Piani reali tridimensionali.


Piano per l'origine

Dato il versore n

Eqn001.gif

l'insieme dei punti P(x;y;z) individuati dai vettori Eqn002.gif 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

Eqn003.gif

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.

Eqn004.gif

Il piano Π per l'origine perpendicolare al versore n ha equazione

Eqn005.gif

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

Eqn038.gif

Il punto P(1;0;-1)Π.

 

In generale, ogni equazione di forma Eqn006.gif è l'equazione di un piano per l'origine con versore Eqn007.gif

Esempio.

Il versore del piano di equazione Eqn008.gif è

Eqn009.gif

 


Equazione cartesiana del piano.

Dati il punto P(xP;yP;zP) e il punto Q(x;y;z) , un'equazione di forma

Eqn010.gif

è l'equazione di un piano perpendicolare al vettore d, differenza tra i vettori corrispondenti a Q e P con versore

Eqn011.gif

Si ha

Eqn012.gif

L'ultima delle precedenti equazioni è l'equazione cartesiana di un piano tridimensionale reale di versore n.

Esempi.

 


Piano per tre punti.

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

Eqn016.gif

Sottraendo la seconda e la terza di queste equazioni dalla prima, si ha

Eqn017.gif

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

Eqn018.gif

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 Eqn015.gif individuano il piano di equazione

Eqn019.gif

 

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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Piano per una retta e un punto.

Dati la retta r di equazioni parametriche Eqn039.gif 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 Eqn040.gif, 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

 


Angolo tra due piani.

L'angolo tra due piani coincide con l'angolo formato dai loro versori.

Dati i piani Π1 e Π2 rispettivamente di equazioni

Eqn027.gif

i loro versori sono

Eqn028.gif

Il coseno dell'angolo θ tra questi versori `

Eqn029.gif

Esempio.

Dati i piani Π1 e Π2 di equazioni

Eqn030.gif

si ha

Eqn031.gif

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.

Eqn032.gif

Esempio.

Dati i piani Π1 e Π2 di equazioni

Eqn030.gif

le equazioni della loro intersezione sono

Eqn033.gif

Per ottenere le equazioni parametriche di questa retta si può procedere nel seguente modo:

 

 


Proiezione di un punto su un piano.

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:

Esempio.

Dati il piano Π di equazione Eqn025.gif e il punto P(2;3;4), si ha H(-8/9;1/9;23/9).

 

 


Distanza di un punto da un piano.

La distanza di un punto P da un piano è data dalla distanza tra il punto e la sua proiezione H sul piano.

Eqn024.gif

Esempio.

Dati il piano Π di equazione Eqn025.gif e il punto P(2;3;4), la distanza d=PΠ è

Eqn026.gif

 


Quesito alla Maturità scientifica 2016

Vedere il quesito 9