Attālums no punkta līdz taisnei ir mazs. Attālums no punkta līdz taisnei plaknē un telpā: definīcija un atrašanas piemēri

Šajā rakstā mēs sāksim apspriest vienu “burvju nūjiņu”, kas ļaus reducēt daudzas ģeometrijas problēmas līdz vienkāršai aritmētikai. Šī "nūja" var ievērojami atvieglot jūsu dzīvi, īpaši, ja neesat pārliecināts par telpisku figūru, griezumu utt. veidošanu. Tas viss prasa zināmu iztēli un praktiskas iemaņas. Metode, kuru mēs šeit sāksim apsvērt, ļaus gandrīz pilnībā abstrahēties no visa veida ģeometriskām konstrukcijām un argumentācijas. Metode tiek saukta "koordinātu metode". Šajā rakstā mēs apsvērsim šādus jautājumus:

1. Koordinātu plakne
2. Punkti un vektori uz plaknes
3. Vektora konstruēšana no diviem punktiem
4. Vektora garums (attālums starp diviem punktiem).
5. Nozares vidus koordinātas
6. Vektoru punktu reizinājums
7. Leņķis starp diviem vektoriem

Es domāju, ka jūs jau uzminējāt, kāpēc koordinātu metodi tā sauc? Tieši tā, tas ieguva šādu nosaukumu, jo tas darbojas nevis ar ģeometriskiem objektiem, bet gan ar to skaitliskajām īpašībām (koordinātām). Un pati transformācija, kas ļauj mums pāriet no ģeometrijas uz algebru, sastāv no koordinātu sistēmas ieviešanas. Ja sākotnējā figūra bija plakana, tad koordinātas ir divdimensiju, un, ja figūra ir trīsdimensiju, tad koordinātas ir trīsdimensiju. Šajā rakstā mēs aplūkosim tikai divdimensiju gadījumu. Un raksta galvenais mērķis ir iemācīt jums izmantot dažus koordinātu metodes pamatmetodes (tie dažreiz izrādās noderīgi, risinot planimetrijas uzdevumus vienotā valsts eksāmena B daļā). Nākamās divas sadaļas par šo tēmu ir veltītas C2 problēmu risināšanas metožu apspriešanai (stereometrijas problēma).

Kur būtu loģiski sākt apspriest koordinātu metodi? Droši vien no koordinātu sistēmas jēdziena. Atcerieties, kad pirmo reizi satikāties ar viņu. Man šķiet, ka 7. klasē, kad uzzinājāt par lineāras funkcijas esamību, piemēram. Atgādināšu, ka jūs to veidojāt punktu pa punktam. Vai tu atceries? Jūs izvēlējāties patvaļīgu skaitli, aizstājāt to formulā un aprēķinājāt šādā veidā. Piemēram, ja, tad, ja, tad utt. Ko jūs galu galā ieguvāt? Un jūs saņēmāt punktus ar koordinātām: un. Pēc tam jūs uzzīmējāt “krustu” (koordinātu sistēmu), izvēlējāties tajā mērogu (cik daudz šūnu jums būs vienības segmentā) un atzīmējāt tajā iegūtos punktus, kurus pēc tam savienojāt ar taisnu līniju; līnija ir funkcijas grafiks.

Šeit ir daži punkti, kas jums jāpaskaidro nedaudz sīkāk:

1. Ērtības labad izvēlaties vienu segmentu, lai viss skaisti un kompakti ietilptu zīmējumā.

2. Ir pieņemts, ka ass iet no kreisās puses uz labo, un ass iet no apakšas uz augšu

3. Tie krustojas taisnā leņķī, un to krustošanās punktu sauc par izcelsmi. To norāda ar vēstuli.

4. Rakstot punkta koordinātas, piemēram, pa kreisi iekavās ir norādīta punkta koordinātas pa asi, bet labajā pusē pa asi. Jo īpaši tas vienkārši nozīmē, ka tajā brīdī

5. Lai norādītu jebkuru punktu uz koordinātu ass, jānorāda tā koordinātas (2 cipari)

6. Jebkuram punktam, kas atrodas uz ass,

7. Jebkuram punktam, kas atrodas uz ass,

8. Asi sauc par x asi

9. Asi sauc par y asi

Tagad spersim nākamo soli: atzīmējiet divus punktus. Savienosim šos divus punktus ar segmentu. Un mēs novietosim bultiņu tā, it kā mēs zīmētu segmentu no punkta uz punktu: tas ir, mēs padarīsim savu segmentu vērstu!

Atcerieties, kā sauc citu virziena segmentu? Tieši tā, to sauc par vektoru!

Tātad, ja mēs savienojam punktu ar punktu, un sākums būs punkts A, un beigas būs punkts B, tad mēs iegūstam vektoru. Jūs arī šo konstrukciju veicāt 8. klasē, atceries?

Izrādās, ka vektorus, tāpat kā punktus, var apzīmēt ar diviem cipariem: šos skaitļus sauc par vektoru koordinātām. Jautājums: Vai, jūsuprāt, mums ir pietiekami zināt vektora sākuma un beigu koordinātas, lai atrastu tā koordinātas? Izrādās, ka jā! Un tas tiek darīts ļoti vienkārši:

Tādējādi, tā kā vektorā punkts ir sākums un punkts ir beigas, vektoram ir šādas koordinātas:

Piemēram, ja, tad vektora koordinātas

Tagad darīsim pretējo, atradīsim vektora koordinātas. Kas mums šajā nolūkā ir jāmaina? Jā, jums ir jāsamaina sākums un beigas: tagad vektora sākums būs punktā, bet beigas būs punktā. Pēc tam:

Paskatieties uzmanīgi, kāda ir atšķirība starp vektoriem un? Viņu vienīgā atšķirība ir zīmes koordinātēs. Tie ir pretstati. Šo faktu parasti raksta šādi:

Reizēm, ja nav konkrēti norādīts, kurš punkts ir vektora sākums un kurš beigas, tad vektorus apzīmē nevis ar diviem lielajiem burtiem, bet ar vienu mazo burtu, piemēram: u.c.

Tagad nedaudz prakse sevi un atrodiet šādu vektoru koordinātas:

Pārbaude:

Tagad atrisiniet nedaudz sarežģītāku problēmu:

Vektoram ar sākumu punktā ir co-or-di-na-you. Atrodiet abs-cis-su punktus.

Tas viss ir diezgan prozaisks: Ļaujiet būt punkta koordinātas. Tad

Es sastādīju sistēmu, pamatojoties uz definīciju, kas ir vektora koordinātas. Tad punktam ir koordinātas. Mūs interesē abscisa. Tad

Atbilde:

Ko vēl jūs varat darīt ar vektoriem? Jā, gandrīz viss ir tāds pats kā ar parastajiem skaitļiem (izņemot to, ka jūs nevarat dalīt, bet jūs varat reizināt divos veidos, no kuriem vienu mēs šeit apspriedīsim nedaudz vēlāk)

1. Vektorus var pievienot viens otram
2. Vektorus var atņemt vienu no otra
3. Vektorus var reizināt (vai dalīt) ar patvaļīgu skaitli, kas nav nulle
4. Vektorus var reizināt viens ar otru

Visām šīm darbībām ir ļoti skaidrs ģeometriskais attēlojums. Piemēram, trīsstūra (vai paralelograma) noteikums saskaitīšanai un atņemšanai:

Vektors stiepjas vai saraujas, vai maina virzienu, ja to reizina vai dala ar skaitli:

Tomēr šeit mūs interesēs jautājums par to, kas notiek ar koordinātām.

1. Saskaitot (atņemot) divus vektorus, saskaitām (atņemam) to koordinātas elementam pa elementam. Tas ir:

2. Reizinot (dalot) vektoru ar skaitli, visas tā koordinātes reizina (dala) ar šo skaitli:

Piemēram:

· Atrodiet co-or-di-nat gadsimta līdz ra daudzumu.

Vispirms noskaidrosim katra vektora koordinātas. Viņiem abiem ir viena un tā pati izcelsme – sākuma punkts. Viņu gali ir atšķirīgi. Tad,. Tagad aprēķināsim vektora koordinātas Tad iegūtā vektora koordinātu summa ir vienāda.

Atbilde:

Tagad pats atrisiniet šādu problēmu:

· Atrodiet vektora koordinātu summu

Mēs pārbaudām:

Tagad apskatīsim šādu problēmu: mums ir divi punkti koordinātu plaknē. Kā atrast attālumu starp tiem? Ļaujiet pirmajam punktam būt un otrajam. Apzīmēsim attālumu starp tiem ar. Skaidrības labad izveidosim šādu zīmējumu:

Ko es esmu izdarījis? Pirmkārt, es savienoju punktus un arī no punkta es novilku līniju, kas ir paralēla asij, un no punkta es novilku līniju, kas ir paralēla asij. Vai tie krustojās punktā, veidojot ievērojamu figūru? Kas viņā tik īpašs? Jā, jūs un es zinām gandrīz visu par taisno trīsstūri. Nu, Pitagora teorēma noteikti. Nepieciešamais segments ir šī trīsstūra hipotenūza, un segmenti ir kājas. Kādas ir punkta koordinātas? Jā, tos ir viegli atrast no attēla: Tā kā segmenti ir paralēli asīm un attiecīgi to garumi ir viegli atrodami: ja segmentu garumus apzīmējam attiecīgi ar, tad

Tagad izmantosim Pitagora teorēmu. Mēs zinām kāju garumus, atradīsim hipotenūzu:

Tādējādi attālums starp diviem punktiem ir kvadrātveida atšķirību summas sakne no koordinātām. Vai arī - attālums starp diviem punktiem ir tos savienojošā segmenta garums. Ir viegli redzēt, ka attālums starp punktiem nav atkarīgs no virziena. Pēc tam:

No šejienes mēs izdarām trīs secinājumus:

Nedaudz praktizēsimies, kā aprēķināt attālumu starp diviem punktiem:

Piemēram, ja, tad attālums starp un ir vienāds ar

Vai arī iesim citu ceļu: atrodiet vektora koordinātas

Un atrodiet vektora garumu:

Kā redzat, tas ir viens un tas pats!

Tagad nedaudz trenējieties pats:

Uzdevums: atrodiet attālumu starp norādītajiem punktiem:

Mēs pārbaudām:

Šeit ir vēl dažas problēmas, izmantojot to pašu formulu, lai gan tās izklausās nedaudz savādāk:

1. Atrodi plakstiņa garuma kvadrātu.

2. Atrodi plakstiņa garuma kvadrātu

Es domāju, ka jūs ar viņiem tikāt galā bez grūtībām? Mēs pārbaudām:

1. Un tas ir uzmanības labad) Mēs jau esam atraduši vektoru koordinātas iepriekš: . Tad vektoram ir koordinātas. Tā garuma kvadrāts būs vienāds ar:

2. Atrodiet vektora koordinātas

Tad tā garuma kvadrāts ir

Nekas sarežģīts, vai ne? Vienkārša aritmētika, nekas vairāk.

Tālāk norādītās problēmas nevar klasificēt viennozīmīgi, tās vairāk attiecas uz vispārēju erudīciju un spēju zīmēt vienkāršus attēlus.

1. Atrodiet leņķa sinusu no griezuma, savienojot punktu ar abscisu asi.

Un

Kā mēs šeit turpināsim? Mums jāatrod sinusa leņķim starp un asi. Kur mēs varam meklēt sinusu? Tieši tā, taisnleņķa trijstūrī. Tātad, kas mums jādara? Uzbūvē šo trīsstūri!

Tā kā punkta koordinātas ir un, tad segments ir vienāds ar un segmentu. Mums jāatrod leņķa sinuss. Atgādināšu, ka sinuss ir pretējās puses attiecība pret hipotenūzu

Kas mums atliek darīt? Atrodiet hipotenūzu. To var izdarīt divos veidos: izmantojot Pitagora teorēmu (kājas ir zināmas!) vai izmantojot formulu attālumam starp diviem punktiem (faktiski tas pats, kas pirmajā metodē!). Es iešu otro ceļu:

Atbilde:

Nākamais uzdevums tev šķitīs vēl vienkāršāks. Viņa atrodas uz punkta koordinātām.

2. uzdevums. No punkta per-pen-di-ku-lyar tiek nolaists uz ab-ciss asi. Nai-di-te abs-cis-su os-no-va-niya per-pen-di-ku-la-ra.

Izveidosim zīmējumu:

Perpendikula pamatne ir punkts, kurā tas krustojas ar x asi (asi), man tas ir punkts. Attēlā redzams, ka tam ir koordinātas: . Mūs interesē abscisa - tas ir, komponents “x”. Viņa ir līdzvērtīga.

Atbilde: .

3. uzdevums. Iepriekšējā uzdevuma apstākļos atrodiet attālumu summu no punkta līdz koordinātu asīm.

Uzdevums parasti ir elementārs, ja zināt, kāds ir attālums no punkta līdz asīm. Jūs zināt? Ceru, bet tomēr atgādināšu:

Tātad manā zīmējumā tieši augšā es jau uzzīmēju vienu šādu perpendikulu? Uz kuras ass tas atrodas? Uz asi. Un kāds tad ir tā garums? Viņa ir līdzvērtīga. Tagad pats uzzīmējiet perpendikulu asij un atrodiet tā garumu. Būs vienlīdzīgi, vai ne? Tad to summa ir vienāda.

Atbilde: .

4. uzdevums. 2. uzdevuma apstākļos atrodiet punktam simetriskas ordinātas attiecībā pret abscisu asi.

Es domāju, ka jums ir intuitīvi skaidrs, kas ir simetrija? Tā piemīt daudziem objektiem: daudzām ēkām, galdiem, lidmašīnām, daudzām ģeometriskām formām: bumbiņai, cilindram, kvadrātam, rombam u.c. Aptuveni runājot, simetriju var saprast šādi: figūra sastāv no divām (vai vairākām) identiskām pusēm. Šo simetriju sauc par aksiālo simetriju. Kas tad ir ass? Tieši tā ir līnija, pa kuru, nosacīti runājot, figūru var “sagriezt” vienādās daļās (šajā attēlā simetrijas ass ir taisna):

Tagad atgriezīsimies pie mūsu uzdevuma. Mēs zinām, ka mēs meklējam punktu, kas ir simetrisks pret asi. Tad šī ass ir simetrijas ass. Tas nozīmē, ka mums ir jāatzīmē punkts tā, lai ass sagriež segmentu divās vienādās daļās. Mēģiniet pats atzīmēt šādu punktu. Tagad salīdziniet ar manu risinājumu:

Vai jums tas izdevās tāpat? Labi! Mūs interesē atrastā punkta ordinātas. Tas ir vienāds

Atbilde:

Tagad pastāstiet man, pēc dažām sekundēm domājot, kāda būs punkta abscisa, kas ir simetriska punktam A attiecībā pret ordinātām? Kāda ir tava atbilde? Pareizā atbilde: .

Kopumā noteikumu var uzrakstīt šādi:

Punktam, kas ir simetrisks punktam attiecībā pret abscisu asi, ir koordinātas:

Punktam, kas ir simetrisks punktam attiecībā pret ordinātu asi, ir koordinātas:

Nu tagad ir pavisam biedējoši uzdevums: atrod koordinātas punktam, kas ir simetrisks punktam attiecībā pret sākumpunktu. Vispirms padomā pats, un tad paskaties uz manu zīmējumu!

Atbilde:

Tagad paralelograma problēma:

5. uzdevums: punkti parādās ver-shi-na-mi pa-ral-le-lo-gram-ma. Atrodiet vai-di-uz šo punktu.

Šo problēmu var atrisināt divos veidos: loģika un koordinātu metode. Vispirms es izmantošu koordinātu metodi, un tad es jums pastāstīšu, kā jūs varat to atrisināt citādi.

Ir pilnīgi skaidrs, ka punkta abscisa ir vienāda. (tas atrodas uz perpendikula, kas novilkts no punkta uz abscisu asi). Mums jāatrod ordinātas. Izmantosim to, ka mūsu figūra ir paralelograms, tas nozīmē. Atradīsim segmenta garumu, izmantojot formulu attālumam starp diviem punktiem:

Mēs nolaižam perpendikulu, kas savieno punktu ar asi. Krustojuma punktu apzīmēšu ar burtu.

Segmenta garums ir vienāds. (pats atrodiet problēmu, kur mēs apspriedām šo punktu), tad mēs atradīsim segmenta garumu, izmantojot Pitagora teorēmu:

Nozares garums precīzi sakrīt ar tā ordinātām.

Atbilde: .

Cits risinājums (es tikai iedošu attēlu, kas to ilustrē)

Risinājuma gaita:

1. Uzvedība

2. Atrodiet punkta un garuma koordinātas

3. Pierādiet to.

Vēl viens segmenta garuma problēma:

Punkti parādās trīsstūra augšpusē. Atrodiet tās viduslīnijas garumu, paralēli.

Vai atceries, kas ir trijstūra viduslīnija? Tad šis uzdevums tev ir elementārs. Ja neatceraties, es jums atgādināšu: trijstūra viduslīnija ir līnija, kas savieno pretējo malu viduspunktus. Tas ir paralēls pamatnei un vienāds ar pusi no tā.

Bāze ir segments. Tā garums bija jāmeklē agrāk, tas ir vienāds. Tad vidējās līnijas garums ir uz pusi lielāks un vienāds.

Atbilde: .

Komentārs: šo problēmu var atrisināt citā veidā, pie kura mēs pievērsīsimies nedaudz vēlāk.

Tikmēr šeit ir dažas problēmas, praktizējiet tās, tās ir ļoti vienkāršas, taču tās palīdz jums labāk izmantot koordinātu metodi!

1. Punkti ir tra-pe-ciju augšdaļa. Atrodiet tā viduslīnijas garumu.

2. Punkti un parādīšanās ver-shi-na-mi pa-ral-le-lo-gram-ma. Atrodiet vai-di-uz šo punktu.

3. Atrodiet garumu no griezuma, savienojot punktu un

4. Atrodiet laukumu aiz krāsainās figūras koordinātu plaknē.

5. Caur punktu iet aplis ar centru na-cha-le ko-or-di-nat. Atrodiet viņas radio-di-us.

6. Find-di-te ra-di-us no apļa, aprakstiet-san-noy par taisnleņķa-no-ka, virsotnēm kaut kam ir co-vai -di-na-tu esi tik atbildīgs

Risinājumi:

1. Ir zināms, ka trapeces viduslīnija ir vienāda ar pusi no tās pamatu summas. Bāze ir vienāda, un bāze. Tad

Atbilde:

2. Vienkāršākais veids, kā atrisināt šo problēmu, ir to atzīmēt (paralēlogrammas noteikums). Aprēķināt vektoru koordinātas nav grūti: . Pievienojot vektorus, tiek pievienotas koordinātas. Tad ir koordinātas. Punktam ir arī šīs koordinātes, jo vektora sākumpunkts ir punkts ar koordinātām. Mūs interesē ordinātas. Viņa ir līdzvērtīga.

Atbilde:

3. Mēs nekavējoties rīkojamies saskaņā ar formulu attālumam starp diviem punktiem:

Atbilde:

4. Apskatiet attēlu un pasakiet man, starp kurām divām figūrām iekrāsotais laukums ir “iespiests”? Tas ir iespiests starp diviem laukumiem. Tad vēlamās figūras laukums ir vienāds ar lielā kvadrāta laukumu, no kura atņemtas mazā kvadrāta laukums. Maza kvadrāta mala ir segments, kas savieno punktus, un tā garums ir

Tad mazā kvadrāta laukums ir

Mēs darām to pašu ar lielu kvadrātu: tā mala ir segments, kas savieno punktus, un tā garums ir

Tad lielā kvadrāta laukums ir

Mēs atrodam vajadzīgās figūras laukumu, izmantojot formulu:

Atbilde:

5. Ja riņķim ir sākuma punkts un tas iet caur punktu, tad tā rādiuss būs tieši vienāds ar nogriežņa garumu (uzzīmējiet zīmējumu un sapratīsiet, kāpēc tas ir acīmredzami). Noskaidrosim šī segmenta garumu:

Atbilde:

6. Ir zināms, ka ap taisnstūri norobežota riņķa rādiuss ir vienāds ar pusi no tā diagonāles. Atradīsim jebkuras no divām diagonālēm garumu (galu galā taisnstūrī tās ir vienādas!)

Atbilde:

Nu vai tu ar visu tiki galā? Nebija ļoti grūti to izdomāt, vai ne? Šeit ir tikai viens noteikums - jāspēj izveidot vizuālu attēlu un vienkārši “nolasīt” visus datus no tā.

Mums palicis pavisam maz. Ir burtiski vēl divi punkti, kurus es vēlētos apspriest.

Mēģināsim atrisināt šo vienkāršo problēmu. Ļaujiet diviem punktiem un ir dota. Atrodiet segmenta viduspunkta koordinātas. Šīs problēmas risinājums ir šāds: ļaujiet punktam būt vēlamajam vidusdaļai, tad tam ir koordinātas:

Tas ir: segmenta vidus koordinātas = nogriežņa galu atbilstošo koordinātu vidējais aritmētiskais.

Šis noteikums ir ļoti vienkāršs un parasti skolēniem nesagādā grūtības. Apskatīsim, kādās problēmās un kā tas tiek izmantots:

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

2. Šķiet, ka punkti ir pasaules augšgalā. Find-di-te vai-di-na-tu punktus per-re-se-che-niya viņa dia-go-na-ley.

3. Find-di-te abs-cis-su apļa centru, aprakstiet-san-noy par taisnstūrveida-no-ka, virsotnēs kaut kam ir co-or-di-na-you tik-atbildīgi-bet.

Risinājumi:

1. Pirmā problēma ir vienkārši klasika. Mēs nekavējoties turpinām, lai noteiktu segmenta vidu. Tam ir koordinātas. Ordinātas ir vienādas.

Atbilde:

2. Ir viegli redzēt, ka šis četrstūris ir paralelograms (pat rombs!). To var pierādīt pats, aprēķinot malu garumus un salīdzinot tos savā starpā. Ko es zinu par paralelogramiem? Tās diagonāles dala uz pusēm ar krustpunktu! Jā! Tātad, kāds ir diagonāļu krustošanās punkts? Tas ir jebkuras diagonāles vidusdaļa! Es īpaši izvēlēšos diagonāli. Tad punktam ir koordinātas Punkta ordināta ir vienāda ar.

Atbilde:

3. Ar ko sakrīt ap taisnstūri norobežotā apļa centrs? Tas sakrīt ar tā diagonāļu krustošanās punktu. Ko jūs zināt par taisnstūra diagonālēm? Tie ir vienādi, un krustošanās punkts dala tos uz pusēm. Uzdevums tika samazināts līdz iepriekšējam. Ņemsim, piemēram, diagonāli. Tad, ja ir apcirkņa centrs, tad ir viduspunkts. Es meklēju koordinātas: Abscisa ir vienāda.

Atbilde:

Tagad nedaudz praktizējieties pats, es tikai sniegšu atbildes uz katru problēmu, lai jūs varētu sevi pārbaudīt.

1. Find-di-te ra-di-us no apļa, aprakstiet-san-noy par trīsstūri-no-ka, kaut kā virsotnēm ir co-or-di -no misters

2. Atrodi-di-te vai-di-uz šo apļa centru, apraksti-san-noy par trijstūri-no-ka, kura virsotnēs ir koordinātes.

3. Kāda veida ra-di-u-sa ir jābūt aplim ar centru tādā punktā, lai tas skartu ab-ciss asi?

4. Atrodiet-di-tos vai-di-tajā ass atkārtotas savienošanas punktā un no griezuma, savienojiet punktu un

Atbildes:

Vai viss bija izdevies? Es ļoti ceru uz to! Tagad - pēdējais grūdiens. Tagad esiet īpaši uzmanīgs. Materiāls, ko es tagad paskaidrošu, ir tieši saistīts ne tikai ar vienkāršām problēmām par koordinātu metodi no B daļas, bet arī ir atrodams visur C2 uzdevumā.

Kurus no saviem solījumiem es vēl neesmu pildījis? Atcerieties, kādas darbības vektoros es apsolīju ieviest un kuras es galu galā ieviesu? Vai esat pārliecināts, ka es neko neesmu aizmirsis? Aizmirsa! Es aizmirsu paskaidrot, ko nozīmē vektora reizināšana.

Ir divi veidi, kā reizināt vektoru ar vektoru. Atkarībā no izvēlētās metodes mēs iegūsim dažāda rakstura objektus:

Krustprodukts tiek veikts diezgan gudri. Kā to izdarīt un kāpēc tas ir nepieciešams, mēs apspriedīsim nākamajā rakstā. Un šajā mēs koncentrēsimies uz skalāro reizinājumu.

Ir divi veidi, kā to aprēķināt:

Kā jau uzminējāt, rezultātam jābūt tādam pašam! Tātad, vispirms apskatīsim pirmo metodi:

Punktu produkts, izmantojot koordinātas

Atrodiet: - vispārpieņemtu skalāra reizinājuma apzīmējumu

Aprēķina formula ir šāda:

Tas ir, skalārais reizinājums = vektora koordinātu reizinājumu summa!

Piemērs:

Atrodi-di-te

Risinājums:

Atradīsim katra vektora koordinātas:

Mēs aprēķinām skalāro reizinājumu, izmantojot formulu:

Atbilde:

Redziet, absolūti nekas sarežģīts!

Nu, tagad izmēģiniet to pats:

· Atrodiet gadsimtu skalāru pro-iz-ve-de-nie un

Vai jums izdevās? Varbūt pamanījāt nelielu lomu? Pārbaudīsim:

Vektoru koordinātas, tāpat kā iepriekšējā uzdevumā! Atbilde: .

Papildus koordinātei ir vēl viens veids, kā aprēķināt skalāro reizinājumu, proti, izmantojot vektoru garumus un leņķa kosinusu starp tiem:

Apzīmē leņķi starp vektoriem un.

Tas ir, skalārais reizinājums ir vienāds ar vektoru garumu un starp tiem esošā leņķa kosinusa reizinājumu.

Kāpēc mums ir vajadzīga šī otrā formula, ja mums ir pirmā, kas ir daudz vienkāršāka, tajā vismaz nav kosinusu. Un tas ir vajadzīgs, lai no pirmās un otrās formulas mēs ar jums varētu secināt, kā atrast leņķi starp vektoriem!

Ļaujiet Tad atcerieties vektora garuma formulu!

Tad, ja es aizstāju šos datus skalārā produkta formulā, es saņemu:

Bet citā veidā:

Tātad, ko jūs un es saņēmām? Tagad mums ir formula, kas ļauj aprēķināt leņķi starp diviem vektoriem! Dažreiz īsuma labad tas tiek uzrakstīts arī šādi:

Tas nozīmē, ka leņķa starp vektoriem aprēķināšanas algoritms ir šāds:

1. Aprēķiniet skalāro reizinājumu, izmantojot koordinātas
2. Atrodiet vektoru garumus un reiziniet tos
3. Sadaliet 1. punkta rezultātu ar 2. punkta rezultātu

Praktizēsim ar piemēriem:

1. Atrodi leņķi starp plakstiņiem un. Sniedziet atbildi grad-du-sah.

2. Iepriekšējā uzdevuma apstākļos atrodiet kosinusu starp vektoriem

Darīsim tā: es palīdzēšu jums atrisināt pirmo problēmu, bet otro mēģiniet izdarīt pats! Piekrītu? Tad sāksim!

1. Šie vektori ir mūsu vecie draugi. Mēs jau esam aprēķinājuši viņu skalāro reizinājumu, un tas bija vienāds. To koordinātas ir: , . Tad mēs atrodam to garumus:

Tad mēs meklējam kosinusu starp vektoriem:

Kāds ir leņķa kosinuss? Šis ir stūris.

Atbilde:

Nu, tagad pats atrisiniet otro problēmu un tad salīdziniet! Es sniegšu tikai ļoti īsu risinājumu:

2. ir koordinātes, ir koordinātes.

Ļaut būt leņķim starp vektoriem un, tad

Atbilde:

Jāatzīmē, ka problēmas tieši uz vektoriem un koordinātu metodi eksāmena darba B daļā ir diezgan reti. Tomēr lielāko daļu C2 problēmu var viegli atrisināt, ieviešot koordinātu sistēmu. Tātad jūs varat uzskatīt šo rakstu par pamatu, uz kura pamata mēs veidosim diezgan gudras konstrukcijas, kas mums būs nepieciešamas sarežģītu problēmu risināšanai.

KOORDINĀTES UN VEKTORI. VIDĒJAIS LĪMENIS

Mēs ar jums turpinām pētīt koordinātu metodi. Pēdējā daļā mēs atvasinājām vairākas svarīgas formulas, kas ļauj:

1. Atrodiet vektora koordinātas
2. Atrodiet vektora garumu (alternatīvi: attālumu starp diviem punktiem)
3. Pievienot un atņemt vektorus. Reiziniet tos ar reālu skaitli
4. Atrodiet segmenta viduspunktu
5. Aprēķināt vektoru punktu reizinājumu
6. Atrodiet leņķi starp vektoriem

Protams, visa koordinātu metode neietilpst šajos 6 punktos. Tas ir tādas zinātnes pamatā kā analītiskā ģeometrija, ar kuru jūs iepazīsities universitātē. Es tikai vēlos izveidot pamatu, kas ļaus jums atrisināt problēmas vienotā stāvoklī. eksāmens. Esam tikuši galā ar B daļas uzdevumiem. Tagad ir pienācis laiks pāriet uz pilnīgi jaunu līmeni! Šis raksts būs veltīts metodei to C2 problēmu risināšanai, kurās būtu saprātīgi pāriet uz koordinātu metodi. Šo pamatotību nosaka tas, kas ir jāatrod uzdevumā un kāds skaitlis ir norādīts. Tātad, es izmantotu koordinātu metodi, ja jautājumi ir:

1. Atrodiet leņķi starp divām plaknēm
2. Atrodiet leņķi starp taisni un plakni
3. Atrodiet leņķi starp divām taisnēm
4. Atrodiet attālumu no punkta līdz plaknei
5. Atrodiet attālumu no punkta līdz līnijai
6. Atrodiet attālumu no taisnes līdz plaknei
7. Atrodiet attālumu starp divām līnijām

Ja uzdevuma formulējumā norādītais skaitlis ir rotācijas ķermenis (bumba, cilindrs, konuss...)

Piemēroti skaitļi koordinātu metodei ir:

1. Taisnstūra paralēlskaldnis
2. Piramīda (trīsstūra, četrstūra, sešstūra)

Arī no manas pieredzes nav lietderīgi izmantot koordinātu metodi:

1. Šķērsgriezuma laukumu atrašana
2. Ķermeņu tilpumu aprēķins

Tomēr uzreiz jāatzīmē, ka trīs koordinātu metodei “nelabvēlīgās” situācijas praksē ir diezgan reti sastopamas. Lielākajā daļā uzdevumu tas var kļūt par jūsu glābēju, it īpaši, ja jūs ne pārāk labi pārvaldāt trīsdimensiju konstrukcijas (kas dažkārt var būt diezgan sarežģītas).

Kādi ir visi iepriekš uzskaitītie skaitļi? Tie vairs nav plakani, kā, piemēram, kvadrāts, trīsstūris, aplis, bet gan apjomīgi! Attiecīgi mums jāņem vērā nevis divdimensiju, bet gan trīsdimensiju koordinātu sistēma. To ir diezgan viegli uzbūvēt: tikai papildus abscisai un ordinātu asij mēs ieviesīsim vēl vienu asi, aplikācijas asi. Attēlā shematiski parādīts to relatīvais novietojums:

Tie visi ir savstarpēji perpendikulāri un krustojas vienā punktā, ko sauksim par koordinātu sākumu. Tāpat kā iepriekš, mēs apzīmēsim abscisu asi, ordinātu asi - un ieviesto aplikācijas asi - .

Ja iepriekš katrs plaknes punkts tika raksturots ar diviem cipariem - abscisu un ordinātu, tad katru telpas punktu jau raksturo trīs cipari - abscisa, ordināta un aplikācija. Piemēram:

Attiecīgi no punkta abscisa ir vienāda, ordināta ir , un aplikācija ir .

Dažreiz punkta abscisu sauc arī par punkta projekciju uz abscisu asi, ordinātu - punkta projekciju uz ordinātu asi, bet aplikāciju - par punkta projekciju uz aplikācijas asi. Attiecīgi, ja ir dots punkts, tad punkts ar koordinātām:

sauc par punkta projekciju plaknē

sauc par punkta projekciju plaknē

Rodas dabisks jautājums: vai visas divdimensiju gadījumam atvasinātās formulas ir derīgas telpā? Atbilde ir jā, tie ir godīgi un tiem ir vienāds izskats. Par nelielu detaļu. Es domāju, ka jūs jau esat uzminējis, kurš tas ir. Visās formulās mums būs jāpievieno vēl viens termins, kas atbild par aplikācijas asi. Proti.

1. Ja ir doti divi punkti: , tad:

• Vektoru koordinātas:
• Attālums starp diviem punktiem (vai vektora garums)
• Nozares viduspunktam ir koordinātas

2. Ja ir doti divi vektori: un, tad:

• Viņu skalārais reizinājums ir vienāds ar:
• Leņķa kosinuss starp vektoriem ir vienāds ar:

Tomēr telpa nav tik vienkārša. Kā jūs saprotat, vēl vienas koordinātas pievienošana ievieš ievērojamu daudzveidību šajā telpā “dzīvojošo” figūru spektrā. Un tālākam stāstījumam man vajadzēs ieviest kādu, rupji sakot, taisnās līnijas “vispārinājumu”. Šis “vispārinājums” būs lidmašīna. Ko jūs zināt par lidmašīnu? Mēģiniet atbildēt uz jautājumu, kas ir lidmašīna? Ir ļoti grūti pateikt. Tomēr mēs visi intuitīvi iedomājamies, kā tas izskatās:

Aptuveni runājot, šī ir sava veida bezgalīga “lapa”, kas iestrēdzis kosmosā. “Bezgalība” jāsaprot, ka plakne stiepjas visos virzienos, tas ir, tās laukums ir vienāds ar bezgalību. Taču šis “praktiskais” skaidrojums nedod ne mazāko priekšstatu par lidmašīnas uzbūvi. Un tieši viņa mūs interesēs.

Atcerēsimies vienu no ģeometrijas pamataksiomām:

• taisne iet caur diviem dažādiem plaknes punktiem, un tikai viens:

Vai tā analogs kosmosā:

Protams, jūs atceraties, kā iegūt taisnes vienādojumu no diviem dotiem punktiem; tas nepavisam nav grūti: ja pirmajam punktam ir koordinātes: un otrajam, tad līnijas vienādojums būs šāds:

Jūs to apguvāt 7. klasē. Telpā taisnes vienādojums izskatās šādi: dosim divus punktus ar koordinātām: , tad caur tiem ietošās taisnes vienādojumam ir forma:

Piemēram, līnija iet caur punktiem:

Kā tas būtu jāsaprot? Tas jāsaprot šādi: punkts atrodas uz taisnes, ja tā koordinātas atbilst šādai sistēmai:

Mūs īpaši neinteresēs taisnes vienādojums, taču mums ir jāpievērš uzmanība ļoti svarīgajam līnijas virziena vektora jēdzienam. - jebkurš vektors, kas nav nulle, kas atrodas uz noteiktas taisnes vai paralēli tai.

Piemēram, abi vektori ir taisnas līnijas virziena vektori. Ļaut ir punkts, kas atrodas uz līnijas, un ļaujiet būt tā virziena vektoram. Tad līnijas vienādojumu var uzrakstīt šādā formā:

Atkal es neinteresēšos par taisnes vienādojumu, bet man patiešām ir jāatceras, kas ir virziena vektors! Atkal: tas ir JEBKURS, kas nav nulles vektors, kas atrodas uz taisnes vai paralēli tai.

Izņemt plaknes vienādojums, kura pamatā ir trīs noteikti punkti vairs nav tik triviāls, un vidusskolas kursos šis jautājums parasti netiek risināts. Bet velti! Šis paņēmiens ir ļoti svarīgs, ja mēs izmantojam koordinātu metodi, lai atrisinātu sarežģītas problēmas. Tomēr es pieņemu, ka jūs vēlaties uzzināt kaut ko jaunu? Turklāt jūs varēsiet pārsteigt savu skolotāju universitātē, kad izrādīsies, ka jūs jau zināt, kā izmantot tehniku, kas parasti tiek apgūta analītiskās ģeometrijas kursā. Tātad sāksim.

Plaknes vienādojums nav pārāk atšķirīgs no plaknes taisnes vienādojuma, proti, tam ir šāda forma:

daži skaitļi (ne visi vienādi ar nulli), bet mainīgie, piemēram: utt. Kā redzat, plaknes vienādojums īpaši neatšķiras no taisnes vienādojuma (lineāra funkcija). Tomēr atceries, par ko jūs un es strīdējāmies? Mēs teicām, ka, ja mums ir trīs punkti, kas neatrodas uz vienas taisnes, tad plaknes vienādojumu var unikāli rekonstruēt no tiem. Bet kā? Es mēģināšu jums to izskaidrot.

Tā kā plaknes vienādojums ir:

Un punkti pieder šai plaknei, tad, aizvietojot katra punkta koordinātas plaknes vienādojumā, mums vajadzētu iegūt pareizo identitāti:

Tādējādi ir jāatrisina trīs vienādojumi ar nezināmajiem! Dilemma! Tomēr jūs vienmēr varat to pieņemt (lai to izdarītu, jums ir jādala ar). Tādējādi mēs iegūstam trīs vienādojumus ar trim nezināmajiem:

Tomēr mēs neatrisināsim šādu sistēmu, bet uzrakstīsim noslēpumaino izteiksmi, kas izriet no tās:

Vienādojums plaknei, kas iet cauri trim dotiem punktiem

\[\pa kreisi| (\begin(masīvs)(*(20)(c))(x - (x_0))&((x_1) - (x_0))&((x_2) - (x_0))\\(y - (y_0) )&((y_1) - (y_0))&((y_2) - (y_0))\\(z - (z_0))&((z_1) - (z_0))&((z_2) - (z_0)) \end(masīvs)) \right| = 0\]

Stop! Kas tas ir? Kāds ļoti neparasts modulis! Tomēr objektam, ko redzat sev priekšā, nav nekāda sakara ar moduli. Šo objektu sauc par trešās kārtas determinantu. No šī brīža, saskaroties ar koordinātu metodi plaknē, jūs ļoti bieži saskarsities ar tiem pašiem noteicošajiem faktoriem. Kas ir trešās kārtas determinants? Savādi, bet tas ir tikai cipars. Atliek saprast, kādu konkrētu skaitli mēs salīdzināsim ar determinantu.

Vispirms ierakstīsim trešās kārtas determinantu vispārīgākā formā:

Kur ir daži cipari. Turklāt ar pirmo indeksu mēs domājam rindas numuru, un ar indeksu mēs domājam kolonnas numuru. Piemēram, tas nozīmē, ka šis skaitlis atrodas otrās rindas un trešās kolonnas krustpunktā. Uzdosim šādu jautājumu: kā tieši mēs aprēķināsim šādu determinantu? Tas ir, kādu konkrētu skaitli mēs ar to salīdzināsim? Trešās kārtas determinantam ir heiristisks (vizuāls) trīsstūra noteikums, kas izskatās šādi:

1. Galvenās diagonāles elementu reizinājums (no augšējā kreisā stūra uz apakšējo labo) pirmo trīsstūri veidojošo elementu reizinājums “perpendikulāri” galvenajai diagonālei, to elementu reizinājums, kas veido otro trīsstūri “perpendikulāri” diagonālei. galvenā diagonāle
2. Sekundārās diagonāles elementu reizinājums (no augšējā labā stūra uz apakšējo kreiso) pirmo trīsstūri veidojošo elementu reizinājums “perpendikulāri” sekundārajai diagonālei, to elementu reizinājums, kas veido otro trīsstūri “perpendikulāri” sekundārā diagonāle
3. Tad determinants ir vienāds ar starpību starp vērtībām, kas iegūtas solī un

Ja mēs to visu pierakstām skaitļos, mēs iegūstam šādu izteiksmi:

Tomēr jums nav jāatceras aprēķina metode šajā formā, pietiek tikai paturēt galvā trīsstūrus un pašu ideju par to, kas ko sastāda un kas pēc tam tiek atņemts no kā).

Ilustrēsim trīsstūra metodi ar piemēru:

1. Aprēķiniet determinantu:

Izdomāsim, ko pievienojam un ko atņemam:

Noteikumi, kuriem pievienots plus:

Šī ir galvenā diagonāle: elementu reizinājums ir vienāds ar

Pirmais trīsstūris, "perpendikulārs galvenajai diagonālei: elementu reizinājums ir vienāds ar

Otrais trīsstūris, "perpendikulārs galvenajai diagonālei: elementu reizinājums ir vienāds ar

Saskaitiet trīs skaitļus:

Noteikumi, kas nāk ar mīnusu

Šī ir sānu diagonāle: elementu reizinājums ir vienāds ar

Pirmais trīsstūris, “perpendikulārs sekundārajai diagonālei: elementu reizinājums ir vienāds ar

Otrais trīsstūris, “perpendikulārs sekundārajai diagonālei: elementu reizinājums ir vienāds ar

Saskaitiet trīs skaitļus:

Atliek tikai atņemt “plus” vārdu summu no “mīnus” terminu summas:

Tādējādi

Kā redzat, trešās kārtas determinantu aprēķināšanā nav nekā sarežģīta vai pārdabiska. Ir svarīgi tikai atcerēties par trijstūriem un nepieļaut aritmētiskas kļūdas. Tagad mēģiniet to aprēķināt pats:

Mēs pārbaudām:

1. Pirmais trīsstūris, kas ir perpendikulārs galvenajai diagonālei:
2. Otrais trīsstūris, kas ir perpendikulārs galvenajai diagonālei:
3. Terminu summa ar plusu:
4. Pirmais trīsstūris, kas ir perpendikulārs sekundārajai diagonālei:
5. Otrais trīsstūris, kas ir perpendikulārs sānu diagonālei:
6. Terminu summa ar mīnusu:
7. Terminu summa ar plus mīnus terminu summa ar mīnusu:

Šeit ir vēl pāris noteicošie faktori, aprēķiniet to vērtības pats un salīdziniet ar atbildēm:

Atbildes:

Nu, vai viss sakrita? Lieliski, tad varat doties tālāk! Ja rodas grūtības, tad mans padoms ir šāds: internetā ir daudz programmu determinanta aprēķināšanai tiešsaistē. Viss, kas jums nepieciešams, ir izdomāt savu noteicēju, pašam to aprēķināt un pēc tam salīdzināt ar programmas aprēķināto. Un tā tālāk, līdz rezultāti sāk sakrist. Esmu pārliecināts, ka šis brīdis nepaliks ilgi!

Tagad atgriezīsimies pie determinanta, ko es uzrakstīju, kad runāju par plaknes vienādojumu, kas iet cauri trim dotiem punktiem:

Viss, kas jums nepieciešams, ir tieši aprēķināt tā vērtību (izmantojot trīsstūra metodi) un iestatīt rezultātu uz nulli. Protams, tā kā tie ir mainīgie, jūs iegūsit kādu izteiksmi, kas ir atkarīga no tiem. Tieši šī izteiksme būs vienādojums plaknei, kas iet cauri trim dotiem punktiem, kas neatrodas uz vienas taisnes!

Ilustrēsim to ar vienkāršu piemēru:

1. Izveidojiet vienādojumu plaknei, kas iet caur punktiem

Mēs apkopojam noteicošo faktoru šiem trim punktiem:

Vienkāršosim:

Tagad mēs to aprēķinām tieši, izmantojot trīsstūra noteikumu:

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

Tādējādi plaknes, kas iet caur punktiem, vienādojums ir:

Tagad mēģiniet pats atrisināt vienu problēmu, un tad mēs to apspriedīsim:

2. Atrodiet vienādojumu plaknei, kas iet caur punktiem

Nu, tagad apspriedīsim risinājumu:

Izveidosim determinantu:

Un aprēķiniet tā vērtību:

Tad plaknes vienādojumam ir šāda forma:

Vai arī, samazinot par, mēs iegūstam:

Tagad divi paškontroles uzdevumi:

1. Izveidojiet vienādojumu plaknei, kas iet cauri trim punktiem:

Atbildes:

Vai viss sakrita? Atkal, ja ir zināmas grūtības, tad mans padoms ir šāds: paņemiet no galvas trīs punktus (ar lielu varbūtību, ka tie neatradīsies uz vienas taisnes), izveidojiet plakni, pamatojoties uz tiem. Un tad jūs pārbaudāt sevi tiešsaistē. Piemēram, vietnē:

Taču ar determinantu palīdzību konstruēsim ne tikai plaknes vienādojumu. Atcerieties, ka es jums teicu, ka vektoriem ir definēts ne tikai punktu produkts. Ir arī vektorprodukts, kā arī jauktais produkts. Un, ja divu vektoru skalārā reizinājums ir skaitlis, tad divu vektoru vektorreizinājums būs vektors, un šis vektors būs perpendikulārs dotajiem:

Turklāt tā modulis būs vienāds ar paralelograma laukumu, kas veidots uz vektoriem un. Šis vektors mums būs vajadzīgs, lai aprēķinātu attālumu no punkta līdz līnijai. Kā mēs varam aprēķināt vektoru vektorreizinājumu un, ja ir norādītas to koordinātas? Mums atkal palīgā nāk trešās kārtas noteicējs. Tomēr, pirms pārietu uz vektora reizinājuma aprēķināšanas algoritmu, man ir jāveic neliela atkāpe.

Šī novirze attiecas uz bāzes vektoriem.

Tie shematiski parādīti attēlā:

Kāpēc jūs domājat, ka tos sauc par pamata? Fakts ir tāds, ka:

Vai arī attēlā:

Šīs formulas derīgums ir acīmredzams, jo:

Vektoru mākslas darbs

Tagad es varu sākt ieviest krustveida produktu:

Divu vektoru vektorreizinājums ir vektors, kuru aprēķina saskaņā ar šādu noteikumu:

Tagad sniegsim dažus krustprodukta aprēķināšanas piemērus:

1. piemērs. Atrodiet vektoru krustreizinājumu:

Risinājums: es veidoju noteicēju:

Un es to aprēķināju:

Tagad, rakstot caur bāzes vektoriem, es atgriezīšos pie parastā vektora apzīmējuma:

Tādējādi:

Tagad izmēģiniet to.

Vai esat gatavs? Mēs pārbaudām:

Un tradicionāli divi kontroles uzdevumi:

1. Atrodiet vektoru reizinājumu šādiem vektoriem:
2. Atrodiet vektoru reizinājumu šādiem vektoriem:

Atbildes:

Trīs vektoru jauktais reizinājums

Pēdējā konstrukcija, kas man būs nepieciešama, ir trīs vektoru jauktais reizinājums. Tas, tāpat kā skalārs, ir skaitlis. Ir divi veidi, kā to aprēķināt. - caur determinantu, - caur jauktu produktu.

Proti, dosim trīs vektorus:

Tad trīs vektoru jaukto reizinājumu, ko apzīmē ar, var aprēķināt šādi:

1. - tas ir, jauktais reizinājums ir vektora skalārais reizinājums un divu citu vektoru vektorreizinājums

Piemēram, trīs vektoru jauktais reizinājums ir:

Mēģiniet to aprēķināt pats, izmantojot vektora reizinājumu, un pārliecinieties, ka rezultāti sakrīt!

Un atkal divi piemēri neatkarīgiem risinājumiem:

Atbildes:

Koordinātu sistēmas izvēle

Nu, tagad mums ir viss nepieciešamais zināšanu pamats, lai atrisinātu sarežģītas stereometriskās ģeometrijas problēmas. Tomēr, pirms pāriet tieši pie piemēriem un to risināšanas algoritmiem, es uzskatu, ka būs lietderīgi pakavēties pie šāda jautājuma: kā tieši izvēlēties konkrētas figūras koordinātu sistēmu. Galu galā tieši koordinātu sistēmas un skaitļa kosmosa relatīvās pozīcijas izvēle galu galā noteiks, cik apgrūtinoši būs aprēķini.

Atgādināšu, ka šajā sadaļā mēs aplūkojam šādus skaitļus:

1. Taisnstūra paralēlskaldnis
2. Taisna prizma (trīsstūrveida, sešstūra...)
3. Piramīda (trīsstūrveida, četrstūrveida)
4. Tetraedrs (tāds pats kā trīsstūrveida piramīda)

Taisnstūra paralēlskaldiņam vai kubam iesaku šādu konstrukciju:

Tas ir, es ievietošu figūru “stūrī”. Kubs un paralēlskaldnis ir ļoti labas figūras. Viņiem jūs vienmēr varat viegli atrast tā virsotņu koordinātas. Piemēram, ja (kā parādīts attēlā)

tad virsotņu koordinātas ir šādas:

Protams, jums tas nav jāatceras, taču ir ieteicams atcerēties, kā vislabāk novietot kubu vai taisnstūrveida paralēlskaldni.

Taisna prizma

Prizma ir kaitīgāka figūra. To var novietot telpā dažādos veidos. Tomēr man vispieņemamākā šķiet šāda iespēja:

Trīsstūrveida prizma:

Tas ir, vienu no trijstūra malām pilnībā novietojam uz ass, un viena no virsotnēm sakrīt ar koordinātu sākumpunktu.

Sešstūra prizma:

Tas ir, viena no virsotnēm sakrīt ar sākumu, un viena no pusēm atrodas uz ass.

Četrstūra un sešstūra piramīda:

Situācija ir līdzīga kubam: mēs izlīdzinām divas pamatnes malas ar koordinātu asīm, bet vienu no virsotnēm izlīdzinām ar koordinātu sākumpunktu. Vienīgās nelielās grūtības sagādās punkta koordinātu aprēķināšana.

Sešstūra piramīdai - tas pats, kas sešstūra prizmai. Galvenais uzdevums atkal būs atrast virsotnes koordinātas.

Tetraedrs (trīsstūra piramīda)

Situācija ir ļoti līdzīga tai, ko minēju trīsstūrveida prizmai: viena virsotne sakrīt ar sākumu, viena puse atrodas uz koordinātu ass.

Nu, tagad jūs un es beidzot esam tuvu tam, lai sāktu risināt problēmas. No tā, ko es teicu pašā raksta sākumā, jūs varat izdarīt šādu secinājumu: lielākā daļa C2 problēmu ir sadalītas 2 kategorijās: leņķa problēmas un attāluma problēmas. Pirmkārt, mēs aplūkosim leņķa atrašanas problēmas. Tos savukārt iedala šādās kategorijās (palielinoties sarežģītībai):

Problēmas ar leņķu atrašanu

1. Leņķa atrašana starp divām taisnēm
2. Leņķa atrašana starp divām plaknēm

Apskatīsim šīs problēmas secīgi: sāksim ar leņķa atrašanu starp divām taisnēm. Nu, atcerieties, vai jūs un es iepriekš neesam risinājuši līdzīgus piemērus? Vai atceries, mums jau bija kaut kas līdzīgs... Mēs meklējām leņķi starp diviem vektoriem. Atgādināšu, ja ir doti divi vektori: un, tad leņķis starp tiem tiek atrasts no attiecības:

Tagad mūsu mērķis ir atrast leņķi starp divām taisnēm. Apskatīsim “plakano attēlu”:

Cik leņķus mēs ieguvām, kad krustojās divas taisnes? Tikai dažas lietas. Tiesa, tikai divi no tiem nav vienādi, savukārt pārējie ir tiem vertikāli (un tāpēc ar tiem sakrīt). Tātad, kurš leņķis mums jāņem vērā leņķis starp divām taisnēm: vai? Šeit ir noteikums: leņķis starp divām taisnēm vienmēr nav lielāks par grādiem. Tas ir, no diviem leņķiem mēs vienmēr izvēlēsimies leņķi ar mazāko grādu. Tas ir, šajā attēlā leņķis starp divām taisnām līnijām ir vienāds. Lai katru reizi netraucētu atrast mazāko no diviem leņķiem, viltīgi matemātiķi ieteica izmantot moduli. Tādējādi leņķi starp divām taisnēm nosaka pēc formulas:

Jums kā uzmanīgam lasītājam vajadzēja uzdot jautājumu: kur tieši mēs iegūstam šos skaitļus, kas mums nepieciešami, lai aprēķinātu leņķa kosinusu? Atbilde: mēs tos ņemsim no līniju virziena vektoriem! Tādējādi algoritms leņķa atrašanai starp divām taisnēm ir šāds:

1. Mēs izmantojam formulu 1.

Vai arī sīkāk:

1. Mēs meklējam pirmās taisnes virziena vektora koordinātas
2. Mēs meklējam otrās taisnes virziena vektora koordinātas
3. Mēs aprēķinām to skalārā reizinājuma moduli
4. Mēs meklējam pirmā vektora garumu
5. Mēs meklējam otrā vektora garumu
6. Reiziniet 4. punkta rezultātus ar 5. punkta rezultātiem
7. 3. punkta rezultātu sadalām ar 6. punkta rezultātu. Iegūstam leņķa kosinusu starp taisnēm
8. Ja šis rezultāts ļauj precīzi aprēķināt leņķi, mēs to meklējam
9. Citādi mēs rakstām caur loka kosinusu

Nu, tagad ir pienācis laiks pāriet pie problēmām: es detalizēti demonstrēšu pirmo divu risinājumu, es īsumā izklāstīšu citu risinājumu, un uz pēdējām divām problēmām es sniegšu tikai atbildes; visi aprēķini viņiem jāveic pašam.

Uzdevumi:

1. Labajā tet-ra-ed-re atrodiet leņķi starp tet-ra-ed-ra augstumu un vidējo malu.

2. Labajā pusē sešu stūru pi-ra-mi-de simts os-no-va-niyas ir vienādas, un sānu malas ir vienādas, atrodiet leņķi starp līnijām un.

3. Labās četrogļu pi-ra-mi-dy visu malu garumi ir vienādi viens ar otru. Atrodiet leņķi starp taisnēm un, ja no griezuma - jūs esat ar doto pi-ra-mi-dy, punkts ir se-re-di-uz tā bo-co- otrās ribas

4. Uz kuba malas atrodas punkts, lai Atrastu leņķi starp taisnēm un

5. Punkts - uz kuba malām Atrast leņķi starp taisnēm un.

Nav nejaušība, ka es sakārtoju uzdevumus šādā secībā. Kamēr jūs vēl neesat sācis orientēties koordinātu metodē, es pats analizēšu “problemātiskākos” skaitļus un likšu jums tikt galā ar vienkāršāko kubu! Pamazām būs jāiemācās strādāt ar visām figūrām, paaugstināšu uzdevumu sarežģītību no tēmas uz tēmu.

Sāksim risināt problēmas:

1. Uzzīmējiet tetraedru, novietojiet to koordinātu sistēmā, kā es ieteicu iepriekš. Tā kā tetraedrs ir regulārs, visas tā skaldnes (ieskaitot pamatni) ir regulāri trīsstūri. Tā kā mums nav dots malas garums, varu pieņemt, ka tas ir vienāds. Es domāju, ka jūs saprotat, ka leņķis patiesībā nebūs atkarīgs no tā, cik ļoti mūsu tetraedrs ir “izstiepts”?. Uzzīmēšu arī augstumu un mediānu tetraedrā. Pa ceļam uzzīmēšu tā pamatni (noderēs arī mums).

Man jāatrod leņķis starp un. Ko mēs zinām? Mēs zinām tikai punkta koordinātas. Tas nozīmē, ka mums jāatrod punktu koordinātas. Tagad mēs domājam: punkts ir trijstūra augstumu (vai bisektriņu vai mediānu) krustošanās punkts. Un punkts ir pacelts punkts. Punkts ir segmenta vidusdaļa. Tad mums beidzot jāatrod: punktu koordinātas: .

Sāksim ar vienkāršāko lietu: punkta koordinātām. Apskatiet attēlu: Ir skaidrs, ka punkta aplikācija ir vienāda ar nulli (punkts atrodas uz plaknes). Tā ordināta ir vienāda (jo tā ir mediāna). Ir grūtāk atrast tā abscisu. Tomēr to ir viegli izdarīt, pamatojoties uz Pitagora teorēmu: Apsveriet trīsstūri. Tās hipotenūza ir vienāda, un viena no tās kājām ir vienāda Tad:

Beidzot mums ir: .

Tagad noskaidrosim punkta koordinātas. Ir skaidrs, ka tā aplikācija atkal ir vienāda ar nulli, un tā ordināta ir tāda pati kā punkta ordināta, tas ir. Atradīsim tās abscisu. Tas tiek darīts diezgan triviāli, ja to atceraties vienādmalu trijstūra augstumus pēc krustošanās punkta dala proporcionāli, skaitot no augšas. Tā kā: , tad punkta vajadzīgā abscise, kas vienāda ar segmenta garumu, ir vienāda ar: . Tādējādi punkta koordinātas ir:

Atradīsim punkta koordinātas. Ir skaidrs, ka tā abscisa un ordināta sakrīt ar punkta abscisu un ordinātu. Un aplikācija ir vienāda ar segmenta garumu. - šī ir viena no trijstūra kājām. Trijstūra hipotenūza ir segments - kāja. Tas tiek meklēts iemeslu dēļ, kurus esmu uzsvēris treknrakstā:

Punkts ir segmenta vidusdaļa. Tad mums jāatceras segmenta viduspunkta koordinātu formula:

Tas arī viss, tagad mēs varam meklēt virziena vektoru koordinātas:

Nu, viss ir gatavs: mēs aizstājam visus datus formulā:

Tādējādi

Atbilde:

Jums nevajadzētu baidīties no šādām "biedējošām" atbildēm: C2 problēmām tā ir ierasta prakse. Es drīzāk būtu pārsteigts par “skaisto” atbildi šajā daļā. Tāpat, kā jūs pamanījāt, es praktiski neizmantoju neko citu kā vien Pitagora teorēmu un vienādmalu trīsstūra augstuma īpašību. Tas ir, lai atrisinātu stereometrisko problēmu, es izmantoju minimālo stereometriju. Ieguvums šajā ziņā ir daļēji “dzēsts” ar diezgan apgrūtinošiem aprēķiniem. Bet tie ir diezgan algoritmiski!

2. Attēlosim regulāru sešstūra piramīdu kopā ar koordinātu sistēmu, kā arī tās pamatu:

Mums jāatrod leņķis starp līnijām un. Tādējādi mūsu uzdevums ir atrast punktu koordinātas: . Mēs atradīsim pēdējo trīs koordinātas, izmantojot nelielu zīmējumu, un mēs atradīsim virsotnes koordinātas caur punkta koordinātu. Ir daudz darāmā, bet mums ir jāsāk!

a) Koordināta: ir skaidrs, ka tās aplikāts un ordināts ir vienādi ar nulli. Atradīsim abscisu. Lai to izdarītu, apsveriet taisnleņķa trīsstūri. Diemžēl tajā mēs zinām tikai hipotenūzu, kas ir vienāda. Mēģināsim atrast kāju (jo ir skaidrs, ka dubultā kājas garums mums dos punkta abscisu). Kā mēs to varam meklēt? Atcerēsimies, kāda figūra mums ir piramīdas pamatnē? Šis ir regulārs sešstūris. Ko tas nozīmē? Tas nozīmē, ka visas malas un visi leņķi ir vienādi. Mums ir jāatrod viens šāds leņķis. Kādas idejas? Ir daudz ideju, bet ir formula:

Regulāra n-stūra leņķu summa ir .

Tādējādi regulāra sešstūra leņķu summa ir vienāda ar grādiem. Tad katrs no leņķiem ir vienāds ar:

Apskatīsim attēlu vēlreiz. Ir skaidrs, ka segments ir leņķa bisektrise. Tad leņķis ir vienāds ar grādiem. Pēc tam:

Tad no kurienes.

Tādējādi ir koordinātas

b) Tagad mēs varam viegli atrast punkta koordinātu: .

c) Atrodi punkta koordinātas. Tā kā tā abscisa sakrīt ar segmenta garumu, tā ir vienāda. Arī ordinātu atrašana nav īpaši sarežģīta: ja savienojam punktus un apzīmējam līnijas krustpunktu kā, teiksim, . (dari pats vienkārša konstrukcija). Tad Tādējādi punkta B ordināta ir vienāda ar nogriežņu garumu summu. Apskatīsim vēlreiz trīsstūri. Tad

Tad kopš Tad punktam ir koordinātes

d) Tagad noskaidrosim punkta koordinātas. Apsveriet taisnstūri un pierādiet, ka Tādējādi punkta koordinātas ir:

e) Atliek atrast virsotnes koordinātas. Ir skaidrs, ka tā abscisa un ordināta sakrīt ar punkta abscisu un ordinātu. Atradīsim aplikāciju. Kopš tā laika. Apsveriet taisnleņķa trīsstūri. Atbilstoši problēmas apstākļiem sānu mala. Šī ir mana trīsstūra hipotenūza. Tad piramīdas augstums ir kāja.

Tad punktam ir koordinātes:

Nu tas tā, man ir visu mani interesējošo punktu koordinātes. Es meklēju taisnu līniju virzošo vektoru koordinātas:

Mēs meklējam leņķi starp šiem vektoriem:

Atbilde:

Atkal, šīs problēmas risināšanā es neizmantoju nekādus sarežģītus paņēmienus, izņemot regulāra n-stūra leņķu summas formulu, kā arī taisnleņķa trijstūra kosinusa un sinusa definīciju.

3. Tā kā mums piramīdā atkal nav doti malu garumi, es tos uzskatīšu par vienādiem ar vienu. Tādējādi, tā kā VISAS malas, nevis tikai sānu malas, ir vienādas viena ar otru, tad piramīdas un manis pamatnē ir kvadrāts, un sānu malas ir regulāri trīsstūri. Uzzīmēsim šādu piramīdu, kā arī tās pamatni plaknē, atzīmējot visus uzdevuma tekstā norādītos datus:

Mēs meklējam leņķi starp un. Es izdarīšu ļoti īsus aprēķinus, kad meklēšu punktu koordinātas. Jums tie būs "jāatšifrē":

b) - segmenta vidusdaļa. Tās koordinātas:

c) Atradīšu nogriežņa garumu, izmantojot Pitagora teorēmu trijstūrī. Es to varu atrast, izmantojot Pitagora teorēmu trīsstūrī.

Koordinātas:

d) - segmenta vidusdaļa. Tās koordinātas ir

e) vektoru koordinātas

f) Vektoru koordinātas

g) Meklējot leņķi:

Kubs ir visvienkāršākā figūra. Esmu pārliecināts, ka jūs to izdomāsit pats. Atbildes uz 4. un 5. uzdevumu ir šādas:

Leņķa atrašana starp taisni un plakni

Nu, vienkāršu mīklu laiks ir beidzies! Tagad piemēri būs vēl sarežģītāki. Lai atrastu leņķi starp taisni un plakni, mēs rīkojamies šādi:

1. Izmantojot trīs punktus, mēs izveidojam plaknes vienādojumu
   ,
   izmantojot trešās kārtas determinantu.
2. Izmantojot divus punktus, mēs meklējam taisnes virzošā vektora koordinātas:
3. Mēs izmantojam formulu, lai aprēķinātu leņķi starp taisni un plakni:

Kā redzat, šī formula ir ļoti līdzīga tai, ko izmantojām, lai atrastu leņķus starp divām taisnēm. Struktūra labajā pusē ir vienkārši tāda pati, un kreisajā pusē mēs tagad meklējam sinusu, nevis kosinusu kā iepriekš. Nu tika pievienota viena nejauka darbība - lidmašīnas vienādojuma meklēšana.

Nevilcināsim risinājumu piemēri:

1. Galvenā-bet-va-ni-em tiešā prizma-mēs esam vienāds ar nabadzīgo trīsstūri. Atrodiet leņķi starp taisni un plakni

2. Taisnstūra formā par-ral-le-le-pi-pe-de no rietumiem atrodiet leņķi starp taisni un plakni.

3. Labajā sešstūra prizmā visas malas ir vienādas. Atrodiet leņķi starp taisni un plakni.

4. Labajā trīsstūrveida pi-ra-mi-de ar zināmo ribu os-no-va-ni-em Atrodiet stūri, ob-ra-zo-van -plakanu pamatnē un taisni, kas iet cauri pelēkajam. ribas un

5. Taisnā četrstūra pi-ra-mi-dy ar virsotni visu malu garumi ir vienādi viens ar otru. Atrodiet leņķi starp taisni un plakni, ja punkts atrodas pi-ra-mi-dy malas malā.

Atkal, pirmās divas problēmas es atrisināšu detalizēti, trešo īsi, bet pēdējās divas atstāšu jums pašam atrisināt. Turklāt jums jau ir nācies saskarties ar trīsstūrveida un četrstūra piramīdām, bet vēl ne ar prizmām.

Risinājumi:

1. Attēlosim prizmu, kā arī tās pamatni. Apvienosim to ar koordinātu sistēmu un atzīmēsim visus problēmas izklāstā norādītos datus:

Es atvainojos par dažu proporciju neievērošanu, bet problēmas risināšanai tas patiesībā nav tik svarīgi. Lidmašīna ir vienkārši manas prizmas "aizmugurējā siena". Pietiek vienkārši uzminēt, ka šādas plaknes vienādojumam ir šāda forma:

Tomēr to var parādīt tieši:

Izvēlēsimies patvaļīgus trīs punktus šajā plaknē: piemēram, .

Izveidosim plaknes vienādojumu:

Vingrinājums jums: aprēķiniet šo noteicošo faktoru pats. Vai jums izdevās? Tad plaknes vienādojums izskatās šādi:

Vai vienkārši

Tādējādi

Lai atrisinātu piemēru, man jāatrod taisnes virziena vektora koordinātas. Tā kā punkts sakrīt ar koordinātu sākumpunktu, vektora koordinātas vienkārši sakritīs ar punkta koordinātām.Lai to izdarītu, vispirms atrodam punkta koordinātas.

Lai to izdarītu, apsveriet trīsstūri. Zīmēsim augstumu (pazīstamu arī kā mediānu un bisektrisi) no virsotnes. Tā kā punkta ordināta ir vienāda ar. Lai atrastu šī punkta abscisu, mums jāaprēķina segmenta garums. Saskaņā ar Pitagora teorēmu mums ir:

Tad punktam ir koordinātes:

Punkts ir "pacelts" punkts:

Tad vektora koordinātas ir:

Atbilde:

Kā redzat, risinot šādas problēmas, nekas nav sarežģīts. Faktiski procesu vēl nedaudz vienkāršo tādas figūras kā prizma “taisnums”. Tagad pāriesim pie nākamā piemēra:

2. Uzzīmējiet paralēlskaldni, uzzīmējiet tajā plakni un taisnu līniju, kā arī atsevišķi uzzīmējiet tā apakšējo pamatni:

Pirmkārt, mēs atrodam plaknes vienādojumu: trīs tajā esošo punktu koordinātas:

(pirmās divas koordinātas tiek iegūtas acīmredzamā veidā, un jūs varat viegli atrast pēdējo koordinātu no attēla no punkta). Tad mēs sastādām plaknes vienādojumu:

Mēs aprēķinām:

Mēs meklējam virzošā vektora koordinātas: Ir skaidrs, ka tā koordinātas sakrīt ar punkta koordinātām, vai ne? Kā atrast koordinātas? Tās ir punkta koordinātas, kas paceltas pa aplikācijas asi par vienu! . Tad mēs meklējam vēlamo leņķi:

Atbilde:

3. Uzzīmējiet regulāru sešstūra piramīdu un pēc tam uzvelciet tajā plakni un taisnu līniju.

Šeit pat ir problemātiski uzzīmēt plakni, nemaz nerunājot par šīs problēmas atrisināšanu, bet koordinātu metodei ir vienalga! Tās daudzpusība ir tā galvenā priekšrocība!

Lidmašīna iet cauri trim punktiem: . Mēs meklējam viņu koordinātas:

1) . Uzziniet pēdējo divu punktu koordinātas pats. Šim nolūkam jums būs jāatrisina sešstūra piramīdas problēma!

2) Mēs izveidojam plaknes vienādojumu:

Mēs meklējam vektora koordinātas: . (Vēlreiz skatiet trīsstūrveida piramīdas problēmu!)

3) Meklējiet leņķi:

Atbilde:

Kā redzat, šajos uzdevumos nav nekā pārdabiski sarežģīta. Jums vienkārši jābūt ļoti uzmanīgiem ar saknēm. Es sniegšu atbildes tikai uz pēdējām divām problēmām:

Kā redzat, problēmu risināšanas tehnika visur ir vienāda: galvenais uzdevums ir atrast virsotņu koordinātas un aizstāt tās ar noteiktām formulām. Mums joprojām ir jāapsver vēl viena problēmu klase leņķu aprēķināšanai, proti:

Leņķu aprēķināšana starp divām plaknēm

Risinājuma algoritms būs šāds:

1. Izmantojot trīs punktus, mēs meklējam pirmās plaknes vienādojumu:
2. Izmantojot pārējos trīs punktus, mēs meklējam otrās plaknes vienādojumu:
3. Mēs izmantojam formulu:

Kā redzams, formula ir ļoti līdzīga abām iepriekšējām, ar kuras palīdzību mēs meklējām leņķus starp taisnēm un starp taisni un plakni. Tāpēc jums nebūs grūti atcerēties šo. Pāriesim pie uzdevumu analīzes:

1. Labās trīsstūrveida prizmas pamatnes mala ir vienāda, un sānu skaldnes diametrs ir vienāds. Atrodiet leņķi starp plakni un prizmas ass plakni.

2. Labajā četru stūru pi-ra-mi-de, kura visas malas ir vienādas, atrodiet sinusu leņķim starp plakni un plaknes kaulu, kas iet caur punktu per-pen-di-ku- meli-bet taisni.

3. Parastā četrstūra prizmā pamatnes malas ir vienādas, un sānu malas ir vienādas. Uz malas ir punkts no-me-che-on tā, ka. Atrodiet leņķi starp plaknēm un

4. Taisnā četrstūra prizmā pamatnes malas ir vienādas, un sānu malas ir vienādas. Uz malas ir punkts no punkta tā, lai Atrodi leņķi starp plaknēm un.

5. Kubā atrodiet leņķa ko-si-nusu starp plaknēm un

Problēmu risinājumi:

1. Uzzīmēju regulāru (vienādmalu trīsstūri pie pamatnes) trīsstūra prizmu un atzīmēju uz tās plaknes, kas parādās uzdevuma formulējumā:

Mums jāatrod divu plakņu vienādojumi: Bāzes vienādojums ir triviāls: jūs varat izveidot atbilstošo determinantu, izmantojot trīs punktus, bet es sastādīšu vienādojumu uzreiz:

Tagad atradīsim vienādojumu Punktam ir koordinātes Punkts - Tā kā ir trijstūra mediāna un augstums, to var viegli atrast, izmantojot Pitagora teorēmu trijstūrī. Tad punktam ir koordinātes: Atradīsim punkta aplikāciju. Lai to izdarītu, aplūkosim taisnleņķa trīsstūri

Tad iegūstam šādas koordinātas: Sastādām plaknes vienādojumu.

Mēs aprēķinām leņķi starp plaknēm:

Atbilde:

2. Zīmējuma veidošana:

Visgrūtākais ir saprast, kāda veida noslēpumaina plakne tā ir, kas iet perpendikulāri caur punktu. Nu, galvenais, kas tas ir? Galvenais ir uzmanība! Faktiski līnija ir perpendikulāra. Taisnā līnija ir arī perpendikulāra. Tad plakne, kas iet caur šīm divām līnijām, būs perpendikulāra līnijai un, starp citu, iet caur punktu. Šī plakne arī iet cauri piramīdas virsotnei. Tad vēlamā lidmašīna - Un lidmašīna mums jau ir iedota. Mēs meklējam punktu koordinātas.

Mēs atrodam punkta koordinātu caur punktu. No mazās bildes var viegli secināt, ka punkta koordinātas būs šādas: Kas tagad vēl jāatrod, lai atrastu piramīdas virsotnes koordinātas? Jums arī jāaprēķina tā augstums. Tas tiek darīts, izmantojot to pašu Pitagora teorēmu: vispirms pierādiet to (triviāli no maziem trīsstūriem, kas veido kvadrātu pie pamatnes). Kopš nosacījuma mums ir:

Tagad viss ir gatavs: virsotņu koordinātas:

Mēs sastādām plaknes vienādojumu:

Jūs jau esat eksperts noteicošo faktoru aprēķināšanā. Bez grūtībām jūs saņemsiet:

Vai citādi (ja mēs reizinām abas puses ar divu sakni)

Tagad atradīsim plaknes vienādojumu:

(Jūs neesat aizmirsis, kā mēs iegūstam plaknes vienādojumu, vai ne? Ja jūs nesaprotat, no kurienes šis mīnuss, tad atgriezieties pie plaknes vienādojuma definīcijas! Tas vienkārši vienmēr izrādījās pirms tam mana lidmašīna piederēja koordinātu sākuma vietai!)

Mēs aprēķinām determinantu:

(Varat pamanīt, ka plaknes vienādojums sakrīt ar taisnes vienādojumu, kas iet caur punktiem, un! Padomājiet, kāpēc!)

Tagad aprēķināsim leņķi:

Mums jāatrod sinuss:

Atbilde:

3. Sarežģīts jautājums: kas, jūsuprāt, ir taisnstūra prizma? Tas ir tikai paralēlskaldnis, ko jūs labi zināt! Tūlīt taisīsim zīmējumu! Jums pat nav atsevišķi jāattēlo pamatne; šeit tas ir maz noderīgs:

Plakne, kā jau minēts iepriekš, ir uzrakstīta vienādojuma veidā:

Tagad izveidosim lidmašīnu

Mēs nekavējoties izveidojam plaknes vienādojumu:

Meklēju leņķi:

Tagad atbildes uz pēdējām divām problēmām:

Nu, tagad ir īstais brīdis ieturēt nelielu pauzi, jo mēs ar jums esam lieliski un esam paveikuši lielisku darbu!

Koordinātas un vektori. Augsts līmenis

Šajā rakstā mēs ar jums apspriedīsim vēl vienu problēmu klasi, ko var atrisināt, izmantojot koordinātu metodi: attāluma aprēķināšanas problēmas. Proti, mēs izskatīsim šādus gadījumus:

1. Attāluma aprēķins starp krustojošām līnijām.

Esmu pasūtījis šos uzdevumus pieaugošā sarežģītības secībā. Izrādās, ka to ir visvieglāk atrast attālums no punkta līdz plaknei, un visgrūtāk ir atrast attālums starp krustojuma līnijām. Lai gan, protams, nekas nav neiespējams! Nevilcināsim un nekavējoties turpināsim apsvērt pirmās klases problēmas:

Attāluma aprēķināšana no punkta līdz plaknei

Kas mums ir nepieciešams, lai atrisinātu šo problēmu?

1. Punkta koordinātas

Tātad, tiklīdz mēs saņemam visus nepieciešamos datus, mēs izmantojam formulu:

Jums jau vajadzētu zināt, kā mēs veidojam plaknes vienādojumu no iepriekšējām problēmām, kuras es apspriedu pēdējā daļā. Tūlīt pāriesim pie uzdevumiem. Shēma ir šāda: 1, 2 - es palīdzu jums izlemt, un diezgan detalizēti, 3, 4 - tikai atbilde, jūs pats veicat risinājumu un salīdziniet. Sāksim!

Uzdevumi:

1. Dots kubs. Kuba malas garums ir vienāds. Atrodiet attālumu no se-re-di-na no griezuma līdz plaknei

2. Ņemot vērā labo četru ogļu pi-ra-mi-jā, sānu mala ir vienāda ar pamatni. Atrodiet attālumu no punkta līdz plaknei, kur - se-re-di-uz malām.

3. Labajā trīsstūrveida pi-ra-mi-de ar os-no-va-ni-em sānu mala ir vienāda, un simts-ro-uz os-no-vania ir vienāda. Atrodiet attālumu no augšas līdz plaknei.

4. Taisnajā sešstūra prizmā visas malas ir vienādas. Atrodiet attālumu no punkta līdz plaknei.

Risinājumi:

1. Uzzīmējiet kubu ar atsevišķām malām, izveidojiet segmentu un plakni, apzīmējiet segmenta vidu ar burtu

.

Vispirms sāksim ar vienkāršāko: atrodiet punkta koordinātas. Kopš tā laika (atcerieties segmenta vidus koordinātas!)

Tagad mēs sastādām plaknes vienādojumu, izmantojot trīs punktus

\[\pa kreisi| (\begin(masīvs)(*(20)(c))x&0&1\\y&1&0\\z&1&1\end(masīvs)) \right| = 0\]

Tagad es varu sākt meklēt attālumu:

2. Atkal sākam ar zīmējumu, uz kura atzīmējam visus datus!

Piramīdai būtu lietderīgi tās pamatu uzzīmēt atsevišķi.

Pat tas, ka es zīmēju kā vista ar ķepu, netraucēs mums viegli atrisināt šo problēmu!

Tagad ir viegli atrast punkta koordinātas

Tā kā punkta koordinātas, tad

2. Tā kā punkta a koordinātas ir nogriežņa vidusdaļa, tad

Bez problēmām varam atrast vēl divu plaknes punktu koordinātes Izveidojam plaknei vienādojumu un to vienkāršojam:

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

Tā kā punktam ir koordinātes: , mēs aprēķinām attālumu:

Atbilde (ļoti reti!):

Nu, vai jūs to sapratāt? Man šķiet, ka šeit viss ir tikpat tehniski kā piemēros, kurus apskatījām iepriekšējā daļā. Tāpēc esmu pārliecināts, ka, ja esat apguvis šo materiālu, jums nebūs grūti atrisināt atlikušās divas problēmas. Es tikai sniegšu jums atbildes:

Attāluma aprēķināšana no taisnes līdz plaknei

Patiesībā šeit nav nekā jauna. Kā taisni un plakni var novietot vienu pret otru? Viņiem ir tikai viena iespēja: krustoties vai taisne ir paralēla plaknei. Kāds, jūsuprāt, ir attālums no taisnes līdz plaknei, ar kuru šī taisne krustojas? Man šķiet, ka šeit ir skaidrs, ka šāds attālums ir vienāds ar nulli. Nav interesants gadījums.

Otrais gadījums ir sarežģītāks: šeit attālums jau nav nulle. Tomēr, tā kā līnija ir paralēla plaknei, tad katrs līnijas punkts atrodas vienādā attālumā no šīs plaknes:

Tādējādi:

Tas nozīmē, ka mans uzdevums ir samazināts līdz iepriekšējam: mēs meklējam jebkura taisnes punkta koordinātas, meklējam plaknes vienādojumu un aprēķinām attālumu no punkta līdz plaknei. Faktiski šādi uzdevumi vienotajā valsts eksāmenā ir ārkārtīgi reti. Man izdevās atrast tikai vienu problēmu, un tajā esošie dati bija tādi, ka koordinātu metode tai nebija īpaši piemērojama!

Tagad pāriesim pie citas, daudz svarīgākas problēmu klases:

Punkta attāluma līdz taisnei aprēķināšana

Kas mums vajadzīgs?

1. Punkta koordinātas, no kuras mēs meklējam attālumu:

2. Jebkura punkta koordinātas, kas atrodas uz taisnes

3. Taisnes virziena vektora koordinātas

Kādu formulu mēs izmantojam?

Ko nozīmē šīs daļas saucējs, jums vajadzētu būt skaidram: tas ir taisnes virzošā vektora garums. Tas ir ļoti viltīgs skaitītājs! Izteiksme nozīmē vektoru reizinājuma moduli (garumu) un Kā aprēķināt vektoru reizinājumu, mēs pētījām iepriekšējā darba daļā. Atsvaidzini savas zināšanas, mums tās tagad būs ļoti vajadzīgas!

Tādējādi problēmu risināšanas algoritms būs šāds:

1. Mēs meklējam punkta koordinātas, no kuras mēs meklējam attālumu:

2. Mēs meklējam jebkura punkta koordinātas uz līnijas, līdz kurai mēs meklējam attālumu:

3. Konstruējiet vektoru

4. Konstruē taisnes virziena vektoru

5. Aprēķiniet vektora reizinājumu

6. Mēs meklējam iegūtā vektora garumu:

7. Aprēķiniet attālumu:

Mums ir daudz jāstrādā, un piemēri būs diezgan sarežģīti! Tāpēc tagad koncentrējiet visu savu uzmanību!

1. Dota taisnleņķa trīsstūrveida pi-ra-mi-da ar virsotni. Simts-ro-, pamatojoties uz pi-ra-mi-dy, ir vienāds, jūs esat vienādi. Atrodiet attālumu no pelēkās malas līdz taisnajai līnijai, kur punkti un ir pelēkās malas un no veterinārās.

2. Ribu un taisnleņķa-no-go par-ral-le-le-pi-pe-da garumi ir attiecīgi vienādi un atrodiet attālumu no augšas līdz taisnei.

3. Labajā sešstūra prizmā visas malas ir vienādas, atrodiet attālumu no punkta līdz taisnei

Risinājumi:

1. Izgatavojam glītu zīmējumu, uz kura atzīmējam visus datus:

Mums ir daudz darāmā! Pirmkārt, es vēlos vārdos aprakstīt, ko mēs meklēsim un kādā secībā:

1. Punktu koordinātes un

2. Punkta koordinātas

3. Punktu koordinātas un

4. Vektoru koordinātas un

5. Viņu krustojums

6. Vektora garums

7. Vektora reizinājuma garums

8. Attālums no līdz

Nu, mums priekšā ir daudz darba! Tiekam pie tā ar uzrotītām piedurknēm!

1. Lai atrastu piramīdas augstuma koordinātas, mums jāzina punkta koordinātas. Tā aplikācija ir nulle, un ordināta ir vienāda ar tās abscisu ir vienāda ar nogriežņa garumu. Tā kā ir augstums vienādmalu trīsstūris, tas tiek dalīts proporcijā, skaitot no virsotnes, no šejienes. Visbeidzot, mēs saņēmām koordinātas:

Punkta koordinātas

2. - segmenta vidusdaļa

3. - segmenta vidusdaļa

Segmenta viduspunkts

4. Koordinātas

Vektoru koordinātas

5. Aprēķiniet vektora reizinājumu:

6. Vektora garums: vienkāršākais veids, kā nomainīt segmentu, ir trijstūra viduslīnija, kas nozīmē, ka tas ir vienāds ar pusi no pamatnes. Tātad.

7. Aprēķiniet vektora reizinājuma garumu:

8. Visbeidzot, mēs atrodam attālumu:

Uh, tas arī viss! Es jums teikšu godīgi: šīs problēmas risināšana, izmantojot tradicionālās metodes (ar būvniecību), būtu daudz ātrāk. Bet te es visu samazināju līdz gatavam algoritmam! Es domāju, ka risinājuma algoritms jums ir skaidrs? Tāpēc es lūgšu jums pašam atrisināt atlikušās divas problēmas. Salīdzināsim atbildes?

Vēlreiz atkārtoju: šīs problēmas ir vieglāk (ātrāk) atrisināt ar konstrukciju palīdzību, nevis ķerties pie koordinātu metodes. Es demonstrēju šo risinājuma metodi tikai tāpēc, lai parādītu jums universālu metodi, kas ļauj “neko nepabeigt būvēt”.

Visbeidzot, apsveriet pēdējo problēmu klasi:

Attāluma aprēķināšana starp krustojošām līnijām

Šeit problēmu risināšanas algoritms būs līdzīgs iepriekšējam. Kas mums ir:

3. Jebkurš vektors, kas savieno pirmās un otrās līnijas punktu:

Kā mēs atrodam attālumu starp līnijām?

Formula ir šāda:

Skaitītājs ir jauktā reizinājuma modulis (mēs to ieviesām iepriekšējā daļā), un saucējs ir, tāpat kā iepriekšējā formulā (taisniešu virziena vektoru vektora reizinājuma modulis, attālums, starp kuru mēs meklē).

Es jums to atgādināšu

Tad distances formulu var pārrakstīt kā:

Šis ir determinants, kas dalīts ar determinantu! Lai gan, godīgi sakot, man te nav laika jokiem! Šī formula patiesībā ir ļoti apgrūtinoša un noved pie diezgan sarežģītiem aprēķiniem. Ja es būtu tavā vietā, es to izmantotu tikai kā pēdējo līdzekli!

Mēģināsim atrisināt dažas problēmas, izmantojot iepriekš minēto metodi:

1. Taisnstūra trīsstūra prizmā, kuras visas malas ir vienādas, atrodiet attālumu starp taisnēm un.

2. Dota taisnleņķa trīsstūrveida prizma, visas pamatnes malas ir vienādas ar griezumu, kas iet caur korpusa ribu, un se-re-di-well ribas ir kvadrāts. Atrodiet attālumu starp taisnēm un

Es izlemju pirmo, un, pamatojoties uz to, jūs izlemjat otro!

1. Uzzīmēju prizmu un iezīmēju taisnas līnijas un

Punkta C koordinātas: tad

Punkta koordinātas

Vektoru koordinātas

Punkta koordinātas

Vektoru koordinātas

Vektoru koordinātas

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

Mēs aprēķinām vektoru reizinājumu starp vektoriem un

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

Tagad mēs aprēķinām tā garumu:

Atbilde:

Tagad mēģiniet rūpīgi izpildīt otro uzdevumu. Atbilde uz to būs:.

Koordinātas un vektori. Īss apraksts un pamatformulas

Vektors ir virzīts segments. - vektora sākums, - vektora beigas.
Vektoru apzīmē ar vai.

Absolūtā vērtība vektors - vektoru attēlojošā segmenta garums. Apzīmēts kā.

Vektoru koordinātas:

,
kur ir vektora \displaystyle a gali.

Vektoru summa: .

Vektoru reizinājums:

Vektoru punktu reizinājums:

Vektoru skalārais reizinājums ir vienāds ar to absolūto vērtību un starp tiem esošā leņķa kosinusu:

PĀRĒJIE 2/3 RAKSTI IR PIEEJAMI TIKAI YOUCLEVER STUDENTIEM!

Kļūsti par YouClever studentu,

Sagatavojies vienotajam valsts eksāmenam vai vienotajam valsts eksāmenam matemātikā par cenu “tase kafijas mēnesī”,

Un arī iegūstiet neierobežotu piekļuvi mācību grāmatai “YouClever”, sagatavošanas programmai “100gia” (risinātāju grāmatai), neierobežotam izmēģinājuma Vienotajam valsts eksāmenam un Vienotajam valsts eksāmenam, 6000 problēmu ar risinājumu analīzi un citiem YouClever un 100gia pakalpojumiem.

Ļaujiet trīsdimensiju telpā fiksēt taisnstūra koordinātu sistēmu Oxyz, dots punkts , taisna līnija a un jums jāatrod attālums no punkta A uz taisnu līniju a.

Mēs parādīsim divas metodes, kas ļauj aprēķināt attālumu no punkta līdz līnijai telpā. Pirmajā gadījumā attāluma atrašana no punkta M 1 uz taisnu līniju a ir jāatrod attālums no punkta M 1 līdz punktam H 1 , Kur H 1 - perpendikula pamatne, kas nokritusi no punkta M 1 tieši a. Otrajā gadījumā kā paralelograma augstumu atradīsim attālumu no punkta līdz plaknei.

Tātad sāksim.

Pirmais veids, kā noteikt attālumu no punkta līdz līnijai a telpā.

Tā kā pēc definīcijas attālums no punkta M 1 uz taisnu līniju a ir perpendikula garums M 1 H 1 , tad, noteikusi punkta koordinātas H 1 , mēs varam aprēķināt nepieciešamo attālumu kā attālumu starp punktiem Un pēc formulas.

Tādējādi problēma rodas, lai atrastu no punkta konstruētā perpendikula pamata koordinātas M 1 uz taisnu līniju a. To izdarīt ir pavisam vienkārši: punkts H 1 ir līnijas krustošanās punkts a ar plakni, kas iet caur punktu M 1 perpendikulāri līnijai a.

Tāpēc algoritms, kas ļauj noteikt attālumu no punkta uz taisnu līnijua kosmosā, ir:

Otrā metode ļauj noteikt attālumu no punkta līdz līnijai a telpā.

Tā kā problēmas izklāstā mums ir dota taisna līnija a, tad varam noteikt tā virziena vektoru un kāda punkta koordinātas M 3 , guļ uz taisnas līnijas a. Tad pēc punktu koordinātām un mēs varam aprēķināt vektora koordinātas: (ja nepieciešams, skatiet vektora raksta koordinātas caur tā sākuma un beigu punktu koordinātām).

Noliksim vektorus malā un no punkta M 3 un uz tiem uzbūvēt paralelogramu. Šajā paralelogramā mēs uzzīmējam augstumu M 1 H 1 .

Acīmredzot augstums M 1 H 1 no konstruētā paralelograma ir vienāds ar nepieciešamo attālumu no punkta M 1 uz taisnu līniju a. Atradīsim.

Vienā pusē paralelograma laukums (apzīmēsim to S) var atrast, izmantojot vektoru vektorreizinājumu un pēc formulas . No otras puses, paralelograma laukums ir vienāds ar tā malas garuma un augstuma reizinājumu, tas ir, , Kur - vektora garums , vienāds ar attiecīgā paralelograma malas garumu. Tāpēc attālums no dotā punkta M 1 līdz noteiktai taisnei a var atrast no vienlīdzības Kā .

Tātad, lai atrastu attālumu no punkta uz taisnu līnijua vajadzīgajā telpā

Problēmu risināšana, kā atrast attālumu no dotā punkta līdz noteiktai līnijai telpā.

Apskatīsim risinājuma piemēru.

Piemērs.

Atrodiet attālumu no punkta uz taisnu līniju .

Risinājums.

Pirmais veids.

Uzrakstīsim vienādojumu plaknei, kas iet caur punktu M 1 perpendikulāri noteiktai līnijai:

Atrodiet punkta koordinātas H 1 - plaknes un dotās taisnes krustošanās punkti. Lai to izdarītu, veiksim pāreju no taisnas līnijas kanoniskajiem vienādojumiem uz divu krustojošu plakņu vienādojumiem

pēc tam atrisinām lineāro vienādojumu sistēmu Krāmera metode:

Tādējādi,.

Atliek aprēķināt nepieciešamo attālumu no punkta līdz līnijai kā attālumu starp punktiem Un : .

Otrais veids.

Skaitļi daļskaitļu saucējos taisnes kanoniskajos vienādojumos apzīmē atbilstošās šīs līnijas virziena vektora koordinātas, tas ir, - tiešais vektors . Aprēķināsim tā garumu: .

Acīmredzot taisni iet caur punktu , tad vektors ar sākumu punktā un beidzas noteiktā punktā Tur ir . Atradīsim vektoru vektorreizinājumu Un :
tad šī vektora reizinājuma garums ir .

Tagad mums ir visi dati, lai izmantotu formulu, lai aprēķinātu attālumu no noteikta punkta līdz noteiktai plaknei: .

Atbilde:

Līniju relatīvais novietojums telpā

Apsvērsim aplūkoto metožu izmantošanu attāluma atrašanai no dotā punkta līdz noteiktai plaknes taisnei, risinot piemēru.

Atrodiet attālumu no punkta līdz līnijai:

Vispirms atrisināsim problēmu, izmantojot pirmo metodi.

Problēmas formulējumā mums ir dots vispārīgs taisnes a vienādojums šādā formā:

Atradīsim vispārīgo vienādojumu taisnei b, kas iet caur doto punktu, kas ir perpendikulāra taisnei:

Tā kā taisne b ir perpendikulāra taisnei a, līnijas b virziena vektors ir dotās taisnes normāls vektors:

tas ir, taisnes b virziena vektoram ir koordinātas. Tagad mēs varam uzrakstīt plaknē taisnes b kanonisko vienādojumu, jo mēs zinām punkta M 1 koordinātas, caur kuru iet taisne b, un taisnes b virziena vektora koordinātas:

No iegūtā taisnes b kanoniskā vienādojuma mēs pārejam pie vispārējā taisnes vienādojuma:

Tagad atradīsim taisnes a un b krustošanās punkta koordinātas (apzīmēsim to ar H 1), risinot vienādojumu sistēmu, kas sastāv no taisnes a un b vispārīgajiem vienādojumiem (ja nepieciešams, skatiet rakstu lineāro sistēmu atrisināšana vienādojumi):

Tādējādi punktam H 1 ir koordinātas.

Atliek aprēķināt nepieciešamo attālumu no punkta M 1 līdz taisnei a kā attālumu starp punktiem un:

Otrais veids, kā atrisināt problēmu.

Mēs iegūstam dotās līnijas normālo vienādojumu. Lai to izdarītu, mēs aprēķinām normalizējošā faktora vērtību un reizinim ar to abas taisnes sākotnējā vispārējā vienādojuma puses:

(mēs par to runājām sadaļā, kurā vispārīgais līnijas vienādojums ir normāls).

Normalizējošais koeficients ir vienāds ar

tad līnijas normālajam vienādojumam ir šāda forma:

Tagad mēs ņemam izteiksmi iegūtā līnijas normālā vienādojuma kreisajā pusē un aprēķinām tā vērtību:

Nepieciešamais attālums no dotā punkta līdz noteiktai taisnei:

vienāda ar iegūtās vērtības absolūto vērtību, tas ir, pieci ().

attālums no punkta līdz līnijai:

Acīmredzot, attāluma no punkta līdz taisnei plaknē noteikšanas metodes priekšrocība, pamatojoties uz taisnes normālā vienādojuma izmantošanu, ir salīdzinoši mazāks skaitļošanas darba apjoms. Savukārt pirmā metode attāluma noteikšanai no punkta līdz līnijai ir intuitīva un atšķiras ar konsekvenci un loģiku.

Taisnstūra koordinātu sistēma Oxy ir fiksēta plaknē, ir norādīts punkts un taisne:

Atrodiet attālumu no noteikta punkta līdz noteiktai taisnei.

Pirmais veids.

Jūs varat pāriet no dotā taisnes vienādojuma ar slīpumu uz šīs taisnes vispārīgo vienādojumu un rīkoties tāpat kā iepriekš apskatītajā piemērā.

Bet jūs varat darīt savādāk.

Mēs zinām, ka perpendikulāru līniju leņķisko koeficientu reizinājums ir vienāds ar 1 (skat. rakstu perpendikulāras līnijas, līniju perpendikularitāte). Tāpēc līnijas leņķa koeficients, kas ir perpendikulāra noteiktai līnijai:

ir vienāds ar 2. Tad taisnei, kas ir perpendikulāra noteiktai taisnei un iet caur punktu, vienādojumam ir šāda forma:

Tagad atradīsim H 1 koordinātas - līniju krustošanās punktu:

Tādējādi nepieciešamais attālums no punkta līdz līnijai:

vienāds ar attālumu starp punktiem un:

Otrais veids.

Pārejam no dotā taisnes vienādojuma ar leņķa koeficientu uz šīs taisnes normālo vienādojumu:

normalizējošais koeficients ir vienāds ar:

tāpēc noteiktas līnijas normālajam vienādojumam ir šāda forma:

Tagad mēs aprēķinām nepieciešamo attālumu no punkta līdz līnijai:

Aprēķiniet attālumu no punkta līdz līnijai:

un taisnei:

Mēs iegūstam taisnes normālo vienādojumu:

Tagad aprēķināsim attālumu no punkta līdz līnijai:

Normalizējošais koeficients taisnās līnijas vienādojumam:

ir vienāds ar 1. Tad šīs līnijas normālajam vienādojumam ir šāda forma:

Tagad mēs varam aprēķināt attālumu no punkta līdz līnijai:

tas ir vienāds.

Atbilde: un 5.

Noslēgumā mēs atsevišķi apsvērsim, kā atrast attālumu no dotā punkta plaknē līdz koordinātu līnijām Ox un Oy.

Taisnstūra koordinātu sistēmā Oxy koordinātu līniju Oy uzrāda taisnes x=0 nepilnīgais vispārīgais vienādojums, bet koordinātu taisne Ox tiek dota ar vienādojumu y=0. Šie vienādojumi ir taisnu Oy un Ox normāli vienādojumi, tāpēc attālumu no punkta līdz šīm taisnēm aprēķina, izmantojot formulas:

attiecīgi.

5. attēls

Plaknē ir ieviesta taisnstūra koordinātu sistēma Oxy. Atrodiet attālumus no punkta līdz koordinātu līnijām.

Attālums no dotā punkta M 1 līdz koordinātu taisnei Ox (to dod vienādojums y=0) ir vienāds ar punkta M 1 ordinātu moduli, tas ir, .

Attālums no dotā punkta M 1 līdz koordinātu taisnei Oy (tam atbilst vienādojums x=0) ir vienāds ar punkta M 1 abscisu abscisu absolūto vērtību: .

Atbilde: attālums no punkta M 1 līdz taisnei Ox ir vienāds ar 6, un attālums no dotā punkta līdz koordinātu līnijai Oy ir vienāds.

Koordinātu metode (attālums starp punktu un plakni, starp taisnēm)

Attālums starp punktu un plakni.

Attālums starp punktu un līniju.

Attālums starp divām taisnēm.

Vispirms ir noderīgi zināt, kā atrast attālumu no punkta līdz plaknei:

Vērtības A, B, C, D - plaknes koeficienti

x, y, z - punkta koordinātas

Uzdevums. Atrodiet attālumu starp punktu A = (3; 7; −2) un plakni 4x + 3y + 13z - 20 = 0.

Viss ir dots, jūs varat nekavējoties aizstāt vērtības vienādojumā:

Uzdevums. Atrodiet attālumu no punkta K = (1; −2; 7) līdz taisnei, kas iet caur punktiem V = (8; 6; −13) un T = (−1; −6; 7).

1. Atrodiet taisno vektoru.
2. Mēs aprēķinām vektoru, kas iet caur vēlamo punktu un jebkuru punktu uz līnijas.
   
3. Mēs iestatām matricu un atrodam determinantu no diviem iegūtajiem vektoriem 1. un 2. rindkopā.
4. Mēs iegūstam attālumu, kad dalām kvadrātsakni no matricas koeficientu kvadrātu summas ar vektora garumu, kas nosaka taisni(Manuprāt, tas ir neskaidrs, tāpēc pāriesim pie konkrēta piemēra).

1) TV = (8−(−1); 6−(−6); -13-7) = (9; 12; −20)

2) Mēs atradīsim vektoru caur punktiem K un T, lai gan tas būtu iespējams arī caur K un V vai jebkuru citu punktu uz dotas taisnes.

TK = (1−(−1); −2−(−6); 7-7) = (2; 4; 0)

3) Jūs iegūsit matricu bez koeficienta D (šeit tas risinājumam nav vajadzīgs):

4) plakne iegūta ar koeficientiem A = 80, B = 40, C = 12,

x, y, z - līnijas vektora koordinātas, šajā gadījumā vektoram TV ir koordinātas (9; 12; -20)

Uzdevums. Atrodiet attālumu starp taisni, kas iet caur punktiem E = (1; 0; -2), G = (2; 2; -1), un taisni, kas iet caur punktiem M = (4; -1; 4), L = (-2; 3; 0).

1. Mēs iestatām abu līniju vektorus.
2. Mēs atrodam vektoru, ņemot vienu punktu no katras līnijas.
3. Mēs pierakstām 3 vektoru matricu (divas līnijas no 1. punkta, viena līnija no 2. punkta) un atrodam tās skaitlisko determinantu.
4. Mēs iestatām pirmo divu vektoru matricu (1. darbībā). Mēs iestatām pirmo rindu kā x, y, z.
5. Attālumu iegūstam, kad iegūto vērtību no punkta 3 modulo dalām ar kvadrātsakni no 4. punkta kvadrātu summas.

Pāriesim pie skaitļiem.

Attālums no punkta līdz taisnei ir perpendikula garums, kas novilkts no punkta līdz taisnei. Aprakstošajā ģeometrijā to nosaka grafiski, izmantojot tālāk norādīto algoritmu.

Algoritms

1. Taisnā līnija tiek pārvietota uz pozīciju, kurā tā būs paralēla jebkurai projekcijas plaknei. Šim nolūkam tiek izmantotas ortogonālo projekciju pārveidošanas metodes.
2. No punkta uz taisni tiek novilkts perpendikuls. Šīs konstrukcijas pamatā ir teorēma par taisnā leņķa projekciju.
3. Perpendikula garumu nosaka, pārveidojot tā projekcijas vai izmantojot taisnleņķa trijstūra metodi.

Nākamajā attēlā parādīts komplekss punkta M un līnijas b rasējums, ko nosaka segments CD. Jums jāatrod attālums starp tiem.

Saskaņā ar mūsu algoritmu pirmā lieta, kas jādara, ir pārvietot līniju uz pozīciju, kas ir paralēla projekcijas plaknei. Ir svarīgi saprast, ka pēc transformāciju veikšanas faktiskais attālums starp punktu un līniju nedrīkst mainīties. Tāpēc šeit ir ērti izmantot plaknes nomaiņas metodi, kas neietver figūru pārvietošanu telpā.

Būvniecības pirmā posma rezultāti ir parādīti zemāk. Attēlā parādīts, kā paralēli b tiek ieviesta papildu frontālā plakne P 4. Jaunajā sistēmā (P 1, P 4) punkti C"" 1, D"" 1, M"" 1 atrodas tādā pašā attālumā no X 1 ass kā C"", D"", M"" no plkst. ass X.

Veicot algoritma otro daļu, no M"" 1 nolaižam perpendikulu M"" 1 N"" 1 līdz taisnei b"" 1, jo taisnais leņķis MND starp b un MN tiek projicēts uz plaknes P 4 pilnā izmērā. Izmantojot sakaru līniju, mēs nosakām punkta N" pozīciju un veicam segmenta MN projekciju M"N".

Pēdējā posmā jums ir jānosaka segmenta MN izmērs no tā projekcijām M"N" un M"" 1 N"" 1. Lai to izdarītu, izveidojam taisnleņķa trijstūri M"" 1 N"" 1 N 0, kura kāja N"" 1 N 0 ir vienāda ar punktu M" un N" attāluma starpību (Y M 1 – Y N 1) no X 1 ass. Trijstūra M"" 1 N"" 1 N 0 hipotenūzas garums M"" 1 N 0 atbilst vēlamajam attālumam no M līdz b.

Otrais risinājums

• Paralēli CD mēs ieviešam jaunu frontālo plakni P 4. Tas krustojas ar P 1 pa X 1 asi un X 1 ∥C"D". Saskaņā ar plakņu aizstāšanas metodi mēs nosakām punktu C"" 1, D"" 1 un M"" 1 projekcijas, kā parādīts attēlā.
• Perpendikulāri C"" 1 D"" 1 izveidojam papildu horizontālo plakni P 5, uz kuras taisne b tiek projicēta līdz punktam C" 2 = b" 2.
• Attālumu starp punktu M un līniju b nosaka ar sarkanā krāsā norādītā segmenta M" 2 C" 2 garumu.

Līdzīgi uzdevumi: