设直线 L_(1): (x-1)/(1) = (y-5)/(-2) = (z+8)/(1), L_(2): } x-y-6=0 2y+z-3=0 的夹角为 ( ).A. (pi)/(6)B. (pi)/(4)C. (pi)/(3)D. (pi)/(2)
设直线 $L_{1}: \frac{x-1}{1} = \frac{y-5}{-2} = \frac{z+8}{1}$, $L_{2}: \begin{cases} x-y-6=0 \\ 2y+z-3=0 \end{cases}$, 则直线 $L_{1}, L_{2}$ 的夹角为 ( ). A. $\frac{\pi}{6}$ B. $\frac{\pi}{4}$ C. $\frac{\pi}{3}$ D. $\frac{\pi}{2}$
题目解答
答案
我们来解决这个题目,题目是求两条直线 $ L_1 $ 和 $ L_2 $ 的夹角。
第一步:理解题意
我们有两条直线:
-
$ L_1 $:用对称式表示为
$\frac{x-1}{1} = \frac{y-5}{-2} = \frac{z+8}{1}$
这是直线的标准对称式,表示该直线经过点 $ (1, 5, -8) $,方向向量为
$\vec{v}_1 = \langle 1, -2, 1 \rangle$ -
$ L_2 $:用两个平面方程联立表示为
$\begin{cases} x - y - 6 = 0 \\ 2y + z - 3 = 0 \end{cases}$
这表示 $ L_2 $ 是两个平面的交线,我们可以通过求这两个平面的法向量的叉积来得到直线的方向向量。
第二步:求 $ L_2 $ 的方向向量
设平面1的法向量为 $ \vec{n}_1 = \langle 1, -1, 0 \rangle $,
平面2的法向量为 $ \vec{n}_2 = \langle 0, 2, 1 \rangle $。
那么直线 $ L_2 $ 的方向向量为:
$\vec{v}_2 = \vec{n}_1 \times \vec{n}_2$
我们来计算叉积:
$\vec{v}_2 = \begin{vmatrix}\mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\1 & -1 & 0 \\0 & 2 & 1\end{vmatrix} = \mathbf{i}((-1)(1) - (0)(2)) - \mathbf{j}((1)(1) - (0)(0)) + \mathbf{k}((1)(2) - (-1)(0))$
$= \mathbf{i}(-1) - \mathbf{j}(1) + \mathbf{k}(2) = \langle -1, -1, 2 \rangle$
所以 $ \vec{v}_2 = \langle -1, -1, 2 \rangle $
第三步:求两条直线的夹角
设两条直线的夹角为 $ \theta $,则有:
$\cos\theta = \frac{|\vec{v}_1 \cdot \vec{v}_2|}{$\vec{v}_1$ \cdot $\vec{v}_2$}$
先计算点积:
$\vec{v}_1 \cdot \vec{v}_2 = 1 \cdot (-1) + (-2) \cdot (-1) + 1 \cdot 2 = -1 + 2 + 2 = 3$
计算模长:
$$\vec{v}_1$ = \sqrt{1^2 + (-2)^2 + 1^2} = \sqrt{1 + 4 + 1} = \sqrt{6}$
$$\vec{v}_2$ = \sqrt{(-1)^2 + (-1)^2 + 2^2} = \sqrt{1 + 1 + 4} = \sqrt{6}$
所以:
$\cos\theta = \frac{|3|}{\sqrt{6} \cdot \sqrt{6}} = \frac{3}{6} = \frac{1}{2}$
因此:
$\theta = \cos^{-1}\left( \frac{1}{2} \right) = \frac{\pi}{3}$
最终答案:
$\boxed{\text{C. } \frac{\pi}{3}}$