直线一般方程2x+y-z+1=0 3x-y-2z-3=0 怎么化为射影式方程与标准方程,并求该直线的方向余弦?

1个回答

  • 首先化射影方程:

    先分别判断x、y,或y、z,或z,x的系数二行列是否为零,我们以x、y的系数二行列为例,

    2 1

    3 -1

    二行列值为2X(-1)-1X3=-5,不为0,(后面解释)

    则把直线方程分别消去x、y,

    5y+z+9=0,

    5x-3z-2=0,

    上面两方程即为该直线的射影方程;

    空间三维直线标准方程格式为:(x-x0)/m=(y-y0)/n=(z-z0)/p,(系数为1)

    其中,M(x0,y0,z0)是直线上的一个已知点,向量s(m,n,p)为直线方向向量,

    整理射影方程:

    (y+9/5)/(-1/5)=z=(z-0)/1,

    (x-2/5)/(3/5)=z=(z-0)/1,

    即(x-2/5)/(3/5)=(y+9/5)/(-1/5)=(z-0)/1,

    其中,已知点M(2/5,-9/5,0)(可带回直线检验),

    方向向量s(3/5,-1/5,1)或(3,-1,5)(也可由直线方程检验);

    直线方向向量s(m,n,p)中的m,n,p称做该直线的方向数,直线方向向量s与三个坐标轴正轴的夹角α,β,γ为该直线的方向角,

    则有m/cosα=n/cosβ=p/cosγ,

    且cosα=m/√(m²+n²+p²),cosβ=n/√(m²+n²+p²),cosγ=p/√(m²+n²+p²),

    本题m=3,n=-1,p=5,

    即该直线方向余弦为cosα=3/√35,cosβ=-1/√35,cosγ=5/√35.

    怎么由直线方程求方向向量s(m,n,p):

    用各项系数的三阶行列式计算,其中(i,j,k)为三位坐标系单位向量,即√(i²+j²+k²)=1,

    i j k

    a b c

    d e f

    =(bf-ce) X i - (af-cd) X j +(ae-bd) X k,

    而m=bf-ce,n=-(af-cd),p=ae-bd,

    即m,n,p为i,j,k前的系数(注意符号),用此方法即可验证方向向量.

    解释二阶行列:

    对于方程组:ax+by+e=0,

    cx+dy+f=0,

    解得x=(bf-de)/(ad-bc),y=(ce-af)/(ad-bc),

    分母ad-bc即为二阶行列|a b,c d|,如果为0,那么原方程无解,只有不为0,才能分别消去x、y求解;对于本题一样,y、z或z、x的系数二行列均不为0,那么也可以分别消去y、z或z、x来求射影方程.

    标准方程:

    格式为:(x-x0)/m=(y-y0)/n=(z-z0)/p,其中作为分母的m、n、p皆不能为零,若m=0,而n,p≠0时,这时应理解为x-x0=0,(y-y0)/n=(z-z0)/p,它表示的是一条垂直于x轴的直线;若m=n=0,而p≠0,这时理解为x-x0=0,y-y0=0,即一条既垂直x轴又垂直y轴的直线,即垂直xoy平面;当x0=y0=0时,即代表z轴.