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求满足LM平行于直线p的直线l上点L与直线m上点M

求解直线l和m上满足LM∥p的点L、M

嘿,咱们一步步来解决这个问题,先从参数化两条直线上的点开始:

1. 写出直线l的参数方程

直线l的对称式为$\frac{2x-3}{2} = \frac{y}{2}=\frac{2z+1}{6}$,我们设这个公共比值为参数$\lambda$,这样就能写出直线l上任意点$L(x_1,y_1,z_1)$的坐标:

  • $\frac{2x_1 - 3}{2} = \lambda$,解得 $x_1 = \lambda + \frac{3}{2}$
  • $\frac{y_1}{2} = \lambda$,解得 $y_1 = 2\lambda$
  • $\frac{2z_1 + 1}{6} = \lambda$,解得 $z_1 = 3\lambda - \frac{1}{2}$

所以$L$的坐标可以表示为:$L\left(\lambda + \frac{3}{2}, 2\lambda, 3\lambda - \frac{1}{2}\right)$

2. 写出直线m的参数方程

直线m是两个平面的交线:$\begin{cases}3x-5=0 \\3y+3z+2=0\end{cases}$,先解第一个平面方程得$x_2 = \frac{5}{3}$,再设$y_2 = \mu$($\mu$为参数),代入第二个平面方程:
$3\mu + 3z_2 + 2 = 0$,解得 $z_2 = -\mu - \frac{2}{3}$

所以直线m上任意点$M(x_2,y_2,z_2)$的坐标为:$M\left(\frac{5}{3}, \mu, -\mu - \frac{2}{3}\right)$

3. 利用平行条件列方程组求解参数

直线p的对称式是$x= \frac{y}{6}=\frac{z}{2}$,它的方向向量为$\vec{v}=(1,6,2)$。因为$\overrightarrow{LM} \parallel p$,所以$\overrightarrow{LM}$必须是$\vec{v}$的实数倍,即存在实数$k$,使得:
$$
\begin{cases}
\frac{5}{3} - \left(\lambda + \frac{3}{2}\right) = k \
\mu - 2\lambda = 6k \
\left(-\mu - \frac{2}{3}\right) - \left(3\lambda - \frac{1}{2}\right) = 2k
\end{cases}
$$

先化简第一个方程:
$\frac{10}{6} - \frac{9}{6} - \lambda = k$$k = \frac{1}{6} - \lambda$ --- (1)

把(1)代入第二个方程,得到:
$\mu - 2\lambda = 6\left(\frac{1}{6} - \lambda\right)$$\mu - 2\lambda = 1 - 6\lambda$$\mu = 1 - 4\lambda$ --- (2)

再把(1)和(2)代入第三个方程,先化简左边:
$-\mu - 3\lambda + \left(-\frac{2}{3} + \frac{1}{2}\right) = -(1-4\lambda) -3\lambda - \frac{1}{6} = \lambda - \frac{7}{6}$
右边为$2k = 2\left(\frac{1}{6} - \lambda\right) = \frac{1}{3} - 2\lambda$

联立左右两边:
$\lambda - \frac{7}{6} = \frac{1}{3} - 2\lambda$
移项求解得:$3\lambda = \frac{3}{2}$$\lambda = \frac{1}{2}$

把$\lambda = \frac{1}{2}$代入(2),得$\mu = 1 - 4\times\frac{1}{2} = -1$

4. 计算最终的点L和M

把$\lambda = \frac{1}{2}$代入L的参数坐标:
$x_1 = \frac{1}{2} + \frac{3}{2} = 2$$y_1 = 2\times\frac{1}{2} = 1$$z_1 = 3\times\frac{1}{2} - \frac{1}{2} = 1$
所以L(2, 1, 1)

把$\mu = -1$代入M的参数坐标:
$x_2 = \frac{5}{3}$$y_2 = -1$$z_2 = -(-1) - \frac{2}{3} = \frac{1}{3}$
所以M($\frac{5}{3}, -1, \frac{1}{3}$)

最后验证一下:$\overrightarrow{LM} = (\frac{5}{3}-2, -1-1, \frac{1}{3}-1) = (-\frac{1}{3}, -2, -\frac{2}{3})$,确实是$\vec{v}=(1,6,2)$的$-\frac{1}{3}$倍,满足平行条件。

内容的提问来源于stack exchange,提问作者Michthan

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