例6.10(江苏省1998年竞赛题) 已知直线l过点M(1,-2,0)且与两条直线垂直,则l的参数方程为_________________.
解析 直线l1的方向向量为l1=(2,0,1)×(1,-1,3)=(1,-5,-2),直线l2的方向向量为l2=(1,-4,0),则直线l的方向向量为l=(1,-5,-2)×(1,-4,0)=-(8,2,-1),其参数方程为x=1+8t,y=-2+2t,z=-t.
例6.11(全国大学生2010年初赛题) 求下列两条直线
之间的距离.
解析 直线l1过点O(0,0,0),A(1,1,0),其方向向量为l1==(1,1,0);直线l2过点P(2,1,3),其方向向量为l2=(4,-2,-1).这两条直线的公垂线的方向向量为
l=(4,-2,-1)×(1,1,0)=(1,-1,6)
于是两条直线的距离为
例6.12(江苏省2008年竞赛题) 点(2,1,-1)关于平面x-y+2z=5的对称点的坐标为________.
解析 设点A(2,1,-1)关于平面x-y+2z=5的对称点为B,AB与平面的交点记为Q,直线的方向向量等于该平面的法向量(1,-1,2),所以直线AB的参数方程为
x=2+t,y=1-t,z=-1+2t
代入平面方程得2+t-1+t-2+4t=5,解得t=1,于是点Q的坐标为(3,0,1).因Q是A,B的中点,所以B的坐标为
(2×3-2,2×0-1,2×1-(-1))=(4,-1,3)
例6.13(江苏省2004年竞赛题) 已知点P(1,0,-1)与Q(3,1,2),试在平面x-2y+z=12上求一点M,使得|PM|+|MQ|最小.(www.xing528.com)
解析 显然,点P,Q在已知平面的同侧.从P作直线l垂直于平面,l的方程为
x=1+t,y=-2t,z=-1+t
代入平面方程解得t=2,所以直线l与平面的交点为P0(3,-4,1)(如图所示),而P关于平面的对称点为P1(5,-8,3).连接P1Q,其方程为
x=3+2t,y=1-9t,z=2+t
代入平面方程解得t=于是所求点M的坐标为
例6.14(江苏省2008年竞赛题) 在平面Π:x+2y-z=20内作一直线Γ,使直线Γ过另一直线L :与平面Π的交点,且Γ与L垂直,求直线Γ的参数方程.
解析 直线L的方向向量为l=(1,-2,2)×(3,1,-4)=(6,10,7),且直线L上有一点(1,0,0),所以直线L的参数方程为x=1+6t,y=10t,z=7t,代入平面方程解得t=1,所以直线L与平面Π的交点为(7,10,7).平面Π的法向量为n=(1,2,-1),所求的直线Γ的方向向量为l1=l×n=(6,10,7)×(1,2,-1)=-(24,-13,-2),于是所求直线Γ的参数方程为
x=7+24t,y=10-13t,z=7-2t
例6.15(江苏省1996年竞赛题) 设直线在平面z=1上的投影为直线L,则点(1,2,1)到直线L的距离等于________.
解析 取平面束
x+2y-3z-2+λ(2x-y+z-3)=0
其法向量为n1=(1+2λ,2-λ,-3+λ),平面z=1的法向量为n2=(0,0,1),因n1⊥n2,所以n1·n2=λ-3=0,得λ=3.故投影平面的方程为7x-y-11=0.因而投影直线L的方程为其方向向量为l=(7,-1,0)×(0,0,1)=-(1,7,0).又L通过点P1(1,-4,1),于是点P0(1,2,1)到直线L的距离为
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