól:

És így:

Ez azt jelenti, hogy a feladatom az előzőre redukálódott: megkeressük egy egyenes bármely pontjának koordinátáit, megkeressük a sík egyenletét, és kiszámítjuk a pont és a sík távolságát. Valójában az egységes államvizsgán rendkívül ritkák az ilyen feladatok. Egyetlen problémát sikerült találnom, és a benne lévő adatok olyanok voltak, hogy a koordináta módszer nem nagyon volt alkalmazható rá!

Most térjünk át a problémák egy másik, sokkal fontosabb osztályára:

Pont és egyenes távolság kiszámítása

Mire van szükségünk?

1. Annak a pontnak a koordinátái, ahonnan a távolságot keressük:

2. Egy egyenesen fekvő bármely pont koordinátái

3. Az egyenes irányítóvektorának koordinátái

Milyen képletet használjunk?

Azt, hogy ennek a törtnek a nevezője mit jelent, világosnak kell lennie: ez az egyenes irányítóvektorának hossza. Ez egy nagyon trükkös számláló! A kifejezés a vektorok vektorszorzatának modulusát (hosszát) jelenti, és Hogyan számítsuk ki a vektorszorzatot, azt a munka előző részében tanulmányoztuk. Frissítse fel tudását, most nagy szükségünk lesz rá!

Így a problémák megoldásának algoritmusa a következő lesz:

1. Keressük annak a pontnak a koordinátáit, ahonnan a távolságot keressük:

2. Keressük annak az egyenesnek a koordinátáit, amelyhez a távolságot keressük:

3. Szerkesszünk vektort

4. Szerkesszünk meg egy egyenes irányítóvektorát!

5. Számítsa ki a vektorszorzatot!

6. Keressük a kapott vektor hosszát:

7. Számítsa ki a távolságot:

Nagyon sok dolgunk van, és a példák meglehetősen összetettek lesznek! Tehát most összpontosítsd minden figyelmedet!

1. Adott egy derékszögű háromszögű pi-ra-mi-da felsővel. A száz-ro-a pi-ra-mi-dy alapján egyenlő, ti egyenlők vagytok. Keresse meg a távolságot a szürke éltől az egyenes vonalig, ahol a pontok és a szürke élek és az állatorvosi.

2. A bordák hossza és az egyenesszögű-no-go par-ral-le-le-pi-pe-da ennek megfelelően egyenlő, és keresse meg a távolságot a csúcstól az egyenesig

3. Egy jobb oldali hatszögletű prizmában minden él egyenlő, keresse meg a pont és az egyenes távolságát

Megoldások:

1. Készítünk egy ügyes rajzot, amelyen megjelöljük az összes adatot:

Rengeteg dolgunk van! Először is szeretném szavakkal leírni, mit fogunk keresni és milyen sorrendben:

1. A pontok koordinátái és

2. Pontkoordináták

3. A pontok koordinátái és

4. A vektorok koordinátái és

5. Keresztszorzatuk

6. Vektor hossza

7. A vektorszorzat hossza

8. Távolság -tól -ig

Nos, nagyon sok munka vár ránk! Térjünk rá feltűrt ingujjjal!

1. Ahhoz, hogy megtaláljuk a gúla magasságának koordinátáit, ismernünk kell a pont koordinátáit, melynek alkalmazása nulla, ordinátája pedig egyenlő az abszcissza a szakasz hosszával. egyenlő oldalú háromszög, innen a csúcstól számítva arányban van osztva. Végül megkaptuk a koordinátákat:

Pont koordinátái

2. - a szegmens közepe

3. - a szegmens közepe

A szakasz felezőpontja

4. Koordináták

Vektor koordináták

5. Számítsa ki a vektorszorzatot:

6. Vektor hossza: a legegyszerűbb módja annak, hogy cserélje ki, hogy a szakasz a háromszög középvonala, ami azt jelenti, hogy egyenlő az alap felével. Így.

7. Számítsa ki a vektorszorzat hosszát:

8. Végül megtaláljuk a távolságot:

Jaj, ez az! Megmondom őszintén: ezt a problémát hagyományos módszerekkel (építkezésen keresztül) sokkal gyorsabb lenne megoldani. De itt mindent leredukáltam egy kész algoritmusra! Gondolom, a megoldási algoritmus egyértelmű számodra? Ezért arra kérem, hogy a fennmaradó két problémát maga oldja meg. Hasonlítsuk össze a válaszokat?

Ismétlem: könnyebb (gyorsabb) ezeket a problémákat konstrukciókkal megoldani, nem pedig a koordináta módszerhez folyamodni. Ezt a megoldási módszert csak azért mutattam be, hogy megmutassam egy univerzális módszert, amely lehetővé teszi, hogy „ne fejezd be az építkezést”.

Végül nézzük a problémák utolsó osztályát:

A metsző egyenesek közötti távolság kiszámítása

Itt a problémák megoldásának algoritmusa hasonló lesz az előzőhöz. Amink van:

3. Bármely vektor, amely összeköti az első és a második vonal pontját:

Hogyan találjuk meg a vonalak közötti távolságot?

A képlet a következő:

A számláló a vegyes szorzat modulusa (az előző részben bemutattuk), a nevező pedig az előző képlethez hasonlóan (az egyenesek irányvektorainak vektorszorzatának modulusa, a távolság, amely között mi keres).

Emlékeztetlek rá

Akkor a távolság képlete átírható így:

Ez egy determináns osztva egy determinánssal! Bár őszintén szólva nincs időm itt poénkodni! Ez a képlet valójában nagyon nehézkes, és meglehetősen bonyolult számításokhoz vezet. A helyedben csak végső esetben folyamodnék hozzá!

Próbáljunk meg néhány problémát megoldani a fenti módszerrel:

1. Egy derékszögű háromszög prizmában, amelynek minden éle egyenlő, keresse meg az egyenesek távolságát és!

2. Adott egy derékszögű háromszög hasáb, az alap minden éle egyenlő a test bordán átmenő szakaszával, és a se-re-di-well bordák négyzet alakúak. Keresse meg az egyenesek közötti távolságot és

Én döntök az elsőről, és ez alapján döntsd el te a másodikat!

1. Prizmát rajzolok és egyenes vonalakat jelölök és

A C pont koordinátái: akkor

Pont koordinátái

Vektor koordináták

Pont koordinátái

Vektor koordináták

Vektor koordináták

\[\left((B,\overrightarrow (A(A_1)) \overrightarrow (B(C_1)) ) \right) = \left| (\begin(array)(*(20)(l))(\begin(array)(*(20)(c))0&1&0\end(array))\\(\begin(array)(*(20) (c))0&0&1\end(tömb))\\(\begin(array)(*(20)(c))(\frac((\sqrt 3 ))(2))&( - \frac(1) (2))&1\end(tömb))\end(tömb)) \jobbra| = \frac((\sqrt 3 ))(2)\]

Kiszámítjuk a vektorok közötti szorzatot és

\[\overrightarrow (A(A_1)) \cdot \overrightarrow (B(C_1)) = \left| \begin(array)(l)\begin(array)(*(20)(c))(\overrightarrow i )&(\overrightarrow j )&(\overrightarrow k )\end(array)\\\begin(tömb) )(*(20)(c))0&0&1\end(array)\\\begin(array)(*(20)(c))(\frac((\sqrt 3 ))(2))&( - \ frac(1)(2))&1\end(array)\end(array) \right| - \frac((\sqrt 3 ))(2)\overrightarrow k + \frac(1)(2)\overrightarrow i \]

Most kiszámítjuk a hosszát:

Válasz:

Most próbálja meg óvatosan végrehajtani a második feladatot. A válasz a következő lesz: .

Koordináták és vektorok. Rövid leírás és alapképletek

A vektor egy irányított szegmens. - a vektor eleje, - a vektor vége.
Egy vektort vagy jelöl.

Abszolút érték vektor - a vektort képviselő szakasz hossza. Jelölve mint.

Vektor koordináták:

,
hol vannak a \displaystyle a vektor végei.

A vektorok összege: .

A vektorok szorzata:

A vektorok pontszorzata:

A vektorok skaláris szorzata egyenlő abszolút értékük és a köztük lévő szög koszinuszának szorzatával:

A FELÉPÍTETT 2/3 CIKK CSAK A YOUCLEVER DIÁKOK SZÁMÁRA ÉRHETŐ!

Legyél YouClever diák,

Készüljön fel a matematika egységes államvizsgára vagy egységes államvizsgára „egy csésze kávé havonta” áráért,

Ezenkívül korlátlan hozzáférést kap a „YouClever” tankönyvhöz, a „100gia” felkészítő programhoz (megoldókönyv), egy korlátlan próbaverziós Egységes Államvizsgához és Egységes Államvizsgához, 6000 megoldáselemzési feladathoz, valamint egyéb YouClever és 100gia szolgáltatásokhoz.

Képlet egy pont és egy sík egyenese közötti távolság kiszámítására

Ha adott az Ax + By + C = 0 egyenes egyenlete, akkor az M(M x , M y) pont és az egyenes távolsága a következő képlettel meghatározható

Példák egy pont és egy sík egyenes közötti távolság kiszámításának problémáira

1. példa

Határozzuk meg a 3x + 4y - 6 = 0 egyenes és az M(-1, 3) pont távolságát!

Megoldás. Helyettesítsük be a képletbe az egyenes együtthatóit és a pont koordinátáit

Válasz: a pont és az egyenes távolsága 0,6.

vektorra merőleges pontokon átmenő sík egyenleteA sík általános egyenlete

Egy adott síkra merőleges nullától eltérő vektort nevezünk normál vektor (vagy röviden, Normál ) ehhez a géphez.

Legyen megadva a következők koordinátatérben (téglalap alakú koordinátarendszerben):

egy pont ;

b) nem nulla vektor (4.8. ábra, a).

Egyenletet kell alkotnia egy ponton áthaladó síkra merőleges a vektorra A bizonyítás vége.

Tekintsük most egy síkon lévő egyenes különböző típusú egyenleteit.

1) A sík általános egyenleteP .

Az egyenlet levezetéséből az következik, hogy ugyanakkor A, BÉs C nem egyenlők 0-val (magyarázza meg, miért).

A pont a síkhoz tartozik P csak akkor, ha koordinátái kielégítik a sík egyenletét. Az esélyektől függően A, B, CÉs D repülőgép P egyik vagy másik pozíciót tölt be:

- a sík áthalad a koordinátarendszer origóján, - a sík nem halad át a koordinátarendszer origóján,

- a tengellyel párhuzamos sík x,

x,

- a tengellyel párhuzamos sík Y,

- a sík nem párhuzamos a tengellyel Y,

- a tengellyel párhuzamos sík Z,

- a sík nem párhuzamos a tengellyel Z.

Bizonyítsa be ezeket az állításokat.

A (6) egyenlet könnyen levezethető az (5) egyenletből. Valóban, legyen a lényeg a síkon P. Ekkor a koordinátái kielégítik az egyenletet.A (7) egyenletet kivonva az (5) egyenletből és csoportosítva a tagokat, megkapjuk a (6) egyenletet. Tekintsünk most két koordinátájú vektort. A (6) képletből következik, hogy skaláris szorzatuk egyenlő nullával. Ezért a vektor merőleges a vektorra, az utolsó vektor eleje és vége a síkhoz tartozó pontokban található P. Ezért a vektor merőleges a síkra P. Távolság ponttól síkig P, melynek általános egyenlete képlet határozza meg Ennek a képletnek a bizonyítása teljesen hasonló a pont és az egyenes közötti távolság képletének bizonyításához (lásd 2. ábra).
Rizs. 2. Levezetni a sík és az egyenes távolság képletét.

Valóban, a távolság d egyenes és sík között egyenlő

hol van egy pont a gépen. Innen a 11. számú előadáshoz hasonlóan a fenti képletet kapjuk. Két sík párhuzamos, ha a normálvektoruk párhuzamos. Innen megkapjuk két sík párhuzamosságának feltételét - síkok általános egyenleteinek együtthatói. Két sík merőleges, ha a normálvektoruk merőleges, így megkapjuk két sík merőlegességének feltételét, ha ismertek általános egyenleteik

Sarok f két sík között egyenlő a normálvektoraik közötti szöggel (lásd a 3. ábrát), ezért kiszámítható a képlettel
A síkok közötti szög meghatározása.

(11)

Egy pont és egy sík távolsága és megtalálásának módjai

Távolság ponttól repülőgép– egy pontból erre a síkra esett merőleges hossza. Legalább két módja van egy pont és egy sík távolságának meghatározására: geometriaiÉs algebrai.

Geometriai módszerrel Először meg kell értenie, hogyan helyezkedik el a pont és a sík közötti merőleges: lehet, hogy egy megfelelő síkban fekszik, egy kényelmes (vagy nem túl kényelmes) háromszög magassága, vagy talán ez a merőleges általában egy magasság valamelyik piramisban.

Az első és legbonyolultabb szakasz után a probléma több konkrét planimetriai problémára bomlik (talán különböző síkokban).

Az algebrai módszerrel egy pont és egy sík távolságának meghatározásához be kell írnia egy koordinátarendszert, meg kell találnia a pont koordinátáit és a sík egyenletét, majd alkalmaznia kell a pont és a sík távolságának képletét.

A pont és az egyenes távolsága a pontból az egyenesre húzott merőleges hossza. A leíró geometriában az alábbiakban megadott algoritmus segítségével grafikusan határozzuk meg.

Algoritmus

1. Az egyenes olyan helyzetbe kerül, amelyben párhuzamos bármely vetítési síkkal. Erre a célra az ortogonális vetületek transzformációs módszereit alkalmazzák.
2. Egy pontból merőlegest húzunk egy egyenesre. Ez a konstrukció a derékszög vetületére vonatkozó tételen alapul.
3. A merőleges hosszát vetületeinek transzformációjával vagy a derékszögű háromszög módszerrel határozzuk meg.

A következő ábra az M pont és a b egyenes komplex rajzát mutatja, amelyet a CD szakasz határoz meg. Meg kell találni a távolságot köztük.

Algoritmusunk szerint először az egyenest a vetítési síkkal párhuzamos pozícióba kell mozgatni. Fontos megérteni, hogy az átalakítások végrehajtása után a pont és az egyenes közötti tényleges távolság nem változhat. Éppen ezért itt kényelmes a síkcsere módszer alkalmazása, amely nem foglalja magában az alakok térben való mozgatását.

Az építés első szakaszának eredményeit az alábbiakban mutatjuk be. Az ábrán látható, hogyan kerül be a b-vel párhuzamosan egy további P 4 homloksík. Az új rendszerben (P 1, P 4) a C"" 1, D"" 1, M"" 1 pontok ugyanolyan távolságra vannak az X 1 tengelytől, mint a C"", D"", M"" ponttól. az X tengely.

Az algoritmus második részét végrehajtva az M"" 1-ből leengedjük az M"" 1 N"" 1 merőlegest a b"" 1 egyenesre, mivel a b és MN közötti MND derékszög a P síkra vetül 4 teljes méretben. A kommunikációs vonal segítségével meghatározzuk az N" pont helyzetét, és végrehajtjuk az MN szakasz M"N" vetületét.

A végső szakaszban meg kell határoznia az MN szegmens méretét az M"N" és M"" 1 N"" 1 vetületeiből. Ehhez építünk egy M"" 1 N"" 1 N 0 derékszögű háromszöget, amelynek N"" 1 N 0 szára egyenlő az M" és N" pontok távolságának különbségével (Y M 1 – Y N 1) az X 1 tengelytől. Az M"" 1 N"" 1 N 0 háromszög M"" 1 N 0 befogójának hossza megfelel az M és b közötti kívánt távolságnak.

Második megoldás

• A CD-vel párhuzamosan bevezetünk egy új P 4 frontális síkot. Az X 1 tengely mentén metszi P 1-et, és X 1 ∥C"D". A síkok cseréjének módszerével összhangban meghatározzuk a C"" 1, D"" 1 és M"" 1 pontok vetületeit az ábrán látható módon.
• C"" 1 D"" 1-re merőlegesen építünk egy további P 5 vízszintes síkot, amelyre a b egyenest a C" 2 = b" 2 pontba vetítjük.
• Az M pont és a b egyenes közötti távolságot a pirossal jelölt M" 2 C" 2 szakasz hossza határozza meg.

Hasonló feladatok: