设空间中有三个平面 a1x+b1y+c1z+d1=0, a2x+b2y+c2z+d2=0, a3x+b3y+c3z+d3=0, 求r().

admin2020-03-05  17

问题 设空间中有三个平面
a1x+b1y+c1z+d1=0,
a2x+b2y+c2z+d2=0,
a3x+b3y+c3z+d3=0,
求r().

选项

答案记αi=(ai,bi,ci) (i=1,2,3)是平面的法向量,A=[*]是方程组的系数矩阵,[*]是增广矩阵,βi=(ai,bi,ci,di)是αi的延伸向量. (Ⅰ)平面两两不平行,有且仅有一个公共点的充要条件是r(A)=r[*]=3. 这可从方程组有唯一解来推导,亦可从法向量来看,这时的三个法向量不共面,因而α1,α2,α3线性无关,即r(A)=3,αi延伸后βi仍线性无关.故r[*]=3. (Ⅱ)三个平面两两相交,围成一个三棱柱的充要条件是α1,α2,α3线性相关,但任两个线性无关,且r[*]=3. 法向量在与三棱柱的棱垂直的平面上,因而α1,α2,α3共面,但不共线,因此α1,α2,α3线性相关,但任两个线性无关,从而r(A)=2,此时方程组无解,r[*]=3. (Ⅲ)三个平面两两不平行,并有一条公共直线的充要条件是α1,α2,α3线性相关,但任两个线性无关,且r[*]=2. (Ⅳ)有两个平面平行(不重合),第三个平面与它们相交的充要条件是α1,α2线性相关,但α3不能用α1,α2线性表出,且r[*]=3. (Ⅴ)有两个平面重合,第三个平面与它们相交的充要条件是β1,β2线性相关,但α3不能用α1,α2线性表出,且r[*]=2. [*]

解析
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