Как найти расстояние между двумя параллельными прямыми
Перейти к содержимому

Как найти расстояние между двумя параллельными прямыми

  • автор:

2.5.6. Как найти расстояние между параллельными прямыми?

Найти расстояние между двумя параллельными прямыми, заданными в декартовой системе координат: .

Решение: расстояние между параллельными прямыми найдём как расстояние от точки до прямой. Для этого достаточно найти одну точку, принадлежащую любой прямой. Из уравнения легко усмотреть точку . Вычислим расстояние:

Примечание: последним действием домножили числитель и знаменатель на – чтобы избавиться от иррациональности в знаменателе.

Как видите, здесь бесконечно много способов решения.

Автор: Aлeксaндр Eмeлин

Расстояние между двумя параллельными прямыми: определение и примеры нахождения

В материале этой статьи разберем вопрос нахождения расстояния между двумя параллельными прямыми, в частности, при помощи метода координат. Разбор типовых примеров поможет закрепить полученные теоретические знания.

Расстояние между двумя параллельными прямыми: определение

Расстояние между двумя параллельными прямыми: определение Расстояние между двумя параллельными прямыми: определение

Отметим, что расстояние между двумя параллельными прямыми – наименьшее из расстояний от точек одной прямой до точек другой.

Нахождение расстояния между параллельными прямыми

Мы уже выяснили, что, по сути, чтобы найти расстояние между двумя параллельными прямыми, необходимо определить длину перпендикуляра, опущенного из некой точки одной прямой на другую. Способов, как это сделать, несколько. В каких-то задачах удобно воспользоваться теоремой Пифагора; другие предполагают использование признаков равенства или подобия треугольников и т.п. В случаях, когда прямые заданы в прямоугольной системе координат, возможно вычислить расстояние между двумя параллельными прямыми, используя метод координат. Рассмотрим его подробнее.

Зададим условия. Допустим, зафиксирована прямоугольная система координат, в которой заданы две параллельные прямые a и b . Необходимо определить расстояние между заданными прямыми.

Решение задачи построим на определении расстояния между параллельными прямыми: для нахождения расстояния между двумя заданными параллельными прямыми необходимо:

— найти координаты некоторой точки М 1 , принадлежащей одной из заданных прямых;

— произвести вычисление расстояния от точки М 1 до заданной прямой, которой эта точка не принадлежит.

Опираясь на навыки работы с уравнениями прямой на плоскости или в пространстве, определить координаты точки М 1 просто. При нахождении расстояния от точки М 1 до прямой пригодится материал статьи о нахождении расстояния от точки до прямой.

Вернемся к примеру. Пусть прямая a описывается общим уравнением A x + B y + C 1 = 0 , а прямая b – уравнением A x + B y + C 2 = 0 . Тогда расстояние между двумя заданными параллельными прямыми возможно вычислить, используя формулу:

M 1 H 1 = C 2 — C 1 A 2 + B 2

Выведем эту формулу.

Используем некоторую точку М 1 ( x 1 , y 1 ) , принадлежащую прямой a . В таком случае координаты точки М 1 будут удовлетворять уравнению A x 1 + B y 1 + C 1 = 0 . Таким образом, справедливым является равенство: A x 1 + B y 1 + C 1 = 0 ; из него получим: A x 1 + B y 1 = — C 1 .

A A 2 + B 2 x + B A 2 + B 2 y + C 2 A 2 + B 2 = 0

При С 2 ≥ 0 нормальное уравнение прямой b будет выглядеть так:

A A 2 + B 2 x + B A 2 + B 2 y — C 2 A 2 + B 2 = 0

А для С 2 ≥ 0 искомое расстояние определяется по формуле M 1 H 1 = — A A 2 + B 2 x 1 — B A 2 + B 2 y 1 — C 2 A 2 + B 2 = = A A 2 + B 2 x 1 + B A 2 + B 2 y 1 + C 2 A 2 + B 2

Таким образом, при любом значении числа С 2 длина отрезка | М 1 Н 1 | (от точки М 1 до прямой b ) вычисляется по формуле: M 1 H 1 = A A 2 + B 2 x 1 + B A 2 + B 2 y 1 + C 2 A 2 + B 2

Выше мы получили: A x 1 + B y 1 = — C 1 , тогда можем преобразовать формулу: M 1 H 1 = — C 1 A 2 + B 2 + C 2 A 2 + B 2 = C 2 — C 1 A 2 + B 2 . Так мы, собственно, получили формулу, указанную в алгоритме метода координат.

Разберем теорию на примерах.

Заданы две параллельные прямые y = 2 3 x — 1 и x = 4 + 3 · λ y = — 5 + 2 · λ . Необходимо определить расстояние между ними.

Решение

Исходные параметрические уравнения дают возможность задать координаты точки, через которую проходит прямая, описываемая параметрическими уравнениями. Таким образом, получаем точку М 1 ( 4 , — 5 ) . Требуемое расстояние – это расстояние между точкой М 1 ( 4 , — 5 ) до прямой y = 2 3 x — 1 , произведем его вычисление.

Заданное уравнение прямой с угловым коэффициентом y = 2 3 x — 1 преобразуем в нормальное уравнение прямой. С этой целью сначала осуществим переход к общему уравнению прямой:

y = 2 3 x — 1 ⇔ 2 3 x — y — 1 = 0 ⇔ 2 x — 3 y — 3 = 0

Вычислим нормирующий множитель: 1 2 2 + ( — 3 ) 2 = 1 13 . Умножим на него обе части последнего уравнения и, наконец, получим возможность записать нормальное уравнение прямой: 1 13 · 2 x — 3 y — 3 = 1 13 · 0 ⇔ 2 13 x — 3 13 y — 3 13 = 0 .

При x = 4 , а y = — 5 вычислим искомое расстояние как модуль значения крайнего равенства:

2 13 · 4 — 3 13 · — 5 — 3 13 = 20 13

Ответ: 20 13 .

В фиксированной прямоугольной системе координат O x y заданы две параллельные прямые, определяемые уравнениями x — 3 = 0 и x + 5 0 = y — 1 1 . Необходимо найти расстояние между заданными параллельными прямыми.

Решение

Условиями задачи определено одно общее уравнение, задаваемое одну из исходных прямых: x-3=0. Преобразуем исходное каноническое уравнение в общее: x + 5 0 = y — 1 1 ⇔ x + 5 = 0 . При переменной x коэффициенты в обоих уравнениях равны (также равны и при y – нулю), а потому имеем возможность применить формулу для нахождения расстояния между параллельными прямыми:

M 1 H 1 = C 2 — C 1 A 2 + B 2 = 5 — ( — 3 ) 1 2 + 0 2 = 8

Ответ: 8 .

Напоследок рассмотрим задачу на нахождение расстояния между двумя параллельными прямыми в трехмерном пространстве.

В прямоугольной системе координат O x y z заданы две параллельные прямые, описываемые каноническими уравнениями прямой в пространстве: x — 3 1 = y — 1 = z + 2 4 и x + 5 1 = y — 1 — 1 = z — 2 4 . Необходимо найти расстояние между этими прямыми.

Решение

Из уравнения x — 3 1 = y — 1 = z + 2 4 легко определются координаты точки, через которую проходит прямая, описываемая этим уравнением: М 1 ( 3 , 0 , — 2 ) . Произведем вычисление расстояния | М 1 Н 1 | от точки М 1 до прямой x + 5 1 = y — 1 — 1 = z — 2 4 .

Прямая x + 5 1 = y — 1 — 1 = z — 2 4 проходит через точку М 2 ( — 5 , 1 , 2 ) . Запишем направляющий вектор прямой x + 5 1 = y — 1 — 1 = z — 2 4 как b → с координатами ( 1 , — 1 , 4 ) . Определим координаты вектора M 2 M → :

M 2 M 1 → = 3 — ( — 5 , 0 — 1 , — 2 — 2 ) ⇔ M 2 M 1 → = 8 , — 1 , — 4

Вычислим векторное произведение векторов :

b → × M 2 M 1 → = i → j → k → 1 — 1 4 8 — 1 — 4 = 8 · i → + 36 · j → + 7 · k → ⇒ b → × M 2 M 1 → = ( 8 , 36 , 7 )

Применим формулу расчета расстояния от точки до прямой в пространстве:

M 1 H 1 = b → × M 2 M 1 → b → = 8 2 + 36 2 + 7 2 1 2 + ( — 1 ) 2 + 4 2 = 1409 3 2

Ответ: 1409 3 2 .

Расстояния между фигурами

Отправляясь в любое путешествие, мы проверяем, как далеко нам придется ехать. На пробежке мы смотрим, какое расстояние преодолели. А пробег на машине? Если мы с такой легкостью считаем расстояния в нашей жизни, неужели в математике должно быть что-то сложнее?

Расстояния между фигурами

Когда нам нужно дойти от дома до магазина, мы можем точно сказать, какое расстояние нам нужно пройти. Например, магазин находится в 200 метрах от дома, следовательно, мы и должны пройти 200 метров, чтобы купить что-то вкусненькое.

Таким образом, мы получаем расстояние между двумя точками.

Расстояние между точками — это длина отрезка, заключенного между ними.

Пока мы шли в магазин, мы заметили на столбе интересное объявление о продаже цветов. Как найти расстояние от нас до этого объявления? Разумеется, пройти определенное расстояние до столба. Допустим, это будет 5 метров.

Заметим, что мы прошли по асфальту, то есть по горизонтальной поверхности. А мы и столб стоим вертикально, то есть перпендикулярны поверхности асфальта. Обратим внимание, что при этом мы со столбом будем параллельными прямыми.

Следовательно, мы пришли к выводу, что:

Расстояние между параллельными прямыми — это длина перпендикуляра, проведенного между ними.

Иными словами, это отрезок, который мы прошли по асфальту.

Но как только мы собрались дойти до столба и сорвать объявление, прямо мимо наших глаз пролетела муха. Она летела строго на одной высоте, долетела до столба и села на объявление.

Как найти в этом случае расстояние между мухой и столбом? На самом деле, муха пролетела ровно такое же расстояние, которое нам необходимо было пройти до столба.

Поскольку муха совсем маленькая, возьмем ее за точку. И таким образом, мы получаем расстояние между точкой и прямой.

Расстояние между точкой и прямой — это длина перпендикуляра, опущенного из этой точки на прямую.

Пока мы злились на муху за то, что она опередила нас и добралась до объявления первой, мимо нас прошли грузчики, которые несли вешалку под углом к асфальту и столбу. Чему тогда будет равно расстояние между вешалкой и столбом?

Мы не можем точно сказать, что 5 метров, поскольку вешалка не параллельна столбу. Чтобы его найти, достаточно провести перпендикуляр и к столбу, и к вешалке.

Так мы нашли расстояние между скрещивающимися прямыми. Подробнее о скрещивающихся прямых можно прочесть в статье «Аксиомы стереометрии. Прямые и плоскости в пространстве».

Расстояние между скрещивающимися прямыми — длина их общего перпендикуляра.

Удивившись тому, как много всего может произойти только со столбом, мы все-таки дошли до магазина, купили тортик и рулетик и вернулись домой. Поставили покупки на стол и пошли готовить чай.

В этот момент на стол запрыгнул наш кот и решил проверить, какое расстояние от тортика до пола. И для этого он скинул наш тортик со стола.

Существует ли возможность измерить расстояние от тортика до пола, при этом не жертвовать этим самым тортиком? Представим, что пол — это плоскость, а тортик — точка. Тогда нам всего лишь нужно найти расстояние от точки до плоскости.

Расстояние от точки до плоскости — это длина перпендикуляра, опущенного из этой точки на плоскость.

Так и есть: когда кот скинул тортик, он пролетел строго вертикально до пола.

Наш кот посмотрел на упавший торт и тут резко заметил, что мы принесли еще и очень длинный рулетик! Теперь ему стало интересно, какое расстояние от рулетика до пола, поэтому он решил скинуть и его.

Расстояние от рулетика до пола можно было найти и другим способом, а именно найти расстояние от прямой до плоскости. Поскольку рулетик лежит на столе, то он параллелен полу.

Расстояние между прямой, параллельной плоскости, и плоскостью — это длина перпендикуляра, опущенного из любой точки этой прямой на плоскость.

Заметим, что если прямая не параллельна плоскости, то рано или поздно она ее пересечет, а значит, точного расстояния между ними не будет.

Оказывается, наши вкусняшки пролетели строго вертикально вниз, то есть преодолели длину перпендикуляра, проведенного от них до пола!

Увидев, что он скинул все продукты питания, кот решил сбежать с места преступления. Но перед этим он задался вопросом, какое расстояние от плоскости столешницы до плоскости пола, чтобы рассчитать свой прыжок.

Но и в этом ему на помощь могла прийти стереометрия. Как жаль, что кот ее не знает, поэтому все проверяет на практике.

Теперь нам нужно найти расстояние между параллельными плоскостями.

Расстояние между параллельными плоскостями — это длина перпендикуляра, опущенного из любой точки одной плоскости на вторую плоскость.

Вот так, благодаря одной прогулке до магазина и любопытству кота, мы рассмотрели, как находятся расстояния между двумя фигурами. Ничего сложного, верно?

При решении задач, конечно, в условии не встретишь любопытного кота или муху на объявлении, но кто мешает включать нам фантазию и представить условие задачи как жизненные ситуации.

Фактчек

  • Расстояние между точками — это длина отрезка между ними. Расстояние между точкой и прямой — это длина перпендикуляра, опущенного из этой точки на прямую.
  • Расстояние между параллельными прямыми — это длина перпендикуляра, проведенного между ними. Расстояние между скрещивающимися прямыми — длина их общего перпендикуляра.
  • Расстояние от точки до плоскости — это длина перпендикуляра, опущенного из этой точки на плоскость.
  • Расстояние между прямой, параллельной плоскости, и плоскостью — это длина перпендикуляра, опущенного из любой точки этой прямой на плоскость.
  • Расстояние между параллельными плоскостями — это длина перпендикуляра, опущенного из любой точки одной плоскости на вторую плоскость.

Проверь себя

Задание 1.
Как найти расстояние между точкой и прямой?

  1. Найти длину любой линии от этой точки до прямой.
  2. Найти длину перпендикуляра, опущенного из этой точки на прямую.
  3. Невозможно найти расстояние между точкой и прямой.
  4. Ни один из вышеперечисленных вариантов.

Задание 2.
Как найти расстояние между скрещивающимися прямыми?

  1. Найти длину произвольной прямой между ними.
  2. Найти длину прямой, перпендикулярной одной из прямых и не перпендикулярной второй прямой.
  3. Найти длину их общего перпендикуляра.
  4. Невозможно найти расстояние между скрещивающимися прямыми.

Задание 3.
Как найти расстояние от точки до плоскости?

  1. Найти длину перпендикуляра, опущенного из этой точки на плоскость.
  2. Найти длину произвольной линии, проведенной из точки к плоскости.
  3. Найти расстояние от точки до любой прямой, лежащей в плоскости.
  4. Невозможно найти расстояние между точкой и плоскостью.

Задание 4.
Как найти расстояние от прямой до плоскости?

  1. Найти длину произвольной линии, проведенной из любой точки этой прямой до плоскости.
  2. Найти длину отрезка, соединяющего любую точку на прямой и любую прямую в плоскости.
  3. Найти длину перпендикуляра, опущенного из любой точки этой прямой на плоскость.
  4. Невозможно найти расстояние между прямой и плоскостью.

Задание 5.
Как найти расстояние между параллельными плоскостями?

  1. Невозможно найти расстояние между параллельными плоскостями.
  2. Найти длину перпендикуляра, опущенного из любой точки одной плоскости на вторую плоскость.
  3. Найти длину отрезка, соединяющего точку одной плоскости с произвольной точкой на второй плоскости.
  4. Найти длину отрезка, соединяющего две произвольные прямые в плоскостях.

Ответы: 1. — 2 2. — 3 3. — 1 4. — 3 5. — 2

найти расстояние между параллельными прямыми 3x-y+7=0 и 3x-y-3=0

Поскольку прямые параллельны, то достаточно взять какую-нибудь точку на прямой 3Х-У+7=0 и найти расстояние от этой точки до второй прямой 3Х-У-3=0 ( а не до конкретной точки на этой прямой, как сделал предыдущий оратор) . Выберем точку на прямой 3Х-У+7=0 Удобно взять У=7,тогда Х=0. Итак М (0, 7) лежит на прямой 3Х-У+7=0. Будем искать её расстояние до прямой 3Х-У-3=0. Для этого используем формулу расстояния от точки до прямой: если точка имеет координаты (Х0,У) , а прямая-уравнение АХ+ВУ+С=0, то расстояние р=lAX0+BY0+Cl/sqrt(A^2+B^2); у нас расстояние будет : p=l0-7-3l/sqrt(3^2+(-1)^2)=10/sqrt10=sqrt10 Ответ: расстояние между прямыми равно sqrt10 или примерно 3,16.

Остальные ответы

решаем оба уравнения относительно y принимая x = 0:
1. y1 = 7
2. y2 = -3

результирующее смещение по y: |y1|+|y2| = 10

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *