Dato il versore n
l'insieme dei punti P(x;y;z) individuati dai vettori ortogonali a n è il piano Π per l'origine perpendicolare a n.
Due vettori sono ortogonali se e solo se il loro prodotto scalare è nullo, quindi
Questa è l'equazione del piano Π per l'origine perpendicolare a n e, viceversa, n è il versore del piano Π
Tutte le rette perpendicolari a Π hanno versore n e, viceversa, tutte le rette con versore n sono perpendicolari a Π.
Esempio.
Il piano Π per l'origine perpendicolare al versore n ha equazione
I coefficienti di questa equazione sono definiti a mano di un costante moltiplicativa non nulla, quindi l'equazione di Π può più economicamente essere scritta
Il punto P(1;0;-1) ∈ Π.
In generale, ogni equazione di forma è l'equazione di un piano per l'origine con versore
Esempio.
Il versore del piano di equazione è
Dati il punto P(xP;yP;zP) e il punto Q(x;y;z) , un'equazione di forma
è l'equazione di un piano perpendicolare al vettore d, differenza tra i vettori corrispondenti a Q e P con versore
Si ha
L'ultima delle precedenti equazioni è l'equazione cartesiana di un piano tridimensionale reale di versore n.
Esempi.
Il versore del piano di equazione è
Le intersezioni del piano con gli assi coordinati sono:
Dato il versore , il piano per P(1;0;0) di versore n ha equazione
Dati i punti distinti A(xA;yA;zA), B(xB;yB;zB) e C(xC;yC;zC), i coefficienti dell'equazione del piano che li comprende devono soddisfare le seguenti condizioni
Sottraendo la seconda e la terza di queste equazioni dalla prima, si ha
Poiché i parametri a, b e c sono definiti a meno di una costante moltiplicativa non nulla, questo sistema deve essere verificato per qualunque terna ka, kb e kc, quindi deve essere indeterminato rispetto a questi parametri. Ciò implica che
Questa è l'espressione più sintetica dell'equazione del piano per A, B e C. Sviluppando il determinante si ottiene l'equazione lineare.
Esempio.
I punti individuano il piano di equazione
La seguente applicazione JS, accessibile solo se il browser in uso permette il tag iframe
, calcola l'equazione del piano per tre punti A, B, C.
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, potete aprire la pagina sorgente.
Dati la retta r di equazioni parametriche e il punto C(xC;yC;zC) esterno a r, l'equazione del piano Π per r e C si può ottenere scegliendo a piacere due punti A e B di r (ad esempio quelli dati dai valori 0 e 1 di t) e calcolando l'equazione del piano per A, B, C.
Esempio.
Dati il punto C(2;3;4) la retta di equazione , due possibili punti A e B sono A(0;1;2) e B(1;3;3) e dall'applicazione precedente si ottiene Π: 2 x - y + 1 = 0
L'angolo tra due piani coincide con l'angolo formato dai loro versori.
Dati i piani Π1 e Π2 rispettivamente di equazioni
i loro versori sono
Il coseno dell'angolo θ tra questi versori `
Esempio.
Dati i piani Π1 e Π2 di equazioni
si ha
I piani sono perpendicolari se cosθ=0, paralleli (o coincidenti) se cosθ=1.
Se i piani non sono paralleli né coincidenti, la loro intersezione è una retta le cui equazioni si ottengono dal sistema delle equazioni dei due piani.
Esempio.
Dati i piani Π1 e Π2 di equazioni
le equazioni della loro intersezione sono
Per ottenere le equazioni parametriche di questa retta si può procedere nel seguente modo:
si sottraggono membro a membro le equazioni, riducendo la variabile x:
si assume y come parametro: y≡t, quindi:
e, dalla prima equazione
quindi le equazioni parametriche della retta sono
Dati il piano Π di equazione ax+by+cz+d=0 e il punto P(xP;yP;zP), la proiezione di P su Π si può ottenere nel seguente modo:
si calcolano le equazioni parametriche della retta p per P e perpendicolare a Π. Il versore della retta coincide con il versore del piano:
Le coordinate dell'intersezione H di p con Π sono
e devono soddisfare l'equazione del piano
Esempio.
Dati il piano Π di equazione e il punto P(2;3;4), si ha H(-8/9;1/9;23/9).
La distanza di un punto P da un piano PΠ è data dalla distanza tra il punto e la sua proiezione H sul piano.
Esempio.
Dati il piano Π di equazione e il punto P(2;3;4), la distanza d=PΠ è
Vedere il quesito 9