三個平麵可有、隻有、共有 八種關係
命題1: 一對(兩個)平麵可有、隻有、共有 平行、重合、相交三種關係。
命題2: 如果一個平麵與另外兩個平麵重合,則另外兩個平麵也重合。
命題3: 如果兩個平麵相交,則第三個平麵至少要和它們中的一個相交。
命題4: 一條直線和一個平麵也是可有、隻有、共有 平行、重合、相交三種關係。
一. 對於三個平麵,可組合成C(3,2)= 3對不同平麵。每對平麵都可有命題1所提到的三種關係:平行、 重合、 相交。因此,一種 “三個平麵的關係”就可由 三個“一對平麵的關係”來決定了。
二.“三個平麵的關係”的種類 可以通過若幹種方法來分析, 從而得到區別和劃分。
1. 按三對平麵關係相同的個數 可分為
1.1.三對平麵的關係都相同:
平行 平行 平行
重合 重合 重合
相交 相交 相交
1.2.三對平麵的關係有兩對相同,一對不同:
平行 平行 重合
平行 平行 相交
平行 重合 重合
重合 重合 相交
平行 相交 相交
重合 相交 相交
1.3.三對平麵的關係都不相同:
平行 重合 相交
然而,根據命題2: 如果一個平麵與另外兩個平麵重合,則另外兩個平麵也重合,因此 平行 重合 重合 是不可能的。根據命題3: 如果兩個平麵相交,則第三個平麵至少要和它們中的一個相交,因此平行 平行 相交、重合 重合 相交 、 平行 重合 相交 是不可能的。
這樣,就還有如下6種可能的 三個平麵的關係:
平行 平行 平行
重合 重合 重合
相交 相交 相交
平行 平行 重合
平行 相交 相交
重合 相交 相交
2. 按 平行、 重合、 相交 的次序依次靠慮三對平麵的關係
2.1.一對平麵的關係是平行
2.1.1.第三個平麵 與 這一對平麵都平行,即 平行 平行 平行;
2.1.2.第三個平麵 與 這一對平麵中的一個重合,另一個平行,即 平行 平行 重合;
2.1.3.第三個平麵 與 這一對平麵都相交,即 平行 相交 相交。
2.2.任何一對平麵的關係都不是平行。一對平麵的關係是重合
2.2.1.第三個平麵 與 這一對平麵都重合,即 重合 重合 重合;
2.2.2.第三個平麵 與 這一對平麵都相交,即 重合 相交 相交。
2.3.任何一對平麵的關係既不是平行,也不是重合。三對平麵的關係都是相交
2.3.1.三對平麵的關係都是相交,即相交 相交 相交。
3. 按 平行、 重合、 相交 的其它五個次序依次靠慮三對平麵的關係
4. 其它可能的分析方法
三.相交 相交 相交 ,三個平麵 兩兩相交的情況 比較複雜。
如果二個平麵相交,就有一條交線。第三個平麵與前二個平麵都相交。這條交線與第三個平麵,根據命題4,可有平行 、重合、 相交 三種關係。
1.如果前二個平麵的交線與第三個平麵平行,則三個平麵 兩兩相交成 三條平行的直線。
2.如果前二個平麵的交線與第三個平麵重合,則三個平麵 兩兩相交成 一條直線。
3.如果前二個平麵的交線與第三個平麵相交,則三個平麵 兩兩相交成 三條匯於一點的直線。
這樣,從相交 相交 相交 又衍生出三種可能的 三個平麵的關係。
四. 結論:三個平麵可有、隻有、共有 八種關係。它們是
1. 三個平麵 兩兩平行(平行 平行 平行);
2. 二個平麵平行,第三個平麵與前兩個平麵之一重合(平行 平行 重合);
3. 二個平麵平行,第三個平麵與前兩個平麵都相交(平行 相交 相交);
4. 三個平麵 重合(重合 重合 重合);
5. 二個平麵重合,第三個平麵與前兩個平麵都相交(重合 相交 相交);
6. 三個平麵 兩兩相交成 三條平行的直線(相交 相交 相交1);
7. 三個平麵 兩兩相交成 一條直線(相交 相交 相交2);
8. 三個平麵 兩兩相交成 三條匯於一點的直線(相交 相交 相交3)。
五. 推廣到三個三元方程的方程組。
一個三元方程 對應於 笛卡爾直角座標係中的 一個平麵,三個三元方程 就對應於 笛卡爾直角座標係中的 三個平麵。因此,上述三個平麵的八種關係,就對應了 三個三元方程的方程組 的八種解的情況。
1. 三個平麵 兩兩平行(平行 平行 平行),對應的方程組無解;
2. 二個平麵平行,第三個平麵與前兩個平麵之一重合(平行 平行 重合),對應的方程組無解;
3. 二個平麵平行,第三個平麵與前兩個平麵都相交(平行 相交 相交),對應的方程組無解;
4. 三個平麵 重合(重合 重合 重合),整個重合平麵上的點都是對應方程組的解,無窮解;
5. 二個平麵重合,第三個平麵與前兩個平麵都相交(重合 相交 相交),整個交線上的點都是對應方程組的解,無窮解;
6. 三個平麵 兩兩相交成 三條平行的直線(相交 相交 相交1),對應的方程組無解;
7. 三個平麵 兩兩相交成 一條直線(相交 相交 相交2),整個交線上的點都是對應方程組的解,無窮解;
8. 三個平麵 兩兩相交成 三條匯於一點的直線(相交 相交 相交3),三條直線匯於的那一點是對應方程組的唯一解。
注意到,隻有在第8種情況下,方程組才有唯一的解。
六.三元方程組的係數 具有 怎樣的特征 才能導至 這八種不同的解的情況 呢?有待進一步地探討。
(完)