Аналитическая геометрия в пространстве

Содержание

Плоскость

Общее уравнение плоскости

Ax + By + Cz + D = 0

Вектор нормали плоскости

n⃗(A; B; C)

Каноническое уравнение плоскости

xa+yb+zc=1

Уравнение плоскости, проходящей через точку M (x0; y0; z0) с нормальным вектором n⃗ {A; B; C}

A(xx0) + B(yy0) + C(zz0) = 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:

xx0 xk xl
yy0 yk yl = 0
zz0 zk zl

(xx0)(ykzlylzk) − (yy0)(xkzlxlzk) + (zz0)(xkylxlyk) = 0

Уравнение плоскости, проходящей через три точки M1 (x1; y1; z1), M2 (x2; y2; z2), M3 (x3; y3; z3)

xx1 yy1 zz1
x2x1 y2y1 z2z1 = 0
x3x1 y3y1 z3z1

(xx1)((y2y1)(z3z1) − (y3y1)(z2z1)) − (yy1)((x2x1)(z3z1) − (x3x1)(z2z1)) +
+ (zz1)((x2x1)(y3y1) − (x3x1)(y2y1)) = 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}

cosφ= n1n2 |n1||n2| = A1 A2 + B1 B2 + C1 C2 A12 + B12 + C12 A22 + B22 + C22

Перпендикулярные плоскости

A1A2 + B1B2 + C1C2 = 0

Параллельные плоскости

A1A2 = B1B2 = C1C2 D1D2

Совпадающие плоскости

A1A2 = B1B2 = C1C2 = D1D2

Расстояние от точки M (x0; y0; z0) до плоскости α: Ax + By + Cz + D = 0

ρ(M;α)= | Ax0+ By0+ Cz0+ D | A2+B2+C2

Расстояние между двумя параллельными плоскостями α1: Ax + By + Cz + D1 = 0, α2: Ax + By + Cz + D2 = 0

ρ(α1;α2)= |D2D1| A2+B2+C2

Прямая в пространстве

Каноническое уравнение прямой

Направляющий вектор p⃗(a; b; c), точка M0(x0; y0; z0):

xx0a= yy0b= zz0c

Уравнение прямой в пространстве, проходящей через точку M0 (x0; y0; z0) с нормальным вектором n⃗ {m; n; p}

xx0m= yy0n= zz0p

Уравнение прямой в пространстве, проходящей через две точки M1 (x1; y1; z1), M2 (x2; y2; z2)

xx1x2x1= yy1y2y1= zz1z2z1

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 (B1C2B2C1) + j⃗ (A2C1A1C2) + k⃗ (A1B2A2B1)
A2 B2 C2

p⃗ (B1C2B2C1; A2C1A1C2; A1B2A2B1)

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:

d=|M0M1×p||p|

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)

(xx0)2 + (yy0)2 + (zz0)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 ≤ θπ, 0 ≤ φ < 2π

Эллипсоид

Каноническое уравнение эллипсоида

x2a2+y2b2+z2c2=1

Параметрическое уравнение эллипсоида

x = a sin θ cos φ,

y = b sin θ sin φ,

z = c cos θ

где 0 ≤ θπ, 0 ≤ φ < 2π

Конус

Каноническое уравнение конуса

x2a2+y2a2z2c2=0

Вершина в точке O(0; 0), угол раствора 2Θ, ось совпадает с осью Oz

ca=ctgΘ

Параболоид

Эллиптический параболоид

z=x2a2+y2b2

Если a = b, то такая фигура называется параболоидом вращения

Гиперболический параболоид

z=x2a2y2b2

или

z=y2b2x2a2

Гиперболоид

Однополостный гиперболоид

x2a2+y2b2z2c2=1

Двуполостный гиперболоид

x2a2y2b2+z2c2=1

Если a = b, то такая фигура называется гиперболоидом вращения

Вверх