浅谈利用空间直线参数的几何意义求方程问题

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  【摘要】研究曲线或曲面的性质,通常是几何问题代数化,就是研究曲线或曲面方程的性质,因此,如何求曲线或曲面方程显得尤为重要.本文利用空间直线参数的几何意义求方程问题,方法简单,易于理解,计算量少.
  【关键词】参数;几何意义;球面;平面
  求方程问题,通常是找出动点坐标满足的条件,从而求出方程;也可以找出确定方程的点的坐标或待定参数,再写出方程.在求点的坐标或待定参数时,通常解三元或多元方程,甚至是二次方程,计算量大,容易出错.利用空间直线参数的几何意义求方程,在求点的坐标时,可以把三元方程转化为一元方程,把二次方程转化为一次方程来求解,这样计算量少,容易理解,不易出错.
  一、利用空间直线参数的几何意义求球面方程
  球面方程有标准式方程和一般式方程.求球面的标准式方程就是确定球面的球心和半径.在确定球心的坐标时,通常解三元一次方程或三元二次方程,计算量大,容易出错.利用空间直线参数的几何意义,在求点的坐标时,可以把三元方程转化为一元方程,把二次方程转化为一次方程来求解,这样大大减少了计算量.
  例1 已知球面的半径为7,而且和平面3x 6y 2z 21=0相切,切点为P(1,1,-15),求球面方程.
  解 过点P(1,1,-15)作已知平面的垂线,其方程为
  x-13=y-16=z 152,
  把此直线的方向向量v={3,6,2}化为单位向量
  v°=37,67,27,直线方程为
  x-137=y-167=z 1527,
  由题意和空间直线参数的几何意义有,球心坐标满足:
  x-137=y-167=z 1527=±7.
  解之得球心为(4,7,-13),(-2,-5,-17),故所求的球面方程为
  (x-4)2 (y-7)2 (z 13)2=49,(x 2)2 (y 5)2 (z 17)2=49.
  二、利用空间直线参数的几何意义求平面方程
  平面方程有点位式、截距式、点法式、法式和一般式.在求平面方程时根据已知条件选择不同形式求解.如果求平面的一般式方程,要解四元一次方程或四元二次方程.如果选择平面的点位式或点法式求其方程,就要确定一点的坐标,一般要解三元一次方程或三元二次方程.因此,选择利用空间直线参数的几何意义,解一元一次方程就可以确定该点的坐标,从而写出平面方程.
  例2 已知平面π1:2x 6y-3z 10=0和点P(0,6,-1),求平面π2,使得点P到平面π1,π2的距离相等.
  解 由已知有点P到平面π1的距离为7;过点P作平面π1的垂线,其方程为
  x2=y-66=z 1-3,
  把此直線的方向向量v={2,6,-3}化为单位向量
  v°=27,67,-37,直线方程为
  x27=y-667=z 1-37,
  此直线与π1,π2的交点满足:
  x27=y-667=z 1-37=±7,
  解之得点P1(-2,0,2),P2(2,12,-4);
  经验证P1(-2,0,2)在π1上,所以点P2(2,12,-4)在π2上,因此,所求平面的点法式方程为
  2(x-2) 6(y-12)-3(z 4)=0,
  整理化简有
  2x 6y-3z-88=0.
  【参考文献】
  [1]吕林根,许子道.解析几何[M].北京:高等教育出版社,2006.
  [2]吕林根.解析几何学习辅导书[M].北京:高等教育出版社,2006.
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