求过平面 _(1):2x-3y-z+1=0 与平面 _(2):x+y+z=0 的交线且与π2垂直的-|||-平面的方程.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查平面交线的方向向量求法、平面法向量的确定,以及两平面垂直的条件。
解题核心思路:
- 确定交线方向向量:两平面的法向量叉乘即为交线方向向量。
- 确定所求平面法向量:所求平面需与给定平面垂直,故法向量需满足点积为零;同时,法向量需垂直于交线方向向量。
- 利用平面束方程:过交线的所有平面可表示为原两平面的线性组合,通过垂直条件确定参数。
解法一:法向量叉乘法
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求交线方向向量:
平面 $T_1$ 法向量 $\overrightarrow{n}_1 = (2, -3, -1)$,平面 $\pi_2$ 法向量 $\overrightarrow{n}_2 = (1, 1, 1)$。
交线方向向量 $\overrightarrow{m} = \overrightarrow{n}_1 \times \overrightarrow{n}_2 = (-2, -3, 5)$。 -
求所求平面法向量:
所求平面需与 $\pi_2$ 垂直,故法向量 $\overrightarrow{n}$ 需同时垂直于 $\overrightarrow{m}$ 和 $\overrightarrow{n}_2$,即:
$\overrightarrow{n} = \overrightarrow{m} \times \overrightarrow{n}_2 = (-8, 7, 1).$ -
确定平面上的点:
在交线上取点 $(0, \frac{1}{2}, -\frac{1}{2})$(令 $x=0$,解联立方程组)。 -
写平面方程:
代入点法式方程:
$-8(x-0) + 7\left(y - \frac{1}{2}\right) + (z + \frac{1}{2}) = 0,$
整理得:
$8x - 7y - z + 3 = 0.$
解法二:平面束方程法
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设平面束方程:
过交线的平面可表示为:
$(2x - 3y - z + 1) + \lambda(x + y + z) = 0,$
整理为:
$(2 + \lambda)x + (\lambda - 3)y + (\lambda - 1)z + 1 = 0.$ -
垂直条件:
所求平面与 $\pi_2$ 垂直,故法向量点积为零:
$(2 + \lambda) + (\lambda - 3) + (\lambda - 1) = 0,$
解得 $\lambda = \frac{2}{3}$。 -
代入求方程:
代入 $\lambda = \frac{2}{3}$,整理得:
$8x - 7y - z + 3 = 0.$