Аналитическая геометрия в пространстве
Содержание
Плоскость
Общее уравнение плоскости
Ax + By + Cz + D = 0
Вектор нормали плоскости
n⃗(A; B; C)
Каноническое уравнение плоскости
Уравнение плоскости, проходящей через точку M (x0; y0; z0) с нормальным вектором n⃗ {A; B; C}
A(x − x0) + B(y − y0) + C(z − z0) = 0
Уравнение плоскости по точке и двум неколлинеарным векторам
Точка M0(x0; y0; z0), векторы k⃗ (xk; yk; zk), l⃗ (xl; yl; zl), определитель матрицы координат векторов равен нулю:
| x − x0 | xk | xl | |
| y − y0 | yk | yl | = 0 |
| z − z0 | zk | zl |
(x − x0)(ykzl − ylzk) − (y − y0)(xkzl − xlzk) + (z − z0)(xkyl − xlyk) = 0
Уравнение плоскости, проходящей через три точки M1 (x1; y1; z1), M2 (x2; y2; z2), M3 (x3; y3; z3)
| x − x1 | y − y1 | z − z1 | |
| x2 − x1 | y2 − y1 | z2 − z1 | = 0 |
| x3 − x1 | y3 − y1 | z3 − z1 |
(x − x1)((y2 − y1)(z3 − z1) − (y3 − y1)(z2 − z1)) − (y − y1)((x2 − x1)(z3 − z1) − (x3 − x1)(z2 − z1)) +
+ (z − z1)((x2 − x1)(y3 − y1) − (x3 − x1)(y2 − y1)) = 0
Угол между плоскостями
1-я плоскость: A1x + B1y + C1z + D1 = 0, нормальный вектор: n⃗ {A1; B1; C1}
2-я плоскость: A2x + B2y + C2z + D2 = 0, нормальный вектор: n⃗ {A2; B2; C2}
Перпендикулярные плоскости
A1A2 + B1B2 + C1C2 = 0
Параллельные плоскости
Совпадающие плоскости
Расстояние от точки M (x0; y0; z0) до плоскости α: Ax + By + Cz + D = 0
Расстояние между двумя параллельными плоскостями α1: Ax + By + Cz + D1 = 0, α2: Ax + By + Cz + D2 = 0
Прямая в пространстве
Каноническое уравнение прямой
Направляющий вектор p⃗(a; b; c), точка M0(x0; y0; z0):
Уравнение прямой в пространстве, проходящей через точку M0 (x0; y0; z0) с нормальным вектором n⃗ {m; n; p}
Уравнение прямой в пространстве, проходящей через две точки M1 (x1; y1; z1), M2 (x2; y2; z2)
Параметрическое уравнение прямой
Направляющий вектор p⃗(a; b; c), точка M0(x0; y0; z0):
x = at + x0,
y = bt + y0,
z = ct + z0
Прямая, заданная пересечением двух плоскостей
Плоскости: A1x + B1y + C1z + D1 = 0 и A2x + B2y + C2z + D2 = 0
A1x + B1y + C1z + D1 = 0,
A2x + B2y + C2z + D2 = 0
Направляющий вектор прямой (определитель матрицы):
| i⃗ | j⃗ | k⃗ | ||
| p⃗ = | A1 | B1 | C1 | = i⃗ (B1C2 − B2C1) + j⃗ (A2C1 − A1C2) + k⃗ (A1B2 − A2B1) |
| A2 | B2 | C2 |
p⃗ (B1C2 − B2C1; A2C1 − A1C2; A1B2 − A2B1)
Чтобы найти точку M0, через которую проходит прямая, можно положить z = 0 и решить систему:
A1x + B1y + D1 = 0,
A2x + B2y + D2 = 0
Расстояние между точкой M0 и прямой
Направляющий вектор прямой p⃗(a; b; c), точка M1(x1; y1; z1), принадлежащая прямой и точка M0(x0; y0; z0), не лежащая на прямой:
Поверхность второго порядка
Уравнение поверхности второго порядка
Ax2 + By2 + Cz2 + Dxy + Eyz + Fxz + Gx + Hy + Iz + J = 0
Сфера
Уравнение сферы с радиусом R и центром в точке C(x0; y0; z0)
(x − x0)2 + (y − y0)2 + (z − z0)2 = R2
Параметрическое уравнение эллипсоида
x = x0 + R sin θ cos φ,
y = y0 + R sin θ sin φ,
z = z0 + R cos θ
где 0 ≤ θ ≤ π, 0 ≤ φ < 2π
Эллипсоид
Каноническое уравнение эллипсоида
Параметрическое уравнение эллипсоида
x = a sin θ cos φ,
y = b sin θ sin φ,
z = c cos θ
где 0 ≤ θ ≤ π, 0 ≤ φ < 2π
Конус
Каноническое уравнение конуса
Вершина в точке O(0; 0), угол раствора 2Θ, ось совпадает с осью Oz
Параболоид
Эллиптический параболоид
Если a = b, то такая фигура называется параболоидом вращения
Гиперболический параболоид
или
Гиперболоид
Однополостный гиперболоид
Двуполостный гиперболоид
Если a = b, то такая фигура называется гиперболоидом вращения