题目
【题目】一平面通过两点 M_1(1,1,1) 和 M_2(0,1,-1) 且垂直于平面x+y+z=0,求它的方程.
【题目】一平面通过两点 M_1(1,1,1) 和 M_2(0,1,-1) 且垂直于平面x+y+z=0,求它的方程.
题目解答
答案
【解析】解设所求平面的一个法线向量为n=(A,B,C).因M1M2=(-1,0,-2)在所求平面上,它必与n垂直,所以有-A-2C=0.(7)又因所求的平面垂直于已知平面x+y+z=0,所以又有A+B+C=0.(8)由(7)、(8)得到A=-2C,B=C.由平面的点法式方程可知,所求平面方程为A(x-1)+B(y-1)+C(z-1)=0.将A=-2C及B=C代人上式,并约去C(C≠0),便得-2(x-1)+(y-1)+(z-1)=0,或2x-y-z=0.这就是所求的平面方程
解析
考查要点:本题主要考查平面方程的求解,涉及平面法向量的确定、向量垂直的条件以及平面方程的点法式。
解题核心思路:
- 确定法向量:利用已知平面垂直的条件,得到法向量需满足的方程;利用两点确定的方向向量与法向量垂直,得到另一个方程。
- 联立方程求解:通过联立方程确定法向量的参数关系,进而写出平面方程。
- 验证答案:代入已知点和垂直条件确认结果正确性。
破题关键点:
- 法向量与已知平面法向量垂直:两平面垂直时,法向量点积为0。
- 方向向量与法向量垂直:两点确定的方向向量在平面上,故与法向量垂直。
步骤1:设法向量并建立方程
设所求平面法向量为 $\mathbf{n} = (A, B, C)$。
-
垂直于已知平面:
已知平面 $x + y + z = 0$ 的法向量为 $(1, 1, 1)$,两平面垂直,故法向量点积为0:
$A \cdot 1 + B \cdot 1 + C \cdot 1 = 0 \quad \Rightarrow \quad A + B + C = 0 \quad \text{(方程1)}$ -
方向向量与法向量垂直:
两点 $M_1(1,1,1)$ 和 $M_2(0,1,-1)$ 确定的方向向量为 $\overrightarrow{M_1M_2} = (-1, 0, -2)$,该向量在平面上,故与法向量垂直:
$A \cdot (-1) + B \cdot 0 + C \cdot (-2) = 0 \quad \Rightarrow \quad -A - 2C = 0 \quad \text{(方程2)}$
步骤2:联立方程求解法向量
联立方程1和方程2:
- 由方程2得 $A = -2C$。
- 将 $A = -2C$ 代入方程1:
$-2C + B + C = 0 \quad \Rightarrow \quad B = C$ - 法向量可表示为 $\mathbf{n} = (-2C, C, C)$($C \neq 0$)。
步骤3:写出平面方程
取点 $M_1(1,1,1)$,代入点法式方程:
$-2C(x - 1) + C(y - 1) + C(z - 1) = 0$
约去 $C$($C \neq 0$)得:
$-2(x - 1) + (y - 1) + (z - 1) = 0$
展开整理:
$-2x + 2 + y - 1 + z - 1 = 0 \quad \Rightarrow \quad 2x - y - z = 0$