空间解析几何 / 空间直线与平面 / 常规计算与结论整理
直线$L : \frac{x - 1}{1} = \frac{y}{4} = \frac{z + 1}{- 1}$与平面方程$\pi : 2 x + 2 y + z - 1 = 0$相交.
(1)求直线$L$与平面$\pi$的夹角;
(2)求过直线$L$和平面$\pi$的交点,且与直线$L$垂直的平面方程.
(1)求直线$L$与平面$\pi$的夹角;
(2)求过直线$L$和平面$\pi$的交点,且与直线$L$垂直的平面方程.
正确答案
(1)直线$L$的方向向量$\overset{\rightarrow}{s} = \left\{1 , 4 , - 1\right\}$,平面$\pi$的法向量$\overset{\rightarrow}{n} = \left\{2 , 2 , 1\right\}$,
设$L$与$\pi$的夹角为$\theta \left(0 \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}\right)$,
则$\sin \theta = \frac{\left|\overset{\rightarrow}{s} \cdot \overset{\rightarrow}{n}\right|}{\left|\overset{\rightarrow}{s}\right| \left|\overset{\rightarrow}{n}\right|} = \frac{\left|1 \times 2 + 4 \times 2 + \left(- 1\right) \times 1\right|}{\cdot} = \frac{9}{\cdot} = \frac{}{2}$,所以$\theta = \frac{\pi}{4}$;
(2)设$\frac{x - 1}{1} = \frac{y}{4} = \frac{z + 1}{- 1} = t$,则直线$L$的参数式方程为$\left\{\right. x = t + 1 , \\ y = 4 t , \\ z = - t - 1 ,$
将其代入平面方程得$2 \left(t + 1\right) + 2 \times 4 t - t - 1 - 1 = 0$,解得$t = 0$,故交点为$\left(1 , 0 , - 1\right)$.
又所求平面与$L$垂直,则平面的法向量可取为$\left\{1 , 4 , - 1\right\}$,
故所求平面方程为$x - 1 + 4 y - \left(z + 1\right) = 0$,即$x + 4 y - z - 2 = 0$.
设$L$与$\pi$的夹角为$\theta \left(0 \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}\right)$,
则$\sin \theta = \frac{\left|\overset{\rightarrow}{s} \cdot \overset{\rightarrow}{n}\right|}{\left|\overset{\rightarrow}{s}\right| \left|\overset{\rightarrow}{n}\right|} = \frac{\left|1 \times 2 + 4 \times 2 + \left(- 1\right) \times 1\right|}{\cdot} = \frac{9}{\cdot} = \frac{}{2}$,所以$\theta = \frac{\pi}{4}$;
(2)设$\frac{x - 1}{1} = \frac{y}{4} = \frac{z + 1}{- 1} = t$,则直线$L$的参数式方程为$\left\{\right. x = t + 1 , \\ y = 4 t , \\ z = - t - 1 ,$
将其代入平面方程得$2 \left(t + 1\right) + 2 \times 4 t - t - 1 - 1 = 0$,解得$t = 0$,故交点为$\left(1 , 0 , - 1\right)$.
又所求平面与$L$垂直,则平面的法向量可取为$\left\{1 , 4 , - 1\right\}$,
故所求平面方程为$x - 1 + 4 y - \left(z + 1\right) = 0$,即$x + 4 y - z - 2 = 0$.
题目解析
(1)直线方向向量 $s=(1,4,-1)$,平面法向量 $n=(2,2,1)$,$\sin\theta=\dfrac{|s\cdot n|}{|s||n|}=\dfrac9{3\sqrt2\cdot3}=\dfrac1{\sqrt2}$,故 $\theta=\dfrac\pi4$。
(2)交点为 $(1,0,-1)$,所求平面法向量可取 $s=(1,4,-1)$,故平面方程为 $x+4y-z-2=0$。
(2)交点为 $(1,0,-1)$,所求平面法向量可取 $s=(1,4,-1)$,故平面方程为 $x+4y-z-2=0$。