如何證明不共線的三個點確定乙個平面?

時間 2021-06-01 07:04:36

1樓:南中國海的一條魚

將不共線的三點座標代入到平面方程,得到待定係數方程組,證明該方程組對應矩陣的秩是3而未知數個數是4( ),從而證明基礎解系只有乙個向量,從而證明平面是唯一的。

具體過程,設點 ,將 分別代入到 ,得 為方便起見,需對這個方程組進行改造,也就是對係數矩陣先進行一下初等列變換(交換列)

對係數矩陣進行初等行變換,第二行減第一行,第三行減第一行,得按照矩陣的秩的定義,如果某矩陣存在乙個行列式的值不為零的 階子矩陣,且任何 階矩陣的行列式的值均為零,那麼該矩陣的秩就是 .這裡我們想證明上面這個矩陣的秩是 ,因而我們只要嘗試通過計算找出乙個行列式的值不為零的 階子矩陣即可,這裡我們選取如下三個 階子矩陣 它們對應的行列式分別是(設這三個行列式的值分別是 ) 按第一列展開,我們可以迅速得到

因為 不共線,所以 和 線性無關,也就是說 和 不平行。一開始我們設的是點 ,這樣我們有

根據向量積的定義,我們有

所以 ,因為 和 不平行,所以 ,所以 不全為零,即這三個行列式的值不全為零,由此證明,矩陣 至少存在乙個行列式的值不為零的 階矩陣,即 所以,關於 的方程組的基礎解系只有乙個向量,我們假設這個向量是 ,其中 不全為零,則有

綜上所述,由不共線的三點 所確定的平面方程是 其中,無論 取哪個非零值,這個方程都只表示乙個平面,這就證明了不共線的三個點確定乙個平面。

類似的,我們也可以證明:兩點確定一條直線。

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