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关于三维空间中三条异面直线的疑问

关于三维空间中三条异面直线的疑问

在三维空间中,不相交、不共面、不平行的直线被称为异面直线。下面咱们来逐个拆解这两个疑问:

问题1:四面体的三条共点交线算不算异面直线?

假设四面体去掉底面后,剩下的三个顶面是$\Pi_1,\Pi_2,\Pi_3$。$\Pi_2$和$\Pi_3$的交线是$L_1$,同理还有另外两条交线$L_2$和$L_3$。这三条线两两共面,而且它们虽然不共面,但会在四面体的顶点(也就是三个平面$\Pi_1,\Pi_2,\Pi_3$的交点)处交汇于一点。那这三条线能被叫做异面直线吗?

当然不能啦!异面直线的定义里明确卡了不相交这个核心条件,这三条线都怼在同一个顶点上了,完全违反了这个前提。而且哪怕抛开相交的问题,它们两两之间都是共面的,而异面直线的基本要求就是两条直线不共面,从这一点也能直接排除它们是异面直线的可能。

问题2:存在能同时与三条异面直线相交的直线吗?

在三维空间里,有没有一条直线$L_4$能同时和三条异面直线$L_1,L_2,L_3$相交呢?

答案是存在这样的情况,但不是所有异面直线组都满足。举个直观的例子:如果三条异面直线都平行于同一个平面,且位置排布比较规整,那大概率能找到一条直线同时穿过这三条线。但如果三条线的位置特别“零散”,比如其中两条在某个平面内保持异面,第三条线的方向和位置完全脱离前两条的“体系”,那可能就找不到这样的直线了。不过从存在性角度来说,确实有部分异面直线组,能找到对应的直线同时与它们相交。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Z Ahmed

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