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一条直线两个方程式怎么求方向向量

2025-11-05 19:29:18

问题描述:

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2025-11-05 19:29:18

一条直线两个方程式怎么求方向向量】在解析几何中,当已知一条直线由两个方程表示时,我们可以通过这两个方程来求出该直线的方向向量。这种问题常见于三维空间中的直线表示方式,例如通过两个平面方程的交线来确定直线的方向。

一、

当一条直线由两个平面方程组成时,我们可以将这两个方程联立,从而得到直线的方程。此时,为了找到这条直线的方向向量,可以利用两个平面的法向量进行叉乘运算。因为直线是两个平面的交线,其方向向量应该垂直于两个平面的法向量,因此方向向量就是两个法向量的叉积结果。

具体步骤如下:

1. 写出两个平面的方程:如 $ A_1x + B_1y + C_1z = D_1 $ 和 $ A_2x + B_2y + C_2z = D_2 $。

2. 提取两个平面的法向量:分别为 $ \vec{n}_1 = (A_1, B_1, C_1) $ 和 $ \vec{n}_2 = (A_2, B_2, C_2) $。

3. 计算两个法向量的叉积:$ \vec{v} = \vec{n}_1 \times \vec{n}_2 $,这个结果就是直线的方向向量。

4. 简化方向向量(可选):如果需要,可以对方向向量进行归一化或整数化处理。

二、表格展示

步骤 内容说明
1 写出两个平面方程:$ A_1x + B_1y + C_1z = D_1 $ 和 $ A_2x + B_2y + C_2z = D_2 $
2 提取法向量:$ \vec{n}_1 = (A_1, B_1, C_1) $,$ \vec{n}_2 = (A_2, B_2, C_2) $
3 计算方向向量:$ \vec{v} = \vec{n}_1 \times \vec{n}_2 $
4 方向向量公式:$ \vec{v} = (B_1C_2 - B_2C_1, C_1A_2 - C_2A_1, A_1B_2 - A_2B_1) $
5 可选操作:对方向向量进行简化或单位化

三、示例

假设两条平面方程为:

- $ x + y + z = 1 $

- $ 2x - y + z = 3 $

对应的法向量为:

- $ \vec{n}_1 = (1, 1, 1) $

- $ \vec{n}_2 = (2, -1, 1) $

计算方向向量:

$$

\vec{v} = \vec{n}_1 \times \vec{n}_2 =

\begin{vmatrix}

\mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\

1 & 1 & 1 \\

2 & -1 & 1 \\

\end{vmatrix}

= \mathbf{i}(1 \cdot 1 - 1 \cdot (-1)) - \mathbf{j}(1 \cdot 1 - 1 \cdot 2) + \mathbf{k}(1 \cdot (-1) - 1 \cdot 2)

$$

$$

= \mathbf{i}(1 + 1) - \mathbf{j}(1 - 2) + \mathbf{k}(-1 - 2) = 2\mathbf{i} + \mathbf{j} - 3\mathbf{k}

$$

所以方向向量为 $ (2, 1, -3) $。

通过这种方式,我们可以准确地从两个平面方程中求出直线的方向向量,适用于各种数学和工程应用。

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