Једначина праве

Векторски облик

Вектор положаја r→\overrightarrow r произвољне тачке MM праве која пролази кроз тачку M1{M_1} и паралелна је вектору a→≠0\overrightarrow a \ne 0, задовољава једначину

r→=r1→+λa→\overrightarrow r = \overrightarrow {{r_1}} + \lambda \overrightarrow a

где је r1→=x1i→+y1j→+z1k→\overrightarrow {{r_1}} = {x_1}\overrightarrow i + {y_1}\overrightarrow j + {z_1}\overrightarrow k вектор положаја тачке M1{M_1}, a λ∈R\lambda \in \mathbb{R}.

vektorski oblik jednacine prave

Параметарски облик

Једначина праве која пролази кроз тачку M1(x1,y1,z1){M_1}\left( {{x_1},{y_1},{z_1}} \right) и паралелна је вектору a→≠0\overrightarrow a \ne 0, чије су координате (a1,a2,a3)\left( {{a_1},{a_2},{a_3}} \right), може се представити системом од три једначине

{x=x1+λa1y=y1+λa2z=z1+λa3, λ∈R\left\{ {\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {x = {x_1} + \lambda {a_1}} \\ {y = {y_1} + \lambda {a_2}} \\ {z = {z_1} + \lambda {a_3}} \end{array}} \right.,{\text{ }}\lambda \in \mathbb{R}.

Канонички облик

Једначина праве која пролази кроз тачку M1(x1,y1,z1){M_1}\left( {{x_1},{y_1},{z_1}} \right) и паралелна је вектору a→≠0\overrightarrow a \ne 0, чије су координате (a1,a2,a3)\left( {{a_1},{a_2},{a_3}} \right), може се записати као

x−x1a1=y−y1a2=z−z1a3,a1≠0, a2≠0, a3≠0,\frac{{x - {x_1}}}{{{a_1}}} = \frac{{y - {y_1}}}{{{a_2}}} = \frac{{z - {z_1}}}{{{a_3}}}, \quad {a_1} \ne 0,{\text{ }}{a_2} \ne 0,{\text{ }}{{\text{a}}_3} \ne 0,

x−x1a1=y−y1a2,z−z1=0,a1≠0, a2≠0, a3=0,\frac{{x - {x_1}}}{{{a_1}}} = \frac{{y - {y_1}}}{{{a_2}}}, \quad z-z_1=0, \quad {a_1} \ne 0,{\text{ }}{a_2} \ne 0,{\text{ }}{a_3} = 0,

x−x1a1,y−y1=0,z−z1=0,a1≠0, a2=0, a3=0.\frac{{x - {x_1}}}{{{a_1}}}, \quad y-y_1=0, \quad z-z_1=0, \quad {a_1} \ne 0,{\text{ }}{a_2} = 0,{\text{ }}{a_3} = 0.

Једначина праве која пролази кроз две тачке

Права која пролази кроз тачке M1(x1,y1,z1){M_1}\left( {{x_1},{y_1},{z_1}} \right) и M2(x2,y2,z2){M_2}\left( {{x_2},{y_2},{z_2}} \right) има

  1. векторску једначину 
    r→=(x1i→+y1j→+z1k→)+λ((x2−x1)i→+(y2−y1)j→+(z2−z1)k→)\overrightarrow r = \left( {{x_1}\overrightarrow i + {y_1}\overrightarrow j + {z_1}\overrightarrow k } \right) + \lambda \left( {\left( {{x_2} - {x_1}} \right)\overrightarrow i + \left( {{y_2} - {y_1}} \right)\overrightarrow j + \left( {{z_2} - {z_1}} \right)\overrightarrow k } \right), λ∈R\lambda \in \mathbb{R}
  2. параметарске једначине

    {x=x1+λ(x1−x2)y=y1+λ(y1−y2)z=z1+λ(z1−z2),λ∈R\left\{ {\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {x = {x_1} + \lambda {(x_1-x_2)}} \\ {y = {y_1} + \lambda {(y_1-y_2)}} \\ {z = {z_1} + \lambda {(z_1-z_2)}} \end{array}} \right., \quad \lambda \in \mathbb{R}.

  3. каноничке једначине
    x−x1x2−x1=y−y1y2−y1=z−z1z2−z1\frac{{x - {x_1}}}{{{x_2} - {x_1}}} = \frac{{y - {y_1}}}{{{y_2} - {y_1}}} = \frac{{z - {z_1}}}{{{z_2} - {z_1}}}

Растојање тачке од праве

  1. Растојање dd тачке M0{M_0} чији је вектор положаја r0→\overrightarrow {{r_0}}, од праве r→=r1→+λa→\overrightarrow r = \overrightarrow {{r_1}} + \lambda \overrightarrow a, израчунава се по формули
    d=∣(r0→−r1→)×a→∣a→∣∣.d = \left| {\frac{{\left( {\overrightarrow {{r_0}} - \overrightarrow {{r_{_1}}} } \right) \times \overrightarrow a }}{{\left| \overrightarrow a \right|}}} \right|.
  2. Растојање dd тачке M2{M_2} од праве
    x−x1a1=y−y1a2=z−z1a3\frac{{x - {x_1}}}{{{a_1}}} = \frac{{y - {y_1}}}{{{a_2}}} = \frac{{z - {z_1}}}{{{a_3}}}

израчунава се по формули

d=∣y2−y1a2z2−z1a3∣2+∣z2−z1a3x2−x1a1∣2+∣x2−x1a1y2−y1a2∣2a12+a22+a32.d = \frac{{\sqrt {{{\left| {\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {{y_2} - {y_1}} \\ {{a_2}} \end{array}\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {{z_2} - {z_1}} \\ {{a_3}} \end{array}} \right|}^2} + {{\left| {\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {{z_2} - {z_1}} \\ {{a_3}} \end{array}\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {{x_2} - {x_1}} \\ {{a_1}} \end{array}} \right|}^2} + {{\left| {\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {{x_2} - {x_1}} \\ {{a_1}} \end{array}\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {{y_2} - {y_1}} \\ {{a_2}} \end{array}} \right|}^2}} }}{{\sqrt {a_1^2 + a_2^2 + a_3^2} }}.

Угао између две праве

Угао између две праве једнак је углу између њихових вектора праваца. 

  1. Ако су праве дате једначинама 
    r→=r1→+λa→\overrightarrow r = \overrightarrow {{r_1}} + \lambda \overrightarrow a  и  r→=r2→+λb→\overrightarrow r = \overrightarrow {{r_2}} + \lambda \overrightarrow b.
    онда се угао имеђу њих израчунава по формули
    cos⁡α=∣a→⋅b→∣∣a→∣⋅∣b→∣.\cos \alpha = \frac{{\left| {\overrightarrow a \cdot \overrightarrow b } \right|}}{{\left| {\overrightarrow a } \right| \cdot \left| {\overrightarrow b } \right|}}.
  2. Ако су праве дате једначинама
    x−x1a1=y−y1a2=z−z1a3\frac{{x - {x_1}}}{{{a_1}}} = \frac{{y - {y_1}}}{{{a_2}}} = \frac{{z - {z_1}}}{{{a_3}}}
    и
    x−x2b1=y−y2b2=z−z2b3,\frac{{x - {x_2}}}{{{b_1}}} = \frac{{y - {y_2}}}{{{b_2}}} = \frac{{z - {z_2}}}{{{b_3}}},
    онда се угао између њих рачуна по формули
    cos⁡α=∣a1b1+a2b2+a3b3a12+a22+a32b12+b22+b32∣.\cos \alpha = \left| {\frac{{{a_1}{b_1} + {a_2}{b_2} + {a_3}{b_3}}}{{\sqrt {a_1^2 + a_2^2 + a_3^2} \sqrt {b_1^2 + b_2^2 + b_3^2} }}} \right|.

Растојање две праве

  1. Растојање dd непаралелних правих 
    r→=r1→+λa→\overrightarrow r = \overrightarrow {{r_1}} + \lambda \overrightarrow a  и  r→=r2→+λb→\overrightarrow r = \overrightarrow {{r_2}} + \lambda \overrightarrow b
    дато је са
    d=∣(r2→−r1→)(a→×b→)∣∣a→×b→∣.d = \frac{{\left| {\left( {\overrightarrow {{r_2}} - \overrightarrow {{r_1}} } \right)\left( {\overrightarrow a \times \overrightarrow b } \right)} \right|}}{{\left| {\overrightarrow a \times \overrightarrow b } \right|}}.
  2. Ако су непаралелне праве дате једначинама
    x−x1a1=y−y1a2=z−z1a3\frac{{x - {x_1}}}{{{a_1}}} = \frac{{y - {y_1}}}{{{a_2}}} = \frac{{z - {z_1}}}{{{a_3}}}
    и
    x−x2b1=y−y2b2=z−z2b3,\frac{{x - {x_2}}}{{{b_1}}} = \frac{{y - {y_2}}}{{{b_2}}} = \frac{{z - {z_2}}}{{{b_3}}},
    онда је растојање између њих одређено формулом

    d=∣∣x2−x1y2−y1z2−z1a1a2a3b1b2b3∣∣a2a3b2b3∣2+∣a3a1b3b1∣2+∣a1a2b1b2∣2∣.d = \left| {\frac{{\left| {\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {{x_2} - {x_1}}&{{y_2} - {y_1}}&{{z_2} - {z_1}} \\ {{a_1}}&{{a_2}}&{{a_3}} \\ {{b_1}}&{{b_2}}&{{b_3}} \end{array}} \right|}}{{\sqrt {{{\left| {\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {{a_2}}&{{a_3}} \\ {{b_2}}&{{b_3}} \end{array}} \right|}^2} + {{\left| {\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {{a_3}}&{{a_1}} \\ {{b_3}}&{{b_1}} \end{array}} \right|}^2} + {{\left| {\begin{array}{cccccccccccccccccccc} {{a_1}}&{{a_2}} \\ {{b_1}}&{{b_2}} \end{array}} \right|}^2}} }}} \right|.

Права у простору одређена је тачком M1(x1,y1,z1)M_1(x_1, y_1, z_1) и вектором правца a→=(a1,a2,a3)≠0→\overrightarrow{a} = (a_1, a_2, a_3) \ne \overrightarrow{0}. Векторски облик је r→=r1→+λa→\overrightarrow{r} = \overrightarrow{r_1} + \lambda\overrightarrow{a}: свакој вредности λ∈R\lambda \in \mathbb{R} одговара једна тачка праве. Расписан по координатама, то је параметарски облик x=x1+λa1x = x_1 + \lambda a_1, y=y1+λa2y = y_1 + \lambda a_2, z=z1+λa3z = z_1 + \lambda a_3. Кад из све три једначине изразите λ\lambda, добијате канонички облик x−x1a1=y−y1a2=z−z1a3\frac{x - x_1}{a_1} = \frac{y - y_1}{a_2} = \frac{z - z_1}{a_3}. За праву кроз две тачке узмите a→=M1M2→\overrightarrow{a} = \overrightarrow{M_1M_2}.

Растојање тачке M0M_0 од праве је d=∣(r0→−r1→)×a→∣∣a→∣d = \frac{|(\overrightarrow{r_0} - \overrightarrow{r_1}) \times \overrightarrow{a}|}{|\overrightarrow{a}|}, а угао две праве је угао њихових вектора правца; праве су паралелне кад су вектори правца колинеарни. Честа грешка: ако је нпр. a3=0a_3 = 0, не делите нулом, него пишете z=z1z = z_1.

xyzM₁M₂TM246246246Превуците да окренете
7
Висина дрона
31 m
Растојање од антене
24,2 m
Мењајте λ\lambda: тачка M(6λ,2λ,10+3λ)M(6\lambda, 2\lambda, 10 + 3\lambda) клизи по путањи дрона из примера, а јединица на осама је 10 m. Растојање до врха антене TT најмање је за λ≈4,3\lambda \approx 4{,}3, кад је MTMT нормално на праву, и износи тачно 15 m.

Праволинијски лет дрона или авиона између две тачке описује се параметарским једначинама праве. У 3D играма и програмима за графику исто тако се прати зрак светлости или метак, да би се видело шта погађа.

Дрон и антена

Дрон лети праволинијски од тачке M1(0,0,10)M_1(0, 0, 10) ка тачки M2(60,20,40)M_2(60, 20, 40); координате су у метрима, а оса zz иде навише. Близу путање је врх антене, у тачки T(30,15,10)T(30, 15, 10). Напишите параметарске једначине путање и проверите да ли дрон пролази бар 10 m од врха антене.

Решење

  1. Вектор правца: M1M2→=(60,20,30)=10⋅(6,2,3)\overrightarrow{M_1M_2} = (60, 20, 30) = 10 \cdot (6, 2, 3), па узимамо a→=(6,2,3)\overrightarrow{a} = (6, 2, 3), са ∣a→∣=36+4+9=7|\overrightarrow{a}| = \sqrt{36 + 4 + 9} = 7.
  2. Путања: x=6λx = 6\lambda, y=2λy = 2\lambda, z=10+3λz = 10 + 3\lambda; за λ=0\lambda = 0 дрон је у M1M_1, а за λ=10\lambda = 10 у M2M_2.
  3. Вектор од M1M_1 до врха антене: r0→−r1→=(30,15,0)\overrightarrow{r_0} - \overrightarrow{r_1} = (30, 15, 0).
  4. Векторски производ: (30,15,0)×(6,2,3)=(45,−90,−30)(30, 15, 0) \times (6, 2, 3) = (45, -90, -30), а његова дужина је 2025+8100+900=11025=105\sqrt{2025 + 8100 + 900} = \sqrt{11025} = 105.
  5. Растојање: d=1057=15d = \frac{105}{7} = 15 m, што је више од 10 m.

Одговор: Путања је x=6λx = 6\lambda, y=2λy = 2\lambda, z=10+3λz = 10 + 3\lambda, а дрон пролази 15 m од врха антене, па је услов испуњен.

Задатак за вежбу

Права пролази кроз тачке A(1,0,2)A(1, 0, 2) и B(3,2,3)B(3, 2, 3). Напишите њене параметарске једначине и израчунајте растојање тачке T(3,−2,−1)T(3, -2, -1) од те праве.

Прикажи решење

a→=AB→=(2,2,1)\overrightarrow{a} = \overrightarrow{AB} = (2, 2, 1), па је x=1+2λx = 1 + 2\lambda, y=2λy = 2\lambda, z=2+λz = 2 + \lambda. Даље је AT→×a→=(2,−2,−3)×(2,2,1)=(4,−8,8)\overrightarrow{AT} \times \overrightarrow{a} = (2, -2, -3) \times (2, 2, 1) = (4, -8, 8), дужине 12, а ∣a→∣=3|\overrightarrow{a}| = 3, па је d=123=4d = \frac{12}{3} = 4.