Geometrie/Vzájemná poloha dvou přímek

Z testwiki
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Rovnoběžky p1 a p2.
Různoběžky p1 a p2 s průsečíkem P.
Mimoběžky p1 a p2.

V rovině

Rovnoběžky v rovině jsou přímky, které mají stejný směr a nemají žádný společný bod. Speciálním případem je totožnost. Dále různoběžky jsou přímky, které se protínají právě v jednom bodě – průsečíku. Ten je tedy jejich jediným společným bodem.

Algebraické řešení

Mějme dvě přímky v rovině dané směrnicovými rovnicemi

y=k1x+q1
y=k2x+q2

popř. obecnými rovnicemi

a1x+b1y+c1=0
a2x+b2y+c2=0

Dvě přímky v rovině jsou rovnoběžné, pokud mají stejné směrnice. Jsou-li tedy dvě přímky zadány směrnicovými rovnicemi, pak podmínka rovnoběžnosti má tvar

k1=k2

Jsou-li přímky zadány obecnými rovnicemi, pak podmínku rovnoběžnosti lze vyjádřit pomocí determinantu jako

|a1b1a2b2|=a1b2−a2b1=0

Přímky zadané rovnicemi směrnicovými rovnicemi jsou kolmé, pokud jejich směrnice splňují podmínku k1k2+1=0, kterou obvykle zapisujeme jako

k1=−1k2

Rovnice zadané v obecném tvaru jsou kolmé pokud splňují podmínku

a1a2+b1b2=0

Průsečík dvou přímek zadaných směrnicovými rovnicemi získáme řešením této soustavy, čímž dostaneme souřadnice průsečíku

xP=q1−q2k2−k1
yP=q1k2−q2k1k2−k1

Podobně pro průsečík přímek zadaných obecnými rovnicemi dostaneme

xP=|b1c1b2c2||a1b1a2b2|
yP=|c1a1c2a2||a1b1a2b2|

Z předchozích vztahů je vidět, že pokud je splněna podmínka rovnoběžnosti, tak přímky jsou rovnoběžné a nemají tedy průsečík.

Odchylka φ dvou různoběžných přímek zadaných směrnicovými rovnicemi je pro k1k2≠−1 dána vztahem

tg⁡φ=|k2−k11+k1k2|

Jsou-li rovnice zadány obecnými rovnicemi, pak pro odchylku dostáváme

tg⁡φ=|a1b2−a2b1a1a2+b1b2|

pro a1a2+b1b2≠0.

V prostoru

Rovnoběžky v prostoru jsou přímky, které mají stejný směr. Speciálním případem jsou totožné přímky. Dále různoběžky jsou přímky, které se protínají právě v jednom bodě, tedy mají právě jeden společný bod. Mimoběžky jsou přímky, které neleží ve stejné rovině a proto se neprotínají i když mají různý směr.

Poloha přímek v rovině je speciálním případem polohy přímek v prostoru.

Algebraické řešení

Dvě přímky zadané obecnými rovnicemi tvoří soustavu

a1x+b1y+c1z+d1=0
a2x+b2y+c2z+d2=0
a3x+b3y+c3z+d3=0
a4x+b4y+c4z+d4=0

Tyto dvě přímky se protínají v jednom bodě právě tehdy, když platí

|a1b1c1d1a2b2c2d2a3b3c3d3a4b4c4d4|=0

Máme-li dvě přímky vyjádřené vztahy

y=m1x+q1
z=n1x+r1
y=m2x+q2
z=n2x+r2

Pak podmínku, aby se tyto přímky proťaly lze zapsat

q1−q2r1−r2=m1−m2n1−n2

Pro souřadnice průsečíku pak platí

xP=q2−q1m1−m2=r2−r1n1−n2
yP=m1q2−m2q1m1−m2
zP=n1r2−n2r1n1−n2

Pokud se takové přímky protínají, pak jejich odchylku φ určíme jako

cos⁡φ=|1+m1m2+n1n2|(1+m12+n12)(1+m22+n22)

Podmínku rovnoběžnosti přímek lze pak vyjádřit jednoduchými vztahy m1=m2 a n1=n2. Přímky jsou kolmé, je-li splněna podmínka 1+m1m2+n1n2=0.

Mějme přímky vyjádřeny rovnicemi

x−x1cos⁡α1=y−y1cos⁡β1=z−z1cos⁡γ1
x−x2cos⁡α2=y−y2cos⁡β2=z−z2cos⁡γ2

Odchylka těchto přímek se určí jako

cos⁡φ=cos⁡α1cos⁡α2+cos⁡β1cos⁡β2+cos⁡γ1cos⁡γ2

Podmínku rovnoběžnosti takovýchto přímek lze zapsat rovnicemi cos⁡α1=cos⁡α2,cos⁡β1=cos⁡β2,cos⁡γ1=cos⁡γ2. Podmínku kolmosti lze vyjádřit jako cos⁡α1cos⁡α2+cos⁡β1cos⁡β2+cos⁡γ1cos⁡γ2=0.

Vzdálenost δ dvou mimoběžných přímek udává vztah

δ=||x1−x2y1−y2z1−z2cos⁡α1cos⁡β1cos⁡γ1cos⁡α2cos⁡β2cos⁡γ2||cos⁡β1cos⁡γ1cos⁡β2cos⁡γ2|2+|cos⁡γ1cos⁡α1cos⁡γ2cos⁡α2|2+|cos⁡α1cos⁡β1cos⁡α2cos⁡β2|2|

Související články

Externí odkazy

Vzájemná poloha přímek daných parametrickými rovnicemi