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知识点八:平面束


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。

  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

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。

  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。

  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

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。因此两直线在同一平面上的充要条件是存在不全为零的实数使(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

,因此两直线共面的充要条件为

 

 

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