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定义1 空间中通过一条直线的所有平面的集合叫做有轴平面束,那条直线叫做平面束的轴。
定义2 空间中平行于同一个平面的所有平面的集合叫做平行平面束。
定理1 如果两个平面
(1)
(2)
交于一条直线,那么以直线
为轴的有轴平面束的方程是:
(3.8-1)
其中是不全为零的任意实数。
证 首先证明,当任取两不全为零的值时,(3.8-1)表示一个平面。把(3.8-1)改写为
(3.8-1’)
这里的系数不能全为零,这是因为如果全为零,即
那么得
这和与
是两相交平面的假设矛盾,因此(3.8-1’)是一个关于
的一次方程,所以(3.8-1)或(3.8-1’)表示一个平面。
因为平面与
的交线
上的点的坐标同时满足方程(1)与(2),从而必满足方程(3.8-1),所以(3.8-1)总代表通过直线
的平面,也就是(3.8-1)总表示以直线
为轴的平面束中的任意一个平面,
反过来,可以证明对于以直线为轴的平面束中的任意一个平面
,我们都能确定
使平面
的方程为(3.8-1)的形式,为此只要在平面
上选取不属于轴
的任一点
,那么由(3.8-1)表示的平面要通过点
的条件是
所以
而不在轴
上,所以
,
不能全为零,因此平面的方程可写为(3.8-1)的形式。
,证毕。
定理2 如果两个平面
为平行平面,即,那么方程
表示平行平面束,平面束里任何一个平面都和平面或
平行,其中
是不全为零的任意实数,且
这个定理的证明类似于定理3.8.1,它的证明留给读者。
推论1 由平面决定的平行平面束(即与平面
平行的全体平面)的方程是
(3.8-2)
其中是任意实数。
例1 求通过直线
且与平面垂直的平面方程。
解 设所求平面的方程为:
即
由两平面垂直的条件它们的法向量相互垂直,故
即
因此
所求平面方程为
即
例2 求与平面平行且在
轴上截距等于-2的平面方程。
解 可设所求平面方程为:
因这平面在轴上截距为-2,所以这平面通过点(0,0,-2),由此得:
或者说
因此所求方程为:
例3 试证两直线
与
在同一平面上的充要条件是
(3.8-3)
证 因为通过的任意平面为
其中是不全为零的任意实数;而通过
的任意平面为
其中是不全为零的任意实数。因此两直线
与
在同一平面上的充要条件是存在不全为零的实数
与
使(3)与(4)代表同一平面,也就是(3)与(4)的左端仅相差一个不为零的数因子
,即
化简整理得
所以
因为不全为零,所以得
而,因此两直线
与
共面的充要条件为