题目
4.一平面经过直线(即直线在平面上) l: (x+5)/(3)=(y-2)/(1)=(z)/(4),且垂直于平面x+y-z+15=0,求该平面的方程.
4.一平面经过直线(即直线在平面上) $l: \frac{x+5}{3}=\frac{y-2}{1}=\frac{z}{4}$,且垂直于平面x+y-z+15=0,
求该平面的方程.
题目解答
答案
直线 $ l: \frac{x+5}{3} = \frac{y-2}{1} = \frac{z}{4} $ 的方向向量为 $ \overrightarrow{s} = (3, 1, 4) $。已知平面 $ x + y - z + 15 = 0 $ 的法向量为 $ \overrightarrow{n_1} = (1, 1, -1) $。
所求平面的法向量 $ \overrightarrow{n} $ 应与 $ \overrightarrow{s} $ 和 $ \overrightarrow{n_1} $ 垂直,计算向量积:
\[
\overrightarrow{n} = \overrightarrow{s} \times \overrightarrow{n_1} = (-5, 7, 2)
\]
直线过点 $ (-5, 2, 0) $,代入点法式方程:
\[
-5(x + 5) + 7(y - 2) + 2z = 0 \implies 5x - 7y - 2z + 39 = 0
\]
**答案:**
\[
\boxed{5x - 7y - 2z + 39 = 0}
\]
解析
考查要点:本题主要考查平面方程的求解,涉及直线的方向向量、平面法向量的性质,以及向量叉乘的应用。
解题核心思路:
- 确定所求平面的法向量:由于所求平面需同时垂直于已知平面(法向量点积为0)且包含给定直线(法向量与直线方向向量垂直),因此法向量应为两已知向量的叉乘结果。
- 利用直线上一点代入点法式方程:通过直线上的已知点,代入法向量即可确定平面方程。
破题关键点:
- 直线方向向量:由直线方程直接读取。
- 已知平面法向量:由平面方程系数直接得出。
- 叉乘求法向量:通过方向向量与已知法向量的叉乘得到所求平面的法向量。
步骤1:确定直线方向向量与已知平面法向量
- 直线 $l$ 的方向向量 $\overrightarrow{s} = (3, 1, 4)$。
- 已知平面 $x + y - z + 15 = 0$ 的法向量 $\overrightarrow{n_1} = (1, 1, -1)$。
步骤2:计算所求平面的法向量
所求平面的法向量 $\overrightarrow{n}$ 需同时垂直于 $\overrightarrow{s}$ 和 $\overrightarrow{n_1}$,因此通过向量叉乘计算:
$\overrightarrow{n} = \overrightarrow{s} \times \overrightarrow{n_1} =
\begin{vmatrix}\mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\3 & 1 & 4 \\1 & 1 & -1\end{vmatrix} = (-5, 7, 2)$
步骤3:代入点法式方程
直线 $l$ 过点 $(-5, 2, 0)$,代入点法式方程:
$-5(x + 5) + 7(y - 2) + 2z = 0$
展开并整理得:
$5x - 7y - 2z + 39 = 0$