Сформулировать определение скрещивающихся прямых
2. Начертите куб ABCDA,B,C,D, Запишите по две пары:
а) пересекающихся прямых б) параллельных прямых в) скрещивающихся прямых.
D
N
K
M
B
C
3.. Прямая CD проходит через вершину треугольника АВС и не
лежит в плоскости АВС. Докажите, что прямые CD и АВ-скрещивающиеся.
4. Точка D не лежит в плоскости треугольника АВС, точки М, №, Р-середины отрезков DA, DB и DC соответственно, точка К лежит на отрезке ВП.
Выясните взаимное расположение прямых.
1) ND и АВ
2) КП и АС.
3) МП и АВ.
Определение
Скрещивающиеся прямые — две прямые в евклидовом трёхмерном пространстве, которые не лежат в одной плоскости и не пересекаются. Эквивалентно: две прямые, которые не параллельны и не имеют точек пересечения; между ними существует единственная прямая, перпендикулярная обеим (общий перпендикуляр).
Как понять и проверить
- Пусть две прямые заданы в параметрической форме:
- l1: r = a + t u
- l2: r = b + s v
где a, b — точки на прямых, u, v — их направляющие векторы, t, s — параметры.
- Проверить пересечение:
Найти t и s такие, что a + t u = b + s v. Если решения нет, прямые не пересекаются.
- Проверить параллельность:
Прямые параллельны тогда, когда их направляющие векторы коллинеарны: u = λ v (или их векторное произведение u × v равно нулю).
- Скрещивающиеся (скрещивающиеся) прямые возникают, если они не пересекаются и не параллельны, то есть не лежат в одной плоскости, и у них разные направления.
- Свойство: между скрещивающимися прямыми существует уникальная общая перпендикулярная прямая (общий перпендикуляр). Ее конец на l1 — точка P, на l2 — точка Q; отрезок PQ перпендикулярен обеим прямым.
Пошаговый метод нахождения общей перпендикулярной прямой
- Пусть l1: a + t u, l2: b + s v.
- Найти t, s так, чтобы вектор (a + t u) − (b + s v) был перпендикулярен как u, так и v:
(a − b + t u − s v) · u = 0
(a − b + t u − s v) · v = 0
- Решив эту систему линейных уравнений по t и s, получить точки:
P = a + t u на l1 и Q = b + s v на l2.
- Отрезок PQ и есть общий перпендикуляр.
Пример (коротко)
Пусть l1: r = (0,0,0) + t(1,0,0) и l2: r = (0,1,1) + s(0,1,0).
- Решаем пересечение: (t,0,0) = (0,1+s,1) невозможно, значит они не пересекаются.
- Умножение направляющих: u × v = (1,0,0) × (0,1,0) = (0,0,1) ≠ 0, значит они не параллельны.
- Значит они скрещивающиеся.
- Общий перпендикуляр найдём из условий:
(a − b + t u − s v) · u = 0 и (a − b + t u − s v) · v = 0, где a = (0,0,0), b = (0,1,1), u = (1,0,0), v = (0,1,0).
Решение даёт t = 0, s = −1, так что P = (0,0,0), Q = (0,0,1). PQ перпендикулярен обеим прямым.
Ключевые различия
- Пересекающиеся прямые: имеют общую точку.
- Параллельные прямые: не пересекаются и лежат в одной плоскости.
- Скрещивающиеся прямые: не пересекаются и не лежат в одной плоскости (не параллельны), существуют в разных плоскостях; между ними — единственный общий перпендикуляр.
Если нужно, могу привести ещё примеры с конкретными числами и показать полный вычислительный процесс нахождения общего перпендикуляра.