Hela algebra · 2023-01-09

Uppgift 5

Hela tentan
Uppgift 5

(Obs: Del (c) av denna fråga går att besvara utan ha svarat på (a) eller (b).)

De två linjerna

$$\begin{aligned}L_1:(x,y,z)&=(1,2,3)+t(1,1,1),\quad t\in\mathbb{R}\\ L_2:(x,y,z)&=(5,8,6)+s(1,-1,2),\quad s\in\mathbb{R}\end{aligned}$$

skär varandra i en punkt.

(a)

Bestäm punkten där $L_1$ och $L_2$ skär varandra.

(b)

Bestäm en ekvation på normalform för det plan som innehåller både $L_1$ och $L_2$.

(c)

Det finns två plan med egenskapen att varje punkt på planen har (vinkelrätt) avstånd 1 till planet med ekvation $3x-y-2z=0$. Ange en ekvation (på normalform) för ett sådant plan.

Visa lösningDölj lösning

(a) Linjerna skär varandra där de har samma koordinater $(x,y,z)$. Om vi sätter
$$(1,2,3)+t(1,1,1)=(5,8,6)+s(1,-1,2)$$
och förenklar så får vi systemet
$$ t=4+s,\qquad t=6-s,\qquad t=3-2s. $$
Genom att t.ex. addera de första två ekvationerna, och sedan substituera, ser vi att systemet har precis en lösning: $(s,t)=(1,5)$. Detta ger att skärningspunkten är
$$\text{Svar: }(x,y,z)=(6,7,8).$$

(b) Planets normalvektorer är ortogonala mot både $L_1$:s och $L_2$:s riktningsvektorer. Vi kan hitta en sådan normalvektor t.ex. genom att ta kryssprodukten av dessa riktningsvektorer:
$$ (1,1,1)\times(1,-1,2)=\cdots=(3,-1,-2). $$
Eftersom $(1,2,3)$ är en punkt på planet, så kan vi beskriva planet via ekvationen
$$\text{Svar: }3(x-1)-(y-2)-2(z-3)=0,$$
eller $3x-y-2z=-5$.

(c) Låt $\Pi:3x-y-2z=0$ vara det angivna planet. Båda de sökta planen har samma normalvektorer som $\Pi$. Eftersom vi kan läsa av dessa normalvektorer från ekvationen för $\Pi$, så behöver vi endast hitta koordinaterna för en enstaka punkt på ett av de sökta planen för att kunna skriva ned planets ekvation.
En punkt som ligger vinkelrätt avstånd $1$ från planet $\Pi$ kan fås genom att börja vid en punkt på $\Pi$, t.ex. $(0,0,0)$, och addera en normalvektor till $\Pi$ av längd $1$. Vi normerar normalvektorn $(3,-1,-2)$ och får
$$ \frac1{\sqrt{3^2+1^2+2^2}}(3,-1,-2)=\frac1{\sqrt{14}}(3,-1,-2). $$
Punkten med dessa koordinater har alltså vinkelrätt avstånd $1$ till $\Pi$, så en ekvation för ett av de eftersökta planen är
$$ \text{Svar: }3\left(x-\frac3{\sqrt{14}}\right)-\left(y+\frac1{\sqrt{14}}\right)-2\left(z+\frac2{\sqrt{14}}\right)=0.$$

Figur