【微积分基础(23)】直线的进一步认识及其应用(2.直线与直线、与平面的夹角) |
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上一期我们讨论了直线的三种方程,即: 点向式方程(对称式方程)、参数方程和一般方程。 和平面几乎同样的,我们这一期讲有关直线的夹角——主要分为直线与平面的夹角、直线与直线的夹角。 直线与直线的夹角先给出定义吧: 两直线方向向量的夹角叫做两直线的夹角。 我们知道,在空间中,两直线的位置关系有:异面、相交和平行。从两直线的夹角的定义来看,两直线的夹角的有无,与这两直线是否相交没有任何必然联系,也就是说空间中两直线如果垂直也不一定相交,因为垂直是定义为夹角为π/2。为什么两直线不相交也会有夹角呢? 我们回到两直线夹角的定义:两直线方向向量的夹角叫做两直线的夹角。 夹角建立在直线的方向向量上,也就是说,直线的平移不影响夹角的大小,而这个现象的本质是,我们讨论的向量一般是自由向量(简单地说就是起点在哪里,不影响向量本身,因为判定两个自由向量相等只需要满足——模相等、方向相同)。 在之前我们讲平面夹角(上一期的上一期)时,我们已经讲了已知两个向量,如何求夹角,以及它的公式。为了大家方便(不用再往前翻上上一期了~),我把它摘取了过来: { θ=arccos[(a·b)/(|a||b|)] 关于这里的arccos,它是cos的反函数,简单地说,就是: 如果y=cos x,那么就有x=arccos y。(一般取反余弦函数的主值,因为反余弦函数是一个多值函数,比如说对于x=arccos y,我们取y=1,x就有多种(这里有无数种)取值,即2kπ(k为自然数),反三角函数都是多值函数(也是广义的函数),因为原函数都具有周期性) }(文章之后用到的反正弦和这个是差不多的) 注意,这里两直线夹角通常取直角或锐角,之后的各种角都是如此。 两直线夹角最重要的应用就是判定两直线的垂直与平行, 方向向量垂直(点积为0)是两条直线垂直的充要条件。 方向向量平行(三坐标对应成比例)是两条直线平行的充要条件。 翻译过来就是对于直线: L1:(x-x0)/a=(y-y0)/b=(z-z0)/c , L2:(x-x1)/m=(y-y1)/n=(z-z1)/p am+bn+cp=0 ⇔ L1⊥L2 a/m=b/n=c/p ⇔ L1 ∥ L2 直线与平面的夹角定义简单明了,我就直接给出啦~ 直线与平面的法线的夹角的余角称为直线与该平面的夹角。 平面与直线的夹角如何计算呢? 直线与平面的法线的夹角的余弦值可以求得,那么与之互余的角(即直线与平面的夹角)正弦值就等于此余弦值,再利用反正弦函数(arcsin x),得到公式如下: θ=arcsin [ ( n · s ) / ( |n | · | s | ) ] 那么,就可推得: L:(x-x0)/a=(y-y0)/b=(z-z0)/c , Π:(x-x1)m+(y-y1)n+(z-z1)p=0 am+bn+cp=0 ⇔ L ∥ Π a/m=b/n=c/p ⇔ L ⊥ Π 例题在下一期讲完平面束给出~ 谢谢您的阅读!喜欢可以点赞、关注、投币哦~5/2π鞠躬!!!! |
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