וקטור אלגברי חלק ג' - ישרים ומישורים במרחב

וקטורים אלגבריים - חלק ג'

ישרים ומישורים במרחב

📏 משוואת ישר במרחב - צורה פרמטרית

ישר נקבע ע"י נקודה + וקטור כיוון:

  • \(P_0(x_0, y_0, z_0)\) - נקודה על הישר
  • \(\vec{d} = (a, b, c)\) - וקטור כיוון

משוואה וקטורית:

\(\vec{r} = \vec{r_0} + t\vec{d}\)

משוואות פרמטריות:

\(x = x_0 + at\)
\(y = y_0 + bt\)
\(z = z_0 + ct\)

✏️ דוגמה: כתבו משוואת ישר העובר דרך \(P(1, 2, 3)\) עם וקטור כיוון \(\vec{d} = (2, -1, 4)\):

\(x = 1 + 2t\)

\(y = 2 - t\)

\(z = 3 + 4t\)

📏 משוואת ישר - צורה קנונית

\(\frac{x - x_0}{a} = \frac{y - y_0}{b} = \frac{z - z_0}{c}\)

💡 מעבר מפרמטרית לקנונית:

מבודדים את t מכל משוואה ומשווים.

✏️ דוגמה: הישר \(x=1+2t, y=2-t, z=3+4t\) בצורה קנונית:

\(\frac{x-1}{2} = \frac{y-2}{-1} = \frac{z-3}{4}\)

📍 ישר דרך שתי נקודות

ישר דרך \(A(x_1, y_1, z_1)\) ו-\(B(x_2, y_2, z_2)\):

וקטור כיוון: \(\vec{d} = \overrightarrow{AB} = (x_2-x_1, y_2-y_1, z_2-z_1)\)

\(\frac{x - x_1}{x_2-x_1} = \frac{y - y_1}{y_2-y_1} = \frac{z - z_1}{z_2-z_1}\)

✏️ דוגמה: ישר דרך \(A(1,0,2)\) ו-\(B(3,1,5)\):

\(\vec{d} = (3-1, 1-0, 5-2) = (2, 1, 3)\)

\(\frac{x-1}{2} = \frac{y-0}{1} = \frac{z-2}{3}\)

🔲 משוואת מישור

מישור נקבע ע"י נקודה + וקטור נורמל (מאונך למישור):

  • \(P_0(x_0, y_0, z_0)\) - נקודה על המישור
  • \(\vec{n} = (A, B, C)\) - וקטור נורמל

משוואה כללית:

\(Ax + By + Cz + D = 0\)

כאשר \(\vec{n} = (A, B, C)\) הוא הנורמל!

💡 איך מוצאים D?

מציבים את הנקודה הידועה במשוואה ופותרים.

✏️ דוגמה: מישור דרך \(P(1, 2, 3)\) עם נורמל \(\vec{n} = (2, -1, 4)\):

משוואה: \(2x - y + 4z + D = 0\)

הצבת P: \(2(1) - 2 + 4(3) + D = 0\)

\(2 - 2 + 12 + D = 0 \Rightarrow D = -12\)

משוואה: \(2x - y + 4z - 12 = 0\)

🔲 מישור דרך שלוש נקודות

שיטה:

  1. יוצרים שני וקטורים מהנקודות: \(\overrightarrow{AB}\) ו-\(\overrightarrow{AC}\)
  2. מוצאים נורמל: \(\vec{n} = \overrightarrow{AB} \times \overrightarrow{AC}\)
  3. כותבים משוואת מישור עם הנורמל ואחת הנקודות

✏️ דוגמה: מישור דרך \(A(1,0,0), B(0,1,0), C(0,0,1)\):

\(\overrightarrow{AB} = (-1, 1, 0)\), \(\overrightarrow{AC} = (-1, 0, 1)\)

\(\vec{n} = \overrightarrow{AB} \times \overrightarrow{AC} = (1 \cdot 1 - 0 \cdot 0, 0 \cdot (-1) - (-1) \cdot 1, (-1) \cdot 0 - 1 \cdot (-1))\)

\(= (1, 1, 1)\)

משוואה: \(x + y + z + D = 0\)

הצבת A: \(1 + 0 + 0 + D = 0 \Rightarrow D = -1\)

משוואה: \(x + y + z - 1 = 0\)

📏 מרחק נקודה ממישור

מרחק נקודה \(P(x_0, y_0, z_0)\) ממישור \(Ax + By + Cz + D = 0\):

\(d = \frac{|Ax_0 + By_0 + Cz_0 + D|}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}}\)

✏️ דוגמה: מרחק \(P(2, 1, -1)\) מהמישור \(2x - 2y + z - 5 = 0\):

\(d = \frac{|2(2) - 2(1) + (-1) - 5|}{\sqrt{4 + 4 + 1}} = \frac{|4 - 2 - 1 - 5|}{\sqrt{9}} = \frac{|-4|}{3} = \frac{4}{3}\)

🔄 יחסים בין ישרים ומישורים

שני מישורים מקבילים:

הנורמלים מקבילים: \(\vec{n_1} \parallel \vec{n_2}\)

שני מישורים מאונכים:

\(\vec{n_1} \cdot \vec{n_2} = 0\)

ישר מקביל למישור:

\(\vec{d} \perp \vec{n}\) כלומר \(\vec{d} \cdot \vec{n} = 0\)

ישר מאונך למישור:

\(\vec{d} \parallel \vec{n}\)

📋 טבלת סיכום

אובייקט משוואה
ישר (פרמטרי) \(x=x_0+at, y=y_0+bt, z=z_0+ct\)
ישר (קנוני) \(\frac{x-x_0}{a}=\frac{y-y_0}{b}=\frac{z-z_0}{c}\)
מישור \(Ax + By + Cz + D = 0\)
מרחק נקודה ממישור \(\frac{|Ax_0+By_0+Cz_0+D|}{\sqrt{A^2+B^2+C^2}}\)

💡 טיפים למבחן

נורמל: מקדמי x,y,z במישור

3 נקודות: מכפלה וקטורית!

מרחק: ערך מוחלט במונה

📝 סיכום חלק ג'

ישר: נקודה + וקטור כיוון

מישור: \(Ax + By + Cz + D = 0\)

🎉 סיום נושא וקטורים אלגבריים!