题目
8.已知直线L过点M_(0)(-1,0,4)且与直线L_(1):{}x+2y-z=0,x+2y+2z+4=0.垂直,又与平面pi:3x-4y+z-10=0平行,求直线L的方程.
8.已知直线L过点$M_{0}$(-1,0,4)且与直线$L_{1}$:$\left\{\begin{matrix}x+2y-z=0,\\x+2y+2z+4=0\end{matrix}\right.$垂直,又与平面$\pi$:3x-4y+z-10=0平行,求直线L的方程.
题目解答
答案
- 求直线 $L_1$ 的方向向量 两平面的法向量为 $\mathbf{n}_1 = (1, 2, -1)$ 和 $\mathbf{n}_2 = (1, 2, 2)$, 叉积得 $\mathbf{s}_1 = \mathbf{n}_1 \times \mathbf{n}_2 = (6, -3, 0)$。 2. 求平面 $\pi$ 的法向量 $\mathbf{n} = (3, -4, 1)$。 3. 求直线 $L$ 的方向向量 $\mathbf{s} = \mathbf{s}_1 \times \mathbf{n} = (-3, -6, -15)$,可简化为 $(1, 2, 5)$。 4. 写出直线 $L$ 的方程 过点 $M_0(-1, 0, 4)$,方向向量为 $(1, 2, 5)$, 故方程为 $\boxed{\frac{x + 1}{1} = \frac{y}{2} = \frac{z - 4}{5}}$。
解析
本题考查直线方程的求解,关键在于根据直线与直线垂直、直线与平面平行的条件求出直线$L$的方向向量,再结合直线所过的点写出直线方程。具体步骤如下:
- 求直线$L_1$的方向向量$\mathbf{s}_1$:
- 已知直线$L_1$由两平面$\left\{\begin{matrix}x + 2y - z = 0\\x + 2y + 2z + 4 = 0\end{matrix}\right.$相交而成,两平面的法向量分别为$\mathbf{n}_1=(1, 2, -1)$和$\mathbf{n}_2=(1, 2, 2)$。
- 根据向量叉积的性质,直线$L_1$的方向向量$\mathbf{s}_1$等于两平面法向量的叉积,即$\mathbf{s}_1 = \mathbf{n}_1\times\mathbf{n}_2$。
- 设$\mathbf{s}_1=(x,y,z)$,根据向量叉积公式$\mathbf{a}=(a_1,a_2,a_3)$,$\mathbf{b}=(b_1,b_2,b_3)$,$\mathbf{a}\times\mathbf{b}=\begin{vmatrix}\mathbf{i}&\mathbf{j}&\mathbf{k}\\a_1&a_2&a_3\\b_1&b_2&b_3\end{vmatrix}=\mathbf{i}(a_2b_3 - a_3b_2)-\mathbf{j}(a_1b_3 - a_3b_1)+\mathbf{k}(a_1b_2 - a_2b_1)$,可得:
$\mathbf{s}_1=\begin{vmatrix}\mathbf{i}&\mathbf{j}&\mathbf{k}\\1&2&-1\\1&2&2\end{vmatrix}=\mathbf{i}(2\times2 - (-1)\times2)-\mathbf{j}(1\times2 - (-1)\times1)+\mathbf{k}(1\times2 - 2\times1)$
$=\mathbf{i}(4 + 2)-\mathbf{j}(2 + 1)+\mathbf{k}(2 - 2)=6\mathbf{i}-3\mathbf{j}+0\mathbf{k}=(6, -3, 0)$
- 求平面$\pi$的法向量$\mathbf{n}$:
- 对于平面$\pi:3x - 4y + z - 10 = 0$,其法向量$\mathbf{n}=(3, -4, 1)$。
- 求直线$L$的方向向量$\mathbf{s}$:
- 因为直线$L$与直线$L_1$垂直且与平面$\pi$平行,所以直线$L$的方向向量$\mathbf{s}$既垂直于$\mathbf{s}_1$又垂直于$\mathbf{n}$,则$\mathbf{s}=\mathbf{s}_1\times\mathbf{n}$。
- 设$\mathbf{s}=(x_1,y_1,z_1)$,同样根据向量叉积公式可得:
$\mathbf{s}=\begin{vmatrix}\mathbf{i}&\mathbf{j}&\mathbf{k}\\6&-3&0\\3&-4&1\end{vmatrix}=\mathbf{i}((-3)\times1 - 0\times(-4))-\mathbf{j}(6\times1 - 0\times3)+\mathbf{k}(6\times(-4) - (-3)\times3)$
$=\mathbf{i}(-3 - 0)-\mathbf{j}(6 - 0)+\mathbf{k}(-24 + 9)=-3\mathbf{i}-6\mathbf{j}-15\mathbf{k}=(-3, -6, -15)$ - 为了简化计算,可将方向向量$\mathbf{s}$化为$(1, 2, 5)$(因为方向向量的非零倍数仍为方向向量)。
- 写出直线$L$的方程:
- 已知直线$L$过点$M_0(-1, 0, 4)$,方向向量为$(1, 2, 5)$。
- 根据直线的对称式方程$\frac{x - x_0}{m}=\frac{y - y_0}{n}=\frac{z - z_0}{p}$(其中$(x_0,y_0,z_0)$为直线上一点,$(m,n,p)$为直线的方向向量),可得直线$L$的方程为$\frac{x + 1}{1}=\frac{y - 0}{2}=\frac{z - 4}{5}$,即$\frac{x + 1}{1}=\frac{y}{2}=\frac{z - 4}{5}$。