在乙個空間有內四條互不共面的直線,是否一定存在一條直線與它們都相交?

時間 2021-06-21 23:53:58

1樓:謎之槍兵X

未必。我找到乙個絕妙的反例,等我有繪圖工具再更新。

突然想起我有GeoGebra。先上圖:

圖中:大黑點A代表一條垂直於紙面(螢幕)的直線。

黃線BC、紅線BD、藍線CD分別代表與紙面成45度角的直線,且互不相交;橙點B、綠點C、紫點D只是它們在紙面上投影的交點,並不是它們的真正交點。三個投影組成等邊三角形,A是它的中心。

設過A有一條直線(圖中的灰線)與真實的CD、BD、BC分別交於H、I、J(三個灰點),顯然三點必有乙個在三角形BCD外。不失一般性,設H在三角形BCD外,且在射線ED上,對應紙面外側。由此,則J必在GC之間,也對應紙面外側;那麼在二者之間的I同樣應該在紙面外側。

但從圖上不難看出I應該在FD之間,對應的是紙面內側,矛盾!由此可見不存在直線與這樣的四條直線都相交。

實際上,如 @Jack Huang 和匿名答主所說,與三條兩兩異面的直線都相交的直線,軌跡會是乙個直紋二次曲面(單葉雙曲面或雙曲拋物面);對這個例子來說,與(真實的)BC、BD、CD都相交的直線顯然構成乙個等軸單葉雙曲面。只要在這個單葉雙曲面的「裡面」(例如漸近雙錐內部)或者「外面」選一條直線作為第四條,就不存在直線與四者都相交了。這裡的直線A也是最顯然在漸近雙錐內部的直線(漸近雙錐的軸)。

2樓:

是的。簡單分析:一條直線4個自由度,每要求跟另一條直線相交就少乙個自由度,所以跟4條(一般)直線相交的時候恰好有0個自由度,也就是有有限個解。

構造的話,白話說就是在L1上取一點P1,和L2構成乙個平面F12,與L3交於P3。連線P1、P3得到的直線L123與L1、L2、L3都相交。讓P1在L1上運動,L123劃過的軌跡構成乙個直紋曲面F123。

同理與L1、L2、L4同時相交的直線族構成直紋曲面F124。這兩個曲面有4條交線,其中2條是它們公共的基線L1、L2,另兩條同時與L1、L2、L3、L4相交。嚴格的構造過程寫在下面。

假設四條直線分別由引數方程 確定,假設 是直線 上的乙個動點,令 , ,列包含 的二次直紋曲面方程

這是乙個關於t的二次方程,要求它恆成立,也就是要求它關於t的常數、一次、二次係數均為0。這是三個關於 的一次方程。

聯立就得到了乙個包括9個等式的10元1次方程組。隨便挑個非0項賦成1(這裡沒有損失自由度,因為 和 確定的是同乙個曲面),這就得到了乙個矩陣 ,使得 同時在由 確定的直紋二次曲面上。

同理由 確定乙個直紋二次曲面 。

與 有4條交線,其中兩條是 ,另兩條與 都相交。

3樓:Doooggy

不存在,僅有三條的情況都能舉出反例。假設現在有三條直線都與xoy平面平行,第一條直線為,第二條為,第三條為,那麼第一條與第二條都相交的直線為,它顯然不與第三條直線相交,故證明不一定存在一條直線與四個不同面的直線相交

4樓:Jack Huang

有個初步想法,若只有兩條非共面的直線,與他們都相交的直線應該構成了無窮多個曲面。那麼如果有三條非共面的直線,與他們都相交的直線應該可以構成乙個曲面。如果有四條非共面的直線,那麼第四條直線必須與前三條直線確定的曲面有交點,才存在一條直線與四條非共面直線都相交。

我感覺這是乙個很苛刻的條件,所以大概是不一定存在。

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