Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Расстояние между двумя параллельными прямыми – определение и примеры нахождения.

В этой статье дано определение расстояния между двумя параллельными прямыми на плоскости и в трехмерном пространстве, а также разобран метод координат, позволяющий вычислять расстояние между параллельными прямыми. Сначала приведена необходимая теория, после чего приведены подробные решения примеров и задач, в которых находится расстояние между двумя параллельными прямыми.

Навигация по странице.

Видео:Видеоурок "Расстояние между прямыми в пространстве"Скачать

Видеоурок "Расстояние между прямыми в пространстве"

Расстояние между двумя параллельными прямыми – определение.

Определение расстояния между двумя параллельными прямыми дается через расстояние от точки до прямой.

Расстояние между двумя параллельными прямыми – это расстояние от произвольной точки одной из параллельных прямых до другой прямой.

Для наглядности изобразим две параллельные прямые a и b , отметим на прямой а произвольную точку М1 , опустим перпендикуляр из точки М1 на прямую b , обозначив его H1 . Отрезок М1H1 соответствует расстоянию между параллельными прямыми a и b .

Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Приведенное определение расстояния между двумя параллельными прямыми справедливо как для параллельных прямых на плоскости, так и для прямых в трехмерном пространстве. Более того, такое определение расстояния между двумя параллельными прямыми принято не случайно. Оно тесно связано со следующей теоремой.

Все точки одной из двух параллельных прямых удалены на одинаковое расстояние от другой прямой.

Рассмотрим параллельные прямые a и b . Отметим на прямой a точку М1 , опустим из нее перпендикуляр на прямую b . Основание этого перпендикуляра обозначим как H1 . Тогда длина перпендикуляра М1H1 есть расстояние между параллельными прямыми a и b по определению. Докажем, что Расстояние между параллельными прямыми через векторыравно Расстояние между параллельными прямыми через векторы, где М2 – произвольная точка прямой a , отличная от точки M1 , а H2 – основание перпендикуляра, проведенного из точки М2 на прямую b . Доказав этот факт, мы докажем и саму теорему.

Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Так как внутренние накрест лежащие углы, образованные при пересечении двух параллельных прямых секущей, равны (об этом говорилось в статье параллельные прямые, параллельность прямых), то Расстояние между параллельными прямыми через векторы, а прямая M2H2 , перпендикулярная прямой b по построению, перпендикулярна и прямой a . Тогда треугольники М1H1H2 и М2М1H2 прямоугольные, и, более того, они равны по гипотенузе и острому углу: М1H2 – общая гипотенуза, Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Из равенства треугольников следует равенство их соответствующих сторон, поэтому, Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Теорема доказана.

Следует заметить, что расстояние между двумя параллельными прямыми является наименьшим из расстояний от точек одной прямой до точек другой прямой.

Видео:19. Расстояние между параллельными прямыми Расстояние между скрещивающимися прямымиСкачать

19. Расстояние между параллельными прямыми Расстояние между скрещивающимися прямыми

Нахождение расстояния между параллельными прямыми – теория, примеры, решения.

Итак, нахождение расстояния между параллельными прямыми сводится к нахождению длины перпендикуляра, проведенного из некоторой точки одной из прямых на другую прямую. При этом подбирается метод, позволяющий это расстояние отыскать. Выбор метода зависит от условий конкретной задачи. В некоторых случаях можно использовать теорему Пифагора, в других — признаки равенства или подобия треугольников, определения синуса, косинуса или тангенса угла и т.п. Если же параллельные прямые заданы в прямоугольной системе координат, то расстояние между заданными параллельными прямыми можно вычислить методом координат. На нем и остановимся.

Сформулируем условие задачи.

Пусть на плоскости или в трехмерном пространстве зафиксирована прямоугольная система координат, заданы две параллельные прямые a и b и требуется найти расстояние между этими прямыми.

Решение этой задачи строится на определении расстояния между параллельными прямыми — чтобы найти расстояние между двумя заданными параллельными прямыми нужно:

  • определить координаты некоторой точки М1 , лежащей на прямой a (или на прямой b );
  • вычислить расстояние от точки М1 до прямой b (или a ).

С определением координат точки М1 , лежащей на какой-нибудь из заданных параллельных прямых, проблем не возникнет, если, конечно, Вам знакомы основные виды уравнения прямой на плоскости и уравнения прямой в пространстве. Для нахождения расстояния от точки М1 до нужной из заданных параллельных прямых Вам будет полезна информация из раздела нахождение расстояния от точки до прямой.

В частности, если в прямоугольной системе координат Oxy на плоскости прямую a задает общее уравнение прямой вида Расстояние между параллельными прямыми через векторы, а прямую b , параллельную прямой a , — общее уравнение прямой Расстояние между параллельными прямыми через векторы, то расстояние Расстояние между параллельными прямыми через векторымежду этими параллельными прямыми можно вычислить по формуле Расстояние между параллельными прямыми через векторы.

Покажем вывод этой формулы.

Возьмем точку Расстояние между параллельными прямыми через векторы, которая лежит на прямой a , тогда координаты точки М1 удовлетворяют уравнению Расстояние между параллельными прямыми через векторы, то есть, справедливо равенство Расстояние между параллельными прямыми через векторы, откуда имеем Расстояние между параллельными прямыми через векторы.

Если Расстояние между параллельными прямыми через векторы, то нормальное уравнение прямой b имеет вид Расстояние между параллельными прямыми через векторы, а если Расстояние между параллельными прямыми через векторы, то нормальное уравнение прямой b имеет вид Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Тогда при Расстояние между параллельными прямыми через векторырасстояние от точки Расстояние между параллельными прямыми через векторыдо прямой b вычисляется по формуле Расстояние между параллельными прямыми через векторы, а при Расстояние между параллельными прямыми через векторы— по формуле
Расстояние между параллельными прямыми через векторы

То есть, при любом значении С2 расстояние Расстояние между параллельными прямыми через векторыот точки Расстояние между параллельными прямыми через векторыдо прямой b можно вычислить по формуле Расстояние между параллельными прямыми через векторы. А если учесть равенство Расстояние между параллельными прямыми через векторы, которое было получено выше, то последняя формула примет вид Расстояние между параллельными прямыми через векторы. На этом вывод формулы для вычисления расстояние между двумя параллельными прямыми, заданными общими уравнениями прямых вида Расстояние между параллельными прямыми через векторыи Расстояние между параллельными прямыми через векторызавершен.

Разберем решения примеров.

Начнем с нахождения расстояния между двумя параллельными прямыми, заданными в прямоугольной системе координат Oxy на плоскости.

Найдите расстояние между параллельными прямыми Расстояние между параллельными прямыми через векторыи Расстояние между параллельными прямыми через векторы.

Очевидно, что прямая, которой соответствуют параметрические уравнения прямой на плоскости вида Расстояние между параллельными прямыми через векторы, проходит через точку Расстояние между параллельными прямыми через векторы.

Искомое расстояние между параллельными прямыми равно расстоянию от точки Расстояние между параллельными прямыми через векторыдо прямой Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Вычислим его.

Получим нормальное уравнение прямой, которой отвечает уравнение прямой с угловым коэффициентом вида Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Для этого сначала запишем общее уравнение прямой: Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Теперь вычислим нормирующий множитель: Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Умножив на него обе части последнего уравнения, имеем нормальное уравнение прямой: Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Искомое расстояние равно модулю значения выражения Расстояние между параллельными прямыми через векторы, вычисленного при Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Итак, расстояние между заданными параллельными прямыми равно
Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Второй способ решения.

Получим общие уравнения заданных параллельных прямых.

Выше мы выяснили, что прямой Расстояние между параллельными прямыми через векторысоответствует общее уравнение прямой Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Перейдем от параметрических уравнений прямой вида Расстояние между параллельными прямыми через векторык общему уравнению этой прямой:
Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Коэффициенты при переменных x и y в полученных общих уравнениях параллельных прямых равны, поэтому мы сразу можем применить формулу для вычисления расстояния между параллельными прямыми на плоскости: Расстояние между параллельными прямыми через векторы.

Расстояние между параллельными прямыми через векторы.

На плоскости введена прямоугольная система координат Oxy и даны уравнения двух параллельных прямых Расстояние между параллельными прямыми через векторыи Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Найдите расстояние между указанными параллельными прямыми.

Канонические уравнения прямой на плоскости вида Расстояние между параллельными прямыми через векторыпозволяют сразу записать координаты точки М1 , лежащей на этой прямой: Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Расстояние от этой точки до прямой Расстояние между параллельными прямыми через векторыравно искомому расстоянию между параллельными прямыми. Уравнение Расстояние между параллельными прямыми через векторыявляется нормальным уравнением прямой, следовательно, мы можем сразу вычислить расстояние от точки Расстояние между параллельными прямыми через векторыдо прямой Расстояние между параллельными прямыми через векторы: Расстояние между параллельными прямыми через векторы.

Второй способ решения.

Общее уравнение одной из заданных параллельных прямых нам уже дано Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Приведем каноническое уравнение прямой Расстояние между параллельными прямыми через векторык общему уравнению прямой: Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Коэффициенты при переменной x в общих уравнениях заданных параллельных прямых равны (при переменной y коэффициенты тоже равны — они равны нулю), поэтому можно применять формулу, позволяющую вычислить расстояние между заданными параллельными прямыми: Расстояние между параллельными прямыми через векторы.

Осталось рассмотреть пример нахождения расстояния между параллельными прямыми в трехмерном пространстве.

Найдите расстояние между двумя параллельными прямыми, которым в прямоугольной системе координат Oxyz соответствуют канонические уравнения прямой в пространстве вида Расстояние между параллельными прямыми через векторыи Расстояние между параллельными прямыми через векторы.

Очевидно, прямая Расстояние между параллельными прямыми через векторыпроходит через точку Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Вычислим расстояние Расстояние между параллельными прямыми через векторыот этой точки до прямой Расстояние между параллельными прямыми через векторы— оно даст нам искомое расстояние между параллельными прямыми.

Прямая Расстояние между параллельными прямыми через векторыпроходит через точку Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Обозначим направляющий вектор прямой Расстояние между параллельными прямыми через векторыкак Расстояние между параллельными прямыми через векторы, он имеет координаты Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Вычислим координаты вектора Расстояние между параллельными прямыми через векторы(при необходимости смотрите статью координаты вектора по координатам точек): Расстояние между параллельными прямыми через векторы. Найдем векторное произведение векторов Расстояние между параллельными прямыми через векторыи Расстояние между параллельными прямыми через векторы:
Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Теперь осталось применить формулу, позволяющую вычислить расстояние от точки до прямой в пространстве: Расстояние между параллельными прямыми через векторы.

расстояние между заданными параллельными прямыми равно Расстояние между параллельными прямыми через векторы.

Видео:Расстояние между параллельными прямымиСкачать

Расстояние между параллельными прямыми

Расстояние между прямыми в пространстве онлайн

С помощю этого онлайн калькулятора можно найти расстояние между прямыми в пространстве. Дается подробное решение с пояснениями. Для вычисления расстояния между прямыми в пространстве, задайте вид уравнения прямых («канонический» или «параметрический» ), введите коэффициенты уравнений прямых в ячейки и нажимайте на кнопку «Решить».

Предупреждение

Инструкция ввода данных. Числа вводятся в виде целых чисел (примеры: 487, 5, -7623 и т.д.), десятичных чисел (напр. 67., 102.54 и т.д.) или дробей. Дробь нужно набирать в виде a/b, где a и b (b>0) целые или десятичные числа. Примеры 45/5, 6.6/76.4, -7/6.7 и т.д.

Видео:№277. Расстояние между параллельными прямыми а и b равно 3 см, а между параллельными прямымиСкачать

№277. Расстояние между параллельными прямыми а и b равно 3 см, а между параллельными прямыми

Расстояние между прямыми в пространстве − теория, примеры и решения

Пусть задана декартова прямоугольная система координат Oxyz и пусть в этой системе координат заданы прямые L1 и L2:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы.(1)
Расстояние между параллельными прямыми через векторы,(2)

Прямые (1) и (2) в пространстве могут совпадать, быть паралленьными, пересекаться, или быть скрещивающимся. Если прямые в пространстве пересекаются или совпадают, то расстояние между ними равно нулю. Мы рассмотрим два случая. Первый − прямые параллельны, и второй − прямые скрещиваются. Остальные являются частыми случаями. Если при вычислении расстояния между параллельными прямыми мы получим расстояние равным нулю, то это значит, что эти прямые совпадают. Если же расстояние между скрещивающимися прямыми равно нулю, то эти прямые пересекаются.

1. Расстояние между параллельными прямыми в пространстве

Рассмотрим два метода вычисления расстояния между прямыми.

Расстояние между параллельными прямыми через векторыРасстояние между параллельными прямыми через векторы

которое и является расстоянием между прямыми L1 и L2 (Рис.1).

Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Пример 1. Найти расстояние между прямыми L1 и L2:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы(3)
Расстояние между параллельными прямыми через векторы(4)
q1=<m1, p1, l1>=
q2=<m2, p2, l2>=

Найдем проекцию точки M1 на прямую L2. Для этого построим плоскость α, проходящей через точку M1 и перпендикулярной прямойL2.

Для того, чтобы плоскость α было перепендикулярна прямой L2, нормальный вектор плоскости α должен быть коллинеарным направляющему вектору прямой L2, т.е. в качестве нормального вектора плоскости α можно взять направляющий вектор прямой L2. Тогда уравнение искомой плоскости, проходящей через точку M1(x1, y1, z1) имеет следующий вид:

m2<xx1)+p2(yy1)+ l2(zz1)=0(5)
2(x−1)−4(y−2)+ 8(z−1)=0

После упрощения получим уравнение плоскости, проходящей через точку M1 и перпендикулярной прямой L2:

2x−4y+ 8z−2=0(6)

Найдем точку пересечения прямой L2 и плоскости α, для этого построим параметрическое уравнение прямой L2.

Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Выразив переменные x, y, z через параметр t, получим параметрическое уравнение прямой L2:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы(7)

Чтобы найти точку пересечения прямой L2 и плоскости α, подставим значения переменных x, y, z из (7) в (6):

Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Решив уравнение получим:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы(8)

Подставляя полученное значение t в (7), получим точку пересеченияпрямой L2 и плоскости α:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Остается найти расстояние между точками M1 и M3:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы
Расстояние между параллельными прямыми через векторыРасстояние между параллельными прямыми через векторы

Ответ: Расстояние между прямыми L1 и L2 равно d=7.2506.

Метод 2. Найдем расстояние между прямыми L1 и L2 (уравнения (1) и (2)). Во первых, проверяем параллельность прямых L1 и L2. Если направляющие векторы прямых L1 и L2 коллинеарны, т.е. если существует такое число λ, что выполнено равенство q1=λq2, то прямые L1 и L2 параллельны.

Данный метод вычисления расстояния между параллельными векторами основана на понятии векторного произведения векторов. Известно, что норма векторного произведения векторов Расстояние между параллельными прямыми через векторыи q1 дает площадь параллелограмма, образованного этими векторами (Рис.2). Узнав площадь параллелограмма, можно найти вершину параллелограмма d, разделив площадь на основание q1 параллелограмма.

Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Вычислим координаты вектора Расстояние между параллельными прямыми через векторы:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Вычислим векторное произведение векторов Расстояние между параллельными прямыми через векторыи q1:

Расстояние между параллельными прямыми через векторыРасстояние между параллельными прямыми через векторыРасстояние между параллельными прямыми через векторыРасстояние между параллельными прямыми через векторы

Вычисляя определители второго порядка находим координаты вектора c:

Далее находим площадь параллелограмма:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы.

Расстояние между прямыми L1 и L2 равно:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы,
Расстояние между параллельными прямыми через векторы,

Пример 2. Решим пример 1 методом 2. Найти расстояние между прямыми

Расстояние между параллельными прямыми через векторы(25)
Расстояние между параллельными прямыми через векторы(26)
q1=<m1, p1, l1>=
q2=<m2, p2, l2>=

Векторы q1 и q2 коллинеарны. Следовательно прямые L1 и L2 параллельны. Для вычисления расстояния между параллельными прямыми воспользуемся векторным произведением векторов.

Построим вектор Расстояние между параллельными прямыми через векторы=<x2x1, y2y1, z2z1>=.

Вычислим векторное произведение векторов Расстояние между параллельными прямыми через векторыи q1. Для этого составим 3×3 матрицу, первая строка которой базисные векторы i, j, k, а остальные строки заполнены элементами векторов Расстояние между параллельными прямыми через векторыи q1:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Вычислим определитель этой матрицы, разложив ее по первой строке. Результатом этих вычислений получим векторное произведение векторов Расстояние между параллельными прямыми через векторыи q1:

Расстояние между параллельными прямыми через векторыРасстояние между параллельными прямыми через векторыРасстояние между параллельными прямыми через векторы

Таким образом, результатом векторного произведения векторов Расстояние между параллельными прямыми через векторыи q1 будет вектор:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Поскольку векторное произведение векторов Расстояние между параллельными прямыми через векторыи q1 дает плошадь параллелограмма образованным этими векторами, то расстояние между прямыми L1 и L2 равно :

Расстояние между параллельными прямыми через векторыРасстояние между параллельными прямыми через векторы Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Ответ: Расстояние между прямыми L1 и L2 равно d=7.25061.

2. Расстояние между скрещивающимися прямыми в пространстве

Пусть задана декартова прямоугольная симтема координат Oxyz и пусть в этой системе координат заданы прямые L1 и L2 (уравнения (1) и (2)).

Пусть прямые L1 и L2 не параллельны (паралельные прямые мы расстотрели в предыдущем параграфе). Чтобы найти расстояние между прямыми L1 и L2 нужно построить параллельные плоскости α1 и α2 так, чтобы прямая L1 лежал на плоскости α1 а прямая L2 − на плоскости α2. Тогда расстояние между прямыми L1 и L2 равно расстоянию между плоскостями L1 и L2 (Рис. 3).

Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Поскольку плоскость α1, проходит через прямую L1, то он проходит также через M1(x1, y1, z1). Следовательно справедливо следующее равенство:

A1x1+B1y1+C1z1+D1=0.(27)

где n1=<A1, B1, C1> − нормальный вектор плоскости α1. Для того, чтобы плоскость α1 проходила через прямую L1, нормальный вектор n1 должен быть ортогональным направляющему вектору q1 прямой L1, т.е. скалярное произведение этих векторов должен быть равным нулю:

A1m1+B1p1+C1l1=0.(28)

Так как плоскость α1 должна быть параллельной прямой L2, то должна выполнятся условие:

A1m2+B1p2+C1l2=0.(29)

Решая систему линейных уравнений (27)−(29), с тремя уравнениями и четыремя неизвестными A1, B1, C1, D1, и подставляя в уравнение

A1x+B1y+C1z+D1=0.(30)

получим уравнение плоскости α1. (Как построить уравнение плоскости, проходящей через прямую, параллельно другой прямой подробно изложено здесь).

Аналогичным образом находим уравнение плоскости α2:

A2x+B2y+C2z+D2=0.(31)

Плоскости α1 и α2 параллельны, следовательно полученные нормальные векторыn1=<A1, B1, C1> и n2=<A2, B2, C2> этих плоскостей коллинеарны. Если эти векторы не равны, то можно умножить (31) на некторое число так, чтобы полученный нормальный вектор n2 совпадал с нормальным вектором уравнения (30).

Тогда расстояние между параллельными плоскостями вычисляется формулой:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы.

Полученное расстояние между плоскостями α1 и α2 является также расстоянием между прямыми L1 и L2.

Пример 3. Найти расстояние между прямыми

Расстояние между параллельными прямыми через векторы(32)
Расстояние между параллельными прямыми через векторы(33)

Построим плоскость α1, проходящую через прямую L1, параллельно прямой L2.

Поскольку плоскость α1 проходит через прямую L1 , то она проходит также через точку M1(x1, y1, z1)=M1(2, 1, 4) и нормальный вектор n1=<m1, p1, l1> плоскости α1 перпендикулярна направляющему вектору q1 прямой L1. Тогда уравнение плоскости должна удовлетворять условию:

A1x1+B1y1+C1z1+D1=0.(34)

а условие параллельности прямой L1 и искомой плоскости α1 представляется следующим условием:

A1m1+B1p1+C1l1=0.(35)

Так как плоскость α1 должна быть параллельной прямой L2, то должна выполнятся условие:

A1m2+B1p2+C1l2=0.(36)
A1·2+B1·1+C1·4+D1=0.(37)
A1·1+B1·3+C1·(−2)=0.(38)
A1·2+B1·(−3)+C1·7=0.(39)

Представим эти уравнения в матричном виде:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы(40)
Расстояние между параллельными прямыми через векторы(41)

Искомая плоскость может быть представлена формулой:

A1x+B1y+C1z+D1=0.(42)
Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Упростим уравнение, умножив на число 17.

Расстояние между параллельными прямыми через векторы(43)

Построим плоскость α2, проходящую через прямую L2, параллельно прямой L1.

Поскольку плоскость α2 проходит через прямую L2 , то она проходит также через точку M2(x2, y2, z2)=M2(6, −1, 2) и нормальный вектор n2=<m2, p2, l2> плоскости α2 перпендикулярна направляющему вектору q2 прямой L2. Тогда уравнение плоскости должна удовлетворять условию:

A2x2+B2y2+C2z2+D2=0.(44)

а условие параллельности прямой L2 и искомой плоскости α2 представляется следующим условием:

A2m2+B2p2+C2l2=0.(45)

Так как плоскость α2 должна быть параллельной прямой L1, то должна выполнятся условие:

A2m1+B2p1+C2l1=0.(46)
A1·6+B1·(−1)+C1·2+D1=0.(47)
A1·2+B1·(−3)+C1·7=0.(48)
A1·1+B1·3+C1·(−2)=0.(49)

Представим эти уравнения в матричном виде:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы(50)
Расстояние между параллельными прямыми через векторы(51)

Искомая плоскость может быть представлена формулой:

A2x+B2y+C2z+D2=0.(52)
Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Упростим уравнение, умножив на число −83.

Расстояние между параллельными прямыми через векторы(53)

Расстояние между построенными плоскостями (43) и (53) будет расстоянием между прямыми (1) и (2).

Запишем формулы уравнений плоскостей α1 и α2 :

A1x+B1y+C1z+D1=0.
A2x+B2y+C2z+D2=0.

Поскольку нормальные векторы плоскостей α1 и α2 совпадают, то можно найти расстояние между плоскостями α1 и α2, используя следующую формулу:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы(54)
Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Упростим и решим:

Расстояние между параллельными прямыми через векторы

Расстояние между прямыми равно: d=4.839339

Видео:Определение расстояние между параллельными прямыми (Способ замены плоскостей проекции).Скачать

Определение расстояние между параллельными прямыми (Способ замены плоскостей проекции).

Расстояние между двумя параллельными прямыми в пространстве

Вы будете перенаправлены на Автор24

Для наиболее полного понимания темы следует ознакомиться с основными определениями, поэтому давайте узнаем, что же такое параллельные прямые и с чем их едят, а также некоторую другую основную терминологию и теоремы, которые касаются данной темы.

Видео:Геометрия 7 класс (Урок№26 - Расстояние от точки до прямой. Расстояние между параллельными прямыми.)Скачать

Геометрия 7 класс (Урок№26 - Расстояние от точки до прямой. Расстояние между параллельными прямыми.)

Используемые термины и понятия

Расстояние — это мера удалённости, используемая для характеристики местоположения двух объектов относительно друг друга.

Иногда расстояние можно измерить с помощью измерительных приборов, например, линейки или штангенциркуля, в случае поездки на автомобиле расстояние можно вычислить через измеритель скорости. Но чаще всего приходится прибегать к каким-либо вычислениям.

Параллельные прямые в пространстве — это такие прямые, которые не имеют каких-либо совместных точек и при этом лежат в одной плоскости. То есть по сути выходит, что есть два необходимых критерия для того чтобы назвать пару прямых параллельными друг другу:

1) обе такие прямые можно поместить в некую одиночную плоскость 2) 2 параллели никогда не встретятся

Не стоит путать такие прямые со скрещивающимися. Эти прямые также никогда не встречаются между собой, но рассматривая их, становится очевидно, что их нельзя расположить в одной плоскости.

Параллельные прямые можно встретить много где в окружающем нас мире: это и линии пола и потолка, и противопложные стороны поверхности стола, и стороны двери.

Расстояние между такими прямыми есть не что иное, как длина перпендикуляра, опущенного из одной точки любой из двух изучаемых прямых, на другую. Эта длина всегда будет одинаковой вне зависимости от того, из какой точки проведёна линия под прямым углом.

Докажем теорему, приведённую выше.

Видео:Определение кратчайшего расстояние между скрещивающимися прямыми методом замены плоскостей проекцииСкачать

Определение кратчайшего расстояние между скрещивающимися прямыми методом замены плоскостей проекции

Доказательство теоремы о расстоянии между параллельными прямыми

Рисунок 1. Расстояние между параллельными прямыми

Готовые работы на аналогичную тему

Рассмотрим наши прямые, про которые заранее известно, что они параллельны, назовём их $l$ и $k$.

Выберем пару рандомных точек $X$ и $Y$, возлежащих на $l$, и опустим из них под прямым углом линии на $k$.

Здесь совсем неважно, где именно вы выберете точки, главное правило — они не должны совпадать друг с другом.

Точки пересечения построенных линий с прямой $k$ назовём $A$ и $B$.

Так как наши прямые параллельны, то по условию параллельности накрест лежащие углы $XBA$ и $BXY$ при гипотенузе $XB$ получившегося прямоугольника равны между собой. Гипотенуза в данном случае является секущей к исследуемым прямым.

Собираем всё вместе о треугольниках $XBA$ и $BXY$:

  1. У них есть общая сторона $XB$.
  2. Стороны этих треугольников $XY$ и $AB$ равны между собой.
  3. Значения углов $XBA$ $BXY$ тоже одинаковы, а сами по себе эти углы образованы сторонами, которые также равны между собой.

Из всего вышеперечисленного следует, что $XBA$ и $BXY$ являются равными по первому признаку равенства треугольников, и следовательно, длины перпендикуляров $XA$ и $YB$ равны.

Данное соотношение будет соблюдаться для любых произвольно выбранных точек $X$ и $Y$ — то есть длины перпендикуляров, опущенных с одной параллельной прямой на другую, всегда будут равны, что и требовалось доказать.

Доказанное утверждение справедливо как для параллельных прямых, рассматриваемых в планиметрии, так и для прямых, рассматриваемых в объёмном мире, так как 2 параллельные между собой прямые всегда образуют плоскость.

Видео:7 класс, 38 урок, Расстояние от точки до прямой. Расстояние между параллельными прямымиСкачать

7 класс, 38 урок, Расстояние от точки до прямой. Расстояние между параллельными прямыми

Задачи на определение расстояния между параллельными прямыми в объёмном мире

Мы с вами уже немного разобрались в теме, а это значит, что пришло время для задач с нахождением расстояния между параллельными прямыми в пространстве.

Найти расстояние между параллельными прямыми $l$ и $k$.

Рисунок 2. Параллельные прямые, образующие плоскость

Рассмотрим рисунок 2. По теореме, изложенной выше, кратчайшим расстоянием между двумя этими прямыми будет длина перпендикуляра, опущенного с одной прямой на другую, поэтому опустим из точки $X$ на прямую $k$ перпендикуляр, назовём его $h$. Длина этого перпендикуляра и будет решением нашей задачи.

На практике чаще всего нет возможности использования подручных методов типа линейки из-за невозможности исполнения чертежа в масштабе 1:1, поэтому обычно нужно найти расстояние между двумя параллельными прямыми в пространстве имея на руках функции, описывающие данные прямые.

Выше мы показали, что совсем неважно, где именно выбрать точку на одной из двух параллельных прямых, из которой нужно опустить перпендикуляр.

Поэтому в случае параллельности прямых эта задача фактически есть не что иное, как поиск расстояния между точкой, лежащей на одной из этих прямых, и другой прямой.

Формула для нахождения расстояния между параллельными прямыми $d$ и $k$ в один этап в пространстве следующая:

$ρ(d, k) = frac<sqrt<begin y_2 – y_1 & z_2 — z_1\ m_1 & n_1 \ end^2 + begin x_2 – x_1 & z_2 — z_1\ l_1 & n_1 \ end^2 + begin x_2 – x_1 & y_2 – y_1\ l_1 & m_1 \ end^2>><sqrt>$

В этой формуле $x_1, y_1, z_1$ — координаты нормального вектора прямой $d$, а $l, m, n$ — направляющий вектор этой прямой, его координаты — это знаменатели из канонических уравнений прямой в пространстве; $x_2, y_2, z_2$ — это координаты нормального вектора второй прямой.

Даны уравнения двух параллельных несовпадающих прямых:

Прямая $d$ задана уравнением $frac=frac=frac$,

а её параллель $k$ уравнением $frac=frac=frac$.

Найдите длину перпендикуляра, опущенного с одной прямой на другую.

Координаты нормального вектора для прямой $k$ $$, а для прямой $d$ $$. Координаты направляющего вектора для первой прямой $$.

Подставим данные числа в обозначенную выше формулу:

Решение примера, приведённого выше, реализовано по формуле, полученной через векторное произведение, кому-то такой способ может показаться более просты, а кому-то наоборот — сложным.

Но в любом случае воспользовавшись обоими вариантами решения оба алгоритма легко можно проверить.

Алгоритм с векторным произведением рассмотрен нами ниже для этой же задачи, из него становится понятно, каким образом получена используемая выше формула.

Найдите расстояние между параллельными прямыми из задачи, изложенной выше, через векторное произведение.

В этом случае вычисление расстояния между прямыми осуществляется по формуле:

где $M_0M_1$ — вектор, соединяющий 2 произвольных точки на двух параллельных прямых

Нормальные вектора для первой и второй прямых соответственно будут $$ и $$.

Направляющий вектор для обеих прямых совпадает, его координаты $s=$

Найдём векторную разность между нормальными векторами, которая будет координатами вектора $M_0M_1$

Теперь необходимо высчитать векторное произведение вектора $overline$ на вектор $overline$:

$overline ×overline = begin i & j & k \ 4 & -3 & 6 \ 1 & 3 & 5 \ end = i begin -3 & 6\ 3 & 5 \ end + j begin 4 & 6\ 1 & 5 \ end + k begin 4 & -3\ 1 & 3 \ end = -33i + 14j + 15k = $

А сейчас пришла очередь определить длину направляющего вектора $s$:

В результате конечный ответ составит:

Получи деньги за свои студенческие работы

Курсовые, рефераты или другие работы

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 20 01 2021

📽️ Видео

11 класс, 3 урок, Связь между координатами векторов и координатами точекСкачать

11 класс, 3 урок, Связь между координатами векторов и координатами точек

Урок 23. Расстояние между параллельными прямыми (7 класс)Скачать

Урок 23.  Расстояние между параллельными прямыми (7 класс)

SOS-ГЕОМЕТРИЯ! Отрезки и углы, смежные и вертикальные углы | Математика TutorOnlineСкачать

SOS-ГЕОМЕТРИЯ! Отрезки и углы, смежные и вертикальные углы | Математика TutorOnline

Параллельные прямые | Математика | TutorOnlineСкачать

Параллельные прямые | Математика | TutorOnline

38. Расстояние от точки до прямой. Расстояние между параллельными прямымиСкачать

38. Расстояние от точки до прямой. Расстояние между параллельными прямыми

Расстояние от точки до прямой. Расстояние между параллельными прямыми, 7 классСкачать

Расстояние от точки до прямой. Расстояние между параллельными прямыми, 7 класс

Расстояние между параллельными плоскостямиСкачать

Расстояние между параллельными плоскостями

7. Расстояние от точки до плоскости (вывод формулы примеры)Скачать

7. Расстояние от точки до плоскости (вывод формулы примеры)

Математика без Ху!ни. Кривые второго порядка. Эллипс.Скачать

Математика без Ху!ни. Кривые второго порядка. Эллипс.

57. Определение расстояния между двумя параллельными прямымиСкачать

57. Определение расстояния между двумя параллельными прямыми

Урок 15. Все способы расстояние между скрещивающимися прямыми. Стереометрия с нуля.Скачать

Урок 15. Все способы расстояние между скрещивающимися прямыми. Стереометрия с нуля.

6 .7 кл Построение параллельных прямых.Как построить параллельные прямыеСкачать

6 .7 кл Построение параллельных прямых.Как построить параллельные прямые
Поделиться или сохранить к себе: