background image

Równanie ogólne płaszczyzny w E

3

 
Dane: 

   i  

P

π

n

π

o

n=[A,B,C] 

 

P

0

(x

0

,y

0

,z

0

 

Wówczas: 
P

0

P=[x-x

0

,y-y

0

,z-z

0

G

J

 

P

n

0

o

o

P P

n P P

π

∈ <=> ⊥

<=>

=

JJG

G JJJG

D

 
 
Równanie (1) nazywamy równaniem ogólnym płaszczyzny 
 
A(x-x

0

)+B(y-y

0

)+C(z-z

0

)=0  (1’) 

Ax+By+Cz+D=0 
 

Przykład 1 

E

3

 

y=x jest to równanie płaszczyzny π w E

3

 

π: x-y=0       

]

0

,

1

,

1

[

v

n

=

 

 

Równanie parametryczne prostej w przestrzeni.

 

 
 

Dane: 

   i  

P

π

n

o

π

u=[a,b,c] 

P

0

 

 

 

l: P=P

0

+tu ,t

∈R 

l: (x,y,z)=(x

0

,y

0

,z

0

)+t[a,b,c]   ,t

∈R 

 

+

=

+

=

+

=

ct

z

z

bt

y

y

at

x

x

:

l

0

0

0

 

Powyższe postacie równania prostej w przestrzeni E

3

 są równoważne. 

 

Inne postacie równania prostej i płaszczyzny. 

- równanie odcinkowe płaszczyzny 

  

π: Ax+By+Cz+D=0 

 założenie: A

≠0, B≠0, C≠0, D≠0 

Wykład dr Magdaleny Sękowskiej 

strona 1 z 10 

Część 15 – Euklid. przest. afiniczna 

 

background image

Wówczas równanie ma postać: 

1

=

+

+

C

D

B

D

A

D

z

y

x

 

Przyjmujemy: 

C

D

B

D

A

D

c

b

a

=

=

=

,

,

 

Czyli: 

1

=

+

+

c

z

b

y

a

x

  

(*) 

 

 
(*) – Postać tą nazywamy 
równaniem odcinkowym 
płaszczyzny 
 
 
 
 
- równanie krawędziowe prostej: 
 

π

1

:   A

1

x+B

1

y+C

1

z+D

1

=0 

π

2

:   A

2

x+B

2

y+C

2

z+D

2

=0 

1

2

&

π

π

Jeśli:   

 to mamy równanie krawędziowe prostej. (Prosta jest 

wyznaczona przez krawędź przecięcia dwóch nierównoległych płaszczyzn) 

 

 
Wniosek: 

2

1

2

2

2

2

2

1

1

1

1

1

n

n

v

||

l

]

C

,

B

,

A

[

n

π

]

C

,

B

,

A

[

n

π

×

=

=

=

 

 
Aby znaleźć równanie prostej l należy (przyjmując dowolnie jedną z 
niewiadomych) rozwiązać układ równań: 

π

π

2

1

 

 
- postać kanoniczna równania prostej: 
  

c

z

z

b

y

y

a

x

x

0

0

0

=

=

 

Aby przejść do równania parametrycznego należy przyrównać kolejne 
składniki do parametru i wyznaczyć x, y, z. 
 

Def. 1    

Pęk płaszczyzn 

1. 

π

1

||

π

2

 

pękiem płaszczyzn nazywamy zbiór wszystkich płaszczyzn 

równoległych do 

π

1

 (

π

2

). 

 
 

Wykład dr Magdaleny Sękowskiej 

strona 2 z 10 

Część 15 – Euklid. przest. afiniczna 

 

background image

2. 

 

1

2

π

π

&

pękiem płaszczyzn nazywamy zbiór wszystkich płaszczyzn 

przechodzących przez wspólną krawędź  

π

1

 i 

π

2

 

Uwaga 

Dla pęku płaszczyzn zachodzi: 
 
Jeśli: 

π

1

: A

1

x+b

1

y+C

1

z+D

1

=0 

π

2

: A

2

x+B

2

y+C

2

z+D

2

=0 

∀k

1

,k

2

∈R: k

1

(A

1

x+b

1

y+C

1

z+D

1

)+k

2

(A

2

x+B

2

y+C

2

z+D

2

)=0 

 

Odległość punktu od płaszczyzny w E

3

 

P(x

1

,y

1

,z

1

P

 

Dana jest płaszczyzna o równaniu ogólnym: 

π: Ax+By+Cz+D=0 
 

Wówczas odległość punktu P od płaszczyzny 

π dana jest wzorem: 

2

2

2

1

1

1

C

B

A

D

Cz

By

Ax

)

,

P

(

d

+

+

+

+

+

=

π

 

 

Wzajemne położenie prostych w przestrzeni E

3

Prosa l

1

 dana jest równaniem 

l

1

: (x,y,z)=(x

1

,y

1

,z

1

) + t[a

1

,b

1

,c

1

l

1

1

1

v

t

P

P

+

=

 

 
Prosta l

2

 dana jest równaniem: 

l

2

: (x,y,z)=(x

2

,y

2

,z

2

) + t[a

2

,b

2

,c

2

l

2

2

2

v

t

P

P

+

=

 

 
I. proste są równoległe 

    

2

1

2

1

v

||

v

l

||

l

 

 
II. proste przecinają się 

     

 

}

P

{

l

l

l

||

l

0

2

1

2

1

=

¬

      Warunkiem aby proste przecinały się jest 

1. 

)

v

||

v

(

2

1

¬

 

2.  układ równań 

 ma dokładnie jedno rozwiązanie 

2

1

l

l

 

Wykład dr Magdaleny Sękowskiej 

strona 3 z 10 

Część 15 – Euklid. przest. afiniczna 

 

background image

 
Interpretacja geometryczna: 

 

 

l

2  

l

1  

v

2  

P

P

v

Warunek, aby proste się przecinały ma postać: 

0

P

P

)

v

v

2

1

2

1

=

×

D

(

 

 
III. Proste są skośne 
Warunek, aby proste były skośne ma postać: 

1. 

)

v

||

v

(

2

1

¬

 

2.  układ równań 

  jest sprzeczny 

2

1

l

l

Geometrycznie warunek ten ma postać: 

0

P

P

)

v

v

(

2

1

2

1

×

D

 

 

Odległość prostych w przestrzeni E

3

Dane są proste l

1

,l

2

 

1.  Jeśli 

 to odległość prostych l

2

1

l

||

l

1

 i l

2

 jest równa odległości 

dowolnego punktu z jednej prostej od drugiej. 

 

2.  Jeśli proste są skośne to odległość między nimi jest równa długości 

najkrótszego odcinka łączącego obie proste. 

2

1

2

1

2

1

2

1

v

v

P

P

)

v

v

(

)

l

,

l

(

d

×

×

=

D

 

 

Przykład

 

Badamy wzajemne położenie prostych. 

=

=

+

=

t

z

t

3

2

y

t

4

9

x

:

l

1

 

 

 

+

=

=

=

s

2

2

z

s

9

7

y

s

2

x

:

l

2

 
P

1

=(9,-2,0) 

  P

2

=(-2,-7,2) 

]

1

,

3

,

4

[

v

||

l

1

1

=

 

 

]

2

,

9

,

2

[

v

||

l

2

2

=

 

czyli 

1

2

||

v v  

 
 
 
 
 

Wykład dr Magdaleny Sękowskiej 

strona 4 z 10 

Część 15 – Euklid. przest. afiniczna 

 

background image

Rozwiązujemy układ równań: 



+

=

=

=

=

=

+

=

s

2

2

z

s

9

7

y

s

2

x

t

z

t

3

2

y

t

4

9

x

   

 

  

 

 

=

+

=

+

=

t

s

2

2

(**)

t

3

2

s

9

7

t

4

9

s

2

=

+

+

=

t

s

2

2

t

4

9

s

2

=

=

10

14

10

17

t

s

 

Sprawdzamy, czy ta para spełnia równanie (**) 
-7-9s 

≠ -2-3t 

Wniosek: Proste są skośne. 
 

Teraz znajdziemy równanie płaszczyzny 

π, która zawiera prostą l

1

 i do 

której prosta l

2

 jest równoległa. 

π: l

1

⊂ π ∧ l

2

||

π 

P

1

∈l

1

⇒ P

1

∈ π 

P

1

=(9,-2,0)

∈ π 

π

n

   

k

30

j

10

i

15

2

9

2

1

3

4

k

j

i

v

v

n

2

1

+

=

=

×

=

 

]

30

,

10

,

15

[

n

=

 

π: -15(x-9) – 10(y+2) + 30(z-0) = 0 
π: -3x - 2y + 6z + 23 = 0 
 
 

Wzajemne położenie płaszczyzn w przestrzeni E

3

.

 

Dane są trzy płaszczyzny 

π

1

,

π

2

,

π

3

1.  płaszczyzny przecinają się wzdłuż wspólnej prostej  

 

⇔ układ 

 na nieskończenie wiele rozwiązań zależnych od jednego 

parametru 

π

π

π

3

2

1

2.  płaszczyzny przecinają się w jednym punkcie 

⇔ układ 

 ma 

dokładnie jedno rozwiązanie. 

π

π

π

3

2

1

 
 

Powierzchnie stopnia drugiego w E

3

 

Równanie postaci: 

Wykład dr Magdaleny Sękowskiej 

strona 5 z 10 

Część 15 – Euklid. przest. afiniczna 

 

background image

0

c

z

b

y

b

x

b

yz

a

xz

a

2

xy

a

2

z

a

y

a

x

a

3

2

1

23

13

12

2

33

2

22

2

11

=

+

+

+

+

+

+

+

+

+

 

jest równaniem powierzchni stopnia drugiego (właściwej lub niewłaściwej). 
 
Postacie kanoniczne krzywych drugiego stopnia różnych rodzajów. 
I. rodzaj: powierzchnia elipsoidalna. 

1

c

z

b

y

a

x

2

2

2

2

2

2

=

+

+

 

 elipsoida obrotowa 

 
 
II. rodzaj: powierzchnia hiperboloidalna 
 

hiperboloida jednopowłokowa 

=

+

1

0

1

c

z

b

y

a

x

2

2

2

2

2

2

stożek eliptyczny 
hiperboloida dwupowłokowa 

 

hiperboloida jednopowłokowa 
 

 

 
 

 

Wykład dr Magdaleny Sękowskiej 

strona 6 z 10 

Część 15 – Euklid. przest. afiniczna 

 

background image

 

stożek eliptyczny 

 

hiperboloida dwupowłokowa 

 

III. rodzaj: płaszczyzna paraboliczno – eliptyczna 

paraboloida eliptyczna 

=

+

1

z

2

b

y

a

x

2

2

2

2

walec eliptyczny 

Wykład dr Magdaleny Sękowskiej 

strona 7 z 10 

Część 15 – Euklid. przest. afiniczna 

 

background image

paraboloida eliptyczna 

 

walec eliptyczny 

IV. rodzaj: paraboloidalno – hiperboliczny 

 

paraboloida hiperboliczna 

±

=

1

z

2

b

y

a

x

2

2

2

2

walec hiperboliczny 
 

paraboloida hiperboloidalna 

 
 

Wykład dr Magdaleny Sękowskiej 

strona 8 z 10 

Część 15 – Euklid. przest. afiniczna 

 

background image

walec hiperboliczny 

 
V. rodzaj: powierzchnia paraboloidalna 

px

2

y

2

=

 walec paraboliczny 

walec paraboliczny 

 

Uwaga 

Równania postaci kanonicznych są wyznaczone tak, że osią symetrii jest 
oś OZ a (jeśli istnieje) środkiem geometrycznym punktu (0,0,0) 
 

 
 
FORMY KWADRATOWE

 

Def. 

Formą kwadratową n zmiennych nazywamy odwzorowanie g, takie że: 

g: R

n

 

 R 

=

=

n

1

j

,

i

j

i

ij

n

2

1

x

x

a

)

x

,...,

x

,

x

(

g

 

a

ij 

= a

ji 

Macierzą formy kwadratowej nazywamy macierz A, taką że: 
 

Wykład dr Magdaleny Sękowskiej 

strona 9 z 10 

Część 15 – Euklid. przest. afiniczna 

 

background image

 

=

nn

1

n

n

1

11

a

a

a

a

A

"

"

"

"

"

 

Z warunku a

ij

 = a

ji

 wynika, że macierz A jest macierzą symetryczną, tzn. 

A

T

=A. 

 

Przykład 

g(x

1

,x

2

,x

3

)=x

1

2

-2x

2

2

+3x

3

2

-4x

1

x

2

+5x

2

x

3

-x

1

x

3

 

 

=

3

2

2

2

1

A

2

5

2

1

2

5

2

1

 

 

Postać kanoniczna formy kwadratowej. 
Def. 

Postać formy kwadratowej: 

=

=

n

1

i

2

i

i

n

2

1

)

'

x

(

a

)

'

x

,...,

'

x

,

'

x

(

g

, gdzie 

=

α

=

n

1

i

i

i

i

x

'

x

 

nazywamy postacią kanoniczną formy kwadrwtowej.] 
 
Sprowadzanie formy kwadratowej do postaci kanonicznej metodą 
Lagrange’a. 
Założenia 

=

=

n

1

j

,

i

j

i

ij

n

2

1

x

x

a

)

x

,...,

x

,

x

(

g

 

a

ii 

≠ 0 

Schemat metody jest następujący: 

1.  grupujemy wyrazy zawierające x

i

 

2.  uzupełniamy do kwadratu 

 
 
 
 
 

Wykład dr Magdaleny Sękowskiej 

strona 10 z 10 

Część 15 – Euklid. przest. afiniczna