Hela algebra · 2018-06-11

Uppgift 6

Hela tentan
Uppgift 6

Betrakta de tre linjerna $L_1$, $L_2$ och $L_3$, där

$$\begin{aligned}L_1:(x,y,z)&=(4,1,2)+t(6,-2,4)\\ L_2:(x,y,z)&=(5,-1,1)+t(4,-3,1)\end{aligned}$$

för $t\in\mathbb{R}$, och $L_3$ är skärningslinjen för planen $x+3y=7$ och $2y+z=4$.

(a)

Avgör hur de tre linjerna ligger i förhållande till varandra: om de är parallella, sammanfallande, skärande eller skeva.

(b)

Förklara utifrån resultatet i (a) varför $L_2$ och $L_3$ ligger i ett plan, och bestäm ekvationen för detta plan på normalform.

Visa lösningDölj lösning

(a) Genom att lösa ekvationssystemet som ges av planens ekvationer får vi en parametrisering
$$L_3:(x,y,z)=(7,0,4)+t(-3,1,-2).$$
Vi ser därmed att $L_1$ och $L_3$ har parallella riktningsvektorer $\vec v_1=(6,-2,4)$ och $\vec v_3=(-3,1,-2)=-\frac12\vec v_1$, så dessa två linjer är sammanfallande eller parallella. Vi ser nu att punkten $(4,1,2)$ på $L_1$ fås i $L_3$’s parametrisering för $t=1$, så vi drar slutsatsen att $L_1=L_3$.
Linjen $L_2$ har dock en riktningsvektor $\vec v_2=(4,-3,1)$ som inte är parallell med $L_1$, så dessa linjer är skärande eller skeva. Löser man ekvationssystemet
$$ \begin{aligned} 4+6t&=5+4s,\\ 1-2t&=-1-3s,\\ 2+4t&=1+s \end{aligned} $$
hittar vi en lösning $t=-\frac12$, $s=-1$, så linjerna skär varandra i $P=(1,2,0)$.

(b) Två linjer som skär varandra ligger i ett gemensamt plan. Vi får en normalvektor $\vec n$ till planet genom att ta kryssprodukten av linjernas riktningsvektorer:
$$ \vec n=\vec v_2\times\vec v_3= \begin{vmatrix} \vec e_1&\vec e_2&\vec e_3\\ 4&-3&1\\ 1&-2&1 \end{vmatrix} =5\vec e_1+5\vec e_2-5\vec e_3=(5,5,-5). $$
Planets ekvation är därför
$$5(x-1)+5(y-2)-5(z-0)=0,$$
dvs. $x+y-z=3$.

Figur