Метод координат. Рівняння сфери, площини, прямої
Завдання 2
1.
1) Рівняння сфери, усі точки якої рівновіддалені від початку координат на 1 од. має вигляд х2 + у2 + z2= 1.
2) Оскільки центр сфери – початок координат і вона перетинає ось Оz у точці
(0; 0; 1), то вона має радіус 1, а значить, її рівняння; х2 + у2 + z2 = 1.
3) Оскільки центр сфери (1; 1; 1) і вона дотикається до площини хОу, то радіус сфери дорівнює 1, а значить, її рівняння: (х – 1)2 + (у – 1)2 + (z – 1)2 = 1.
4) Оскільки центр сфери (1; 1; 1) і вона дотикається координатних площин, то радіус сфери дорівнює 1, а значить, її рівняння: (х – 1)2 + (у –
2.
1) Запишемо рівняння сфери з центром Р(0; 0; 0) і радіусом R = 2, та співвідношення, що визначає кулю, обмежену цією сферою.
Рівняння сфери: х2 + у2 + z2 = 4. Співвідношення, що визначає кулю: х2 + у2 + z2 ≤ 4.
2) Запишемо рівняння сфери з центром Р(1; 0; 2) і радіусом R = 5, та співвідношення, що визначає кулю, обмежену цією сферою.
Рівняння сфери: (х – 1)2 + у2 + (z – 2)2 = 25. Співвідношення, що визначає кулю:
(х – 1)2 + у2 + (z – 2)2 ≤ 25.
3) Запишемо рівняння сфери з центром Р(-2; 3; -1) і радіусом R = 3,
Та співвідношення, що визначає кулю, обмежену цією сферою.
Рівняння сфери: (х + 2)2 + (у – 3)2 + (z + 1)2 = 9. Співвідношення,
3.
Щоб визначити, чи належать сфері точки, перевіримо чи будуть виконуватися рівності:
1) О (0; 0; 0). 02 + (0 – 1)2 + (0 + 1)2 = 2 ≠ 4; а значить, точка не належить сфері;
2) Т ( 1; 0;1). 12 + (0 – 1)2 + (1 + 1)2 = 6 ≠ 4, а значить, точка не належить сфері;
3) С(0; 1; 1). 02 + (1 – 1)2 + (1 + 1)2 = 4, а значить, точка належить сфері.
4.
1) Визначимо, чи описує задане рівняння сферу, х2 – 2х + y2 + z2 = 0;
Х2 – 2х + 1 – 1 + у2 + z2 = 0; (х – 1)2 + у2 + z2 = 1.
Це рівняння сфери з центром в точці (1; 0; 1) і радіусом 1.
2) х2 – 2х + у2 = 3; х2 – 2х + 1 – 1 + у2 = 3; (х – 1)2 + у2 = 4. Не є рівнянням сфери.
3) х2 – 2х + у2 + 4у + z2 – 2z = -1; (х2 – 2х + 1) -1 + (у2 + 4у + 4) – 4 + (z2 – 2z + 1) -1 = -1;
(х – 1)2 + (у + 2)2 + (z – 1)2 = 5 – рівнянням сфери з центром
В точці (1; -2; 1) і радіусом
4) х2 + у2 – у + z2 + z = 0,5;
Не є рівнянням сфери.
5.
Перевіримо, чи проходить площина, задана рівнянням 2х – Зу + z + 1 = 0
Через задані точки, для цього перевіримо, чи будуть виконуватися рівності:
1) A(0; 0; 0), 2 · 0 – 3 • 0 + 0 + 1 = 1, Отже, точка А не належить площині;
2) В(-1; 0; 1), 2 • (-1) – 3 • 0 + 1 + 1 = 2 + 2 = 0, значить, точка В належить площині;
3) С(0; 0; -1), 2 • 0 – 3 • 0 + (-1) + 1 = 0, отже, точка С належить площині.
6.
1) Запишемо рівняння кожної з координатних площин.
Рівняння площини хОу·. z = 0 (коефіцієнти a, b і d в рівнянні дорівнюють 0).
Рівняння площини хОz: у = 0 (коефіцієнти а, с і d в рівнянні дорівнюють 0).
Рівняння площини уОz х = 0, (коефіцієнти b, с і d в рівнянні дорівнюють 0).
2) Запишемо системи рівнянь, які відповідають прямим, що містять осі координат.
Пряма, що містить ось Ох, – пряма перетину площин хОу і хОz.
Вона задається системою:
Пряма, що містить ось Оу, – пряма перетину площин хОу і уОz.
Вона задається системою:
Пряма, що містить ось Оz, – пряма перетину площин хОz і уОz.
Вона задається системою:
7.
1) Рівняння площини ах + by + сz + d = 0.
Якщо площина містить вісь Ох, то а = d = 0. Це, наприклад, площина 2у – 5z = 0.
2) Рівняння площини ах + by + сz + d = 0.
Якщо площина містить вісь Оу, то b = d = 0, Це, наприклад, площина 2х – 7z = 0.
3) Рівняння площини ах + by + cz + d = 0.
Якщо площина містить вісь Оz, то с = d = 0. Це, наприклад, площина 5х – 8у = 0.
8.
Рівняння площини ах + by + сz + d = 0.
Оскільки вона паралельна осі Ох і осі Оу, то а = 0, b = 0.
А щоб вона була відділена від осей Ох і Оу на 1, треба щоб с = 1, d = -1.
Рівняння площини буде мати вигляд: 2 = 1.
9.
1) Знайдемо координати точки перетину з віссю Ох. В цьому випадку у = 0; z = 0. Маємо: Зх – 3 • 0 + 2 • 0 – 1 = 0; Точка перетину
Знайдемо координати точки перетину з віссю Оу. В цьому випадку х = 0; z = 0.
Маємо: 3 • 0 – Зy + 2 · 0 – 1 = 0; у = . Точка перетину
Знайдемо координати точки перетину з віссю Оz. В цьому випадку х = 0; у = 0.
Маємо: 3 • 0 – 3 • 0 + 2z – 1 = 0; Точка перетину
2) Знайдемо координати точки перетину з віссю Ох. В цьому випадку у = 0; z = 0.
Маємо: 2х – 3 • 0 + 0 + 1 = 0; Точка перетину
Знайдемо координати точки перетину з віссю Оу. В цьому випадку х = 0; z =.0.
Маємо: 2 · 0 – Зу + 0 + 1 = 0; Точка перетину
Знайдемо координати точки перетину з віссю Оz. В цьому випадку х = 0; у = 0.
Маємо: 2 – 0 – 3 · 0 + z ≠ 1 = 0. z = -1. Точка перетину (0; 0; -1).
10.
1) z = 0 – це площина хОу.
2) у = 1. Це площина паралельна площині хОz і відділена від неї на 1 од.
3) z = -2. Це площина паралельна площині хОу і віддалена від неї на 2 од. вниз.
4) x = 3. Це площина паралельна площині уОz і віддалена від неї на 3 од.
5) Площина х + у = 0 містить вісь Оz та проходить через пряму у = – x,
Яка лежить в площині хОу.
6) Площина x + z + 1 = 0 паралельна осі Оу та проходить через
Пряму z = – х – 1, яка лежить в площині хОz.
7) Площина х + у + z = 1. Знайдемо точки перетину з осями:
Ох: у = 0; z = 0; x = 1; Оy: x = 0; y = 1; z = 0; Оz: x = 0; y = 0; z = 1.
За цими трьома точками побудуємо площину.
11.
1) Рівняння площини хОу: z = 0. Рівняння площин, паралельних хОу і
Віддалених від неї на 2: z = 2; z = -2.
2) Рівняння площини уОz: х = 0. Рівняння площин, паралельних yOz і
Віддалених від неї на 3: х = 3; x = -3.
3) Рівняння площини xОz: у = 0. Рівняння площин, паралельних xOz і
Віддалених від неї на 1: у = 1; у = -1.
12.
1) Площина перпендикулярна до осі Ох, отже паралельна осям Оz і Оу,
А отже в рівнянні площини коефіцієнти b = 0, с = 0.
Рівняння буде мати вигляд x + d = 0.
2) Площина перпендикулярна до осі Оу, отже паралельна осям Ох і Оz,
А отже в рівнянні площини коефіцієнти а і с дорівнюють 0.
Рівняння буде мати вигляд у + d = 0.
3) Площина перпендикулярна до осі Оz, отже паралельна осям Ох і Оу,
А отже в рівнянні площини коефіцієнти а = 0, b = 0.
Рівняння буде мати вигляд z + d = 0.
4) Площина перпендикулярна площині хОу, а отже паралельна осі Оz.
Коефіцієнт с = 0. Рівняння площини аx + by + d = 0.
5) Площина перпендикулярна площині уОz, а отже паралельна осі Оx.
Коефіцієнт а = 0. Рівняння площини by +cz + d = 0.
6) Площина перпендикулярна площині xОz, а отже паралельна осі Оу.
Коефіцієнт b = 0. Рівняння площини аx + сz + d = 0.
7) Площина перпендикулярна площині xОz, а отже паралельна осі Оу.
Коефіцієнт b = 0 в рівнянні. Площина перпендикулярна площині уОz,
А отже паралельна осі Оx. Коефіцієнт а = 0 в рівнянні.
Рівняння площини: z + d = 0.
13.
1) Точка К(0; 1; 0) належить осі Оу. Рівняння площини, перпендикулярної
Осі Оу, та яка проходить через точку К, має вигляд: у = 1.
Рівняння площини, перпендикулярної осі Оx, та яка проходить
Через точку К: x = 0. Рівняння площини, перпендикулярної осі Оz
Та яка проходить через точку К: z = 0.
2) Рівняння площини, перпендикулярної осі Оx, та яка проходить
Через точку М(2; 2; 2) x = 2.
Рівняння площини, перпендикулярної осі Оу, та яка проходить
Через точку М(2; 2; 2) у = 2.
Рівняння площини, перпендикулярної осі Оz, та яка проходить
Через точку М(2; 2; 2) z = 2.
3) Рівняння площини, перпендикулярної осі Ох, та яка проходить
Через точку H (4; 4; 0) x = 4,
Рівняння площини, перпендикулярної осі Оу, та яка проходить
Через точку H (4; 4; 0) у = 4.
Рівняння площини, перпендикулярної осі Оz, та яка проходить
Через точку H(4; 4; 0) z = 0.
14.
1) Нехай точка з координатами (х; у; z) належить площині.
Знайдемо відстані від неї до кінців відрізку, та прирівняємо їх
(оскільки площина рівновіддалена від відрізку).
Х2 + у2 + (z + З)2 = х2 + (у – 2)2 + z2;
Х2 + у2 + z2 + 6z + 9 = х2 + у2 – 4у + 4 + z2; 4у + 6z + 5 = 0 – рівняння площини.
2) Нехай точка з координатами (х; у; z) належить площині.
Знайдемо відстані від неї до кінців відрізку та прирівняємо їх
(оскільки площина рівновіддалена від відрізку).
(х – 1)2 + у2 + (z – 1)2 = х2 + (у – 1)2 + (z – 1)2;
(х – 1)2 + у2 + (z – 1)2 – x2 – (у – 1)2 – (z – 1)2 = 0;
(х – 1)2 + у2 – х2 – (у – 1)2 = 0; х2 – 2х + 1 + у2 – х2 – у2 + 2у – 1 = 0;
2у – 2х – 0; у – х = 0 – рівняння площини.
3) Нехай точка з координатами (х; у; z) належить площині.
Знайдемо відстані від неї до кінців відрізку та прирівняємо їх
(оскільки площина рівновіддалена від відрізку).
(х – 1)2 + (у + 1)2 + (z + 3)2 = (х – 3)2 + (у – 2)2 + (z + 1)2;
Х2 – 2х + 1 + у2 + 2у + 1 + z2 + 6z + 9 = х2 – 6х + 9 + у2 – 4у + 4 + z2 + 2z + 1;
4х + 6у + 4z – 3 = 0 – рівняння площини.
15.
1) Оскільки система не має розв’язків, то площини не перетинаються.
2) Площина z = 1 – перпендикулярна осі Оz.
Площина х + у = 1 – паралельна осі Оz. Отже, площини перетинаються.
3) Площина х + у = 1 паралельна осі Оz. Площина у + z = -1 паралельна
Осі Ох. Ох перпендикулярна Оz. Площини х + у = -1 та у + z = -1 перетинаються.
16.
1) Рівняння площини, що перетинає координатні осі в точках А(1; 0; 0), В(0; 1;.0),
С(0; 0; 1), має вигляд: х + у + z = 1.
2) Рівняння площини, що перетинає координатні осі в точках A(2; 0; 0), B(0; 3; 0),
С(0; 0; -1), має вигляд: 3х + 2у – 6z = 6.
17.
Рівняння площини, що містить грань ABCD: z = 0.
Рівняння площини, що містить грань BB1D1D: у = 0.
Рівняння площини, що містить грань ВВ1C1C: х = 0.
Рівняння площини, що містить грань A1B1C1D1: z = 2.
Рівняння площини, що містить грань AA1C1C: у = 1.
Рівняння площини, що містить грань AA1D1D: х = -1.
18.
Ось Ох – пряма перетину площин хОz та хОу.
Рівняння прямої, що містить ось Ох:
Ось Оу – пряма перетину площин хОу та уОz.
Рівняння прямої, що містить ось Оу:
Ось Оz – пряма перетину площини хОz та уОz.
Рівняння прямої, що містить ось Оz:
19.
1) Запишемо рівняння прямої перпендикулярної до площини уОz.
Візьмемо площини паралельні площинам хОz та хОу: у = a, z = b.
Тоді рівняння прямої перпендикулярної до площини
Запишемо рівняння прямої перпендикулярної до площини хОу.
Візьмемо площини паралельні площинам xOz та уОz.
Тоді рівняння прямої перпендикулярної до хОу:
Запишемо рівняння прямої перпендикулярної до площини xOz.
Візьмемо площини паралельні площинам хОу і уОz: х = α, z = b.
Тоді рівняння прямої перпендикулярної до хОу:
2) Ось Ох перпендикулярна осі Оу.
Запишемо рівняння прямої, яка паралельна осі Оу і перетинає вісь Ох.
Рівняння прямої, що містить ось Оу:
Щоб паралельна пряма перетинала ось Ох та відрізнялася від прямої,
Що містить ось Оу, вона має бути такою:
3) Осям Ох і Оу перпендикулярна ось Oz.
Запишемо рівняння будь-якої прямої паралельної осі Oz
І яка відрізняється від неї:
20.
1)
Розв’яжемо систему:
Точки, які належать прямій, мають вигляд: (х; 2х – 1; Зх – 2).
Візьмемо x = 1, отримаємо точку (1; 1; 1).
2) Розв’яжемо систему:
Точки, які належать прямій, мають вигляд: (х; 1 – Зх; 4 – 7х).
Візьмемо х = 0, отримаємо точку (0; 1; 4).
21.
1) – пряма паралельна осі Oz. – пряма паралельна осі Ох.
Прямі, які містять координатні вісі Ох і Oz, перпендикулярні,
Отже прямі, що задані рівняннями – мимобіжні.
2) Об’єднаємо дві системи в одну і розв’яжемо:
Отже, прямі перетинаються в точці (0; 1; 1).
22 .
1) і х – у = 1. Об’єднаємо в систему:
Система розв’язків не має, отже пряма і площина не перетинаються,
А отже, вони паралельні.
2) і у = 3. Розв’яжемо систему:
Отже площина і пряма перетинаються в точці (-2; 3; 1).
23.
1) Розв’яжемо систему:
Точки, що належать прямій, мають вигляд: (2у + 3; у; 3у + 5).
Візьмемо у = 0, отримаємо точку (3; 0; 5).
2)
Розв’яжемо систему:
Точки, що належать прямій, мають вигляд:
Візьмемо х = 1, отримаємо точку (1; -1; -5).
24.
1) Точки А(0; 0; 0), В(0; 0; -2), С(0; 0; 2) лежать на осі Оz,
Отже лежать на прямій, що містить ось Оz.
2) Точки А, В, С рівновіддалені від площини хОу на 1.
Точки А, В, С рівновіддалені від площини хОу на 1.
Отже вони лежать на прямій
3) Запишемо рівняння прямої АС і перевіримо, чи належить їй точка В.
Підставимо координати точки В в це рівняння: 1 ≠ 4 ≠ 3.
Рівність не виконується, отже точки не лежать на одній прямій.
4) Запишемо рівняння прямої АС та перевіримо, чи належить їй точка В.
Підставимо координати точки В а це рівняння:
Рівність не виконується, точки не лежать на одній прямій.
5) Запишемо рівняння прямої АС та перевіримо, чи належить їй точка В.
Підставимо координати точки В в це рівняння:
Рівність не виконується, точки не лежать на одній прямій.
25.
1) Розв’яжемо систему:
Пряма і площина перетинаються в точці (-3; -3; -4).
2) Розв’яжемо систему:
Пряма і площина перетинаються в точці (-3; 3; 1).
26.
1) Розв’яжемо систему:
Розв’яжемо рівняння:
4×2 + 4×2 + 16x + 16 + x2 – 2х + 4 – 80 = 0; 9×2 + 14x – 60 = 0;
D = 142 – 4 · 9 · (-60) = 196 + 2160 = 2356 > 0.
Отже рівняння і система мають розв’язок, а отже пряма і сфера перетинаються.
2) Розв’яжемо систему:
Розв’яжемо рівняння:
4×2 + x2 – 6x + 9 + 4×2 + 8x + 4 – 4 = 0; 9×2 + 2x + 9 = 0;
D = 22 – 4 • 9 • 9 = 4 – 324 = -320 < 0.
Рівняння розв’язків не має, отже і система розв’язків не має.
А отже пряма і сфера не перетинаються.
27.
Фігура F, яка задана рівнянням (x – 2)2 + (у + 2)2 + z2 = 1,
Є сфера з центром в точці (2; -2; 0) і радіуса 1.
1) Найближчою точкою фігури F до початку координат є
Точка А перетину прямої O1O зі сферою.
Або або
Отже, пряма О1О має зі сферою дві спільні точки: і
Знайдемо відстані цих точок до початку координат:
Отже,
2) Найвіддаленішою точкою від початку координат
Є точка
3) Найближчою до координатної площини хОу є точка (2; -1; 0),
До координатної площини уОz є точка (1; -2; 0),
До координатної площини хОу є точки кола
4) Найвіддаленішою точкою фігури F від площини xOz є точка (2; -3; 0);
Від площини уОz є точка (3; -2; 0); від площини хОу є точки (2; -2; 1) і (2; -2; -1).
5) Найближчою точкою фігури F від координатної осі Ох
Є точка (2; -1; 0), від координатної осі Оу є точка (1; -2; 0),
Від координатної осі Ог є точка
6) Найвіддаленішою точкою фігури F від координатної осі Ох
Є точка (2; -3; 0); від координатної осі Оу є точка (3; -2; 0);
Від координатної осі Оz є точка
7) 8). Знайдемо точки перетину даної сфери і прямої МО1, де М(2; 2; 2).
Або
Отже, маємо дві точки перетину:
Найближчою точкою є точка а найвіддаленішою
28.
1) Підставимо х = 1 в рівняння фігури F: 1 + у + z = 5. у + 2 = 4 –
Пряма розташована в площині уОz.
2) Підставимо x = 1 в рівняння фігури F: 12 + у2 + z2 = 5. у2 + z2 = 4 –
Рівняння кола, розташованого в площині уОz з центром (0; 0) та радіусом 1.
3) Підставимо х = 1 в рівняння фігури F: yz = 5. – рівняння гіперболи.
4) Підставимо х = 1 в рівняння фігури F: у2 = z – рівняння параболи.
29.
1) Підставимо у = 1 в рівняння фігури F: х + 1 + z = 5. х + z = 4 –
Рівняння прямої. Перетин є прямою.
2) Підставимо у = їв рівняння фігури F: х2 + 1 + z2= 5. x2 + z2 = 4 –
Рівняння кола. Перетин є колом.
3) Підставимо y = 1 в рівняння фігури F: хz = 5. – рівняння параболи.
Перетин є параболою.
4) Підставимо у = 1 в рівняння фігури F: zx = 1. – рівняння параболи.
Перетин є параболою.
30.
1) Знайдемо точку перетину прямої і площини х + у – z = 2.
Отже, шукана точка і вона віддалена від початку координат на відстані:
Відповідь:
2) Найближчою точкою даної фігури до початку координат є точка (5; 25; 5), яка віддалена від початку координат на відстані
Відповідь:
3) Відстань від початку координат до фігури дорівнює відстані від початку координат
До точки (1; 0; 1), тобто
Відповідь:
4) Відстань від початку координат до фігури дорівнює ОА, де А – середина відрізка ВС:
Відповідь:
5) Знайдемо точку перетину сфери (х – 1)2 + (у – 1)2 + (z – 1)2 = 2 та прямої
Або
І тоді шукана відстань дорівнює:
Відповідь:
6) Відстань від початку координат до фігури дорівнює відстані О А. ОА = 1.
Відповідь: 1.