Прямые и точки принадлежащие данной плоскости. Проекции точки и прямой, принадлежащих плоскости общего положения. Чтобы определить видимость точек на плоскости проекций π2 надо определить расположение этих точек на горизонтальной плоскости проекций при в

Задана плоскость α = ΔАВС , плоскость σ - горизонтально-проецирующая (σ ⊥ π1 ) ⇒ σ1 - горизонтальный след плоскости (Рисунок 3.14).
Построить линию пересечения этих плоскостей.

Решение :

Так как плоскость σ пересекает стороны АВ и АС треугольника АВС , то точки пересечения K и L этих сторон с плоскостью σ являются общими для обеих заданных плоскостей, что позволит, соединив их, найти искомую линию пересечения.

Точки могут быть найдены как точки пересечения прямых с проецирующей плоскостью: находим горизонтальные проекции точек K и L , то есть K 1 и L 1 на пересечении горизонтального следа (σ1 ) заданной плоскости σ с горизонтальными проекциями сторон ΔАВС : А 1 В 1 и A 1 C 1 . После чего посредством линий проекционной связи находим фронтальные проекции этих точек K 2 и L 2 на фронтальных проекциях прямых АВ и АС . Соединим одноимённые проекции: K 1 и L 1 ; K2 и L 2 . Линия пересечения заданных плоскостей построена.

Алгоритм решения задачи :

АВ ∩ σ = K ⇒ А 1 В 1 ∩ σ1 = K 1 → K 2
АС ∩ σ = L ⇒ A 1 C 1 ∩ σ1 = L 1 → L 2
KL - линия пересечения ΔАВС и σ (α ∩ σ = KL ).

Рисунок 3.14. Пересечение плоскостей общего и частного положения

Упражнение

Заданы плоскости α = m // n и плоскость β = ΔАВС (Рисунок 3.15).
Построить линию пересечения заданных плоскостей.

Решение :

1. Чтобы найти точки, общие для обеих заданных плоскостей и задающие линию пересечения плоскостей α и β, необходимо воспользоваться вспомогательными плоскостями частного положения.
   
2. В качестве таких плоскостей выберем две вспомогательные плоскости частного положения, например: σ // τ ; σ ⊥ π 2 ; τ ; ⊥ π 2 .
   
3. Вновь введённые плоскости пересекаются с каждой из заданных плоскостей α и β по прямым, параллельным друг другу, так как σ // τ ;:
   - результатом пересечения плоскостей α, σ и τ ; являются прямые (4-5) и (6-7);
   - результатом пересечения плоскостей β, σ и τ ; являются прямые (3-2) и (1-8).
4. Прямые (4-5) и (3-2) лежат в плоскости σ; точка их пересечения М одновременно лежит в плоскостях α и β, то есть на прямой пересечения этих плоскостей;
   
5. 
   
   Решение :
   
   
   1. Воспользуемся вспомогательными секущими плоскостями частного положения. Введём их так, чтобы сократить количество построений. Например, введём плоскость σ ⊥ π2 , заключив прямую а во вспомогательную плоскость σ (σ ∈ a ).
   2. Плоскость σ пересекает плоскость α по прямой (1-2), а σ ∩ β = а . Следовательно (1-2) ∩ а = K .
   3. Точка К принадлежит обеим плоскостям α и β.
   4. Следовательно, точка K , является одной из искомых точек, через которые проходит прямая пересечения заданных плоскостей α и β.
   5. Для нахождения второй точки, принадлежащей прямой пересечения α и β, заключим прямую b во вспомогательную плоскость τ ⊥π2 (τ ∈ b ).
   6. Соединив точки K и L , получим прямую пересечения плоскостей α и β.
   3.8.3. Взаимно перпендикулярные плоскости

   Плоскости взаимно перпендикулярны, если одна из них проходит через перпендикуляр к другой.
   
   Упражнение

   Задана плоскость σ ⊥ π2 и прямая общего положения - DE (Рисунок 3.17).
   Требуется построить через DE плоскость τ ⊥ σ.
   
   Решение :
   Проведем перпендикуляр CD к плоскости σ - C 2 D 2 ⊥ σ2 .
   

   Рисунок 3.17 - Построение плоскости, перпендикулярной к заданной плоскости
   
   По теореме о проецировании прямого угла C 1 D 1 должна быть параллельна оси проекций. Пересекающиеся прямые CD ∩ DE задают плоскость τ . Итак, τ ⊥ σ.
   Аналогичные рассуждения, в случае плоскости общего положения.
   
   Упражнение

   Задана плоскость α = ΔАВС и точка K вне плоскости α.
   Требуется построить плоскость β ⊥ α, проходящую через точку K .
   
   Алгоритм решения (Рисунок 3.18):
   
   

   1. Построим горизонталь h и фронталь f в заданной плоскости α = Δ АВС ;
      
   2. Через точку K проведём перпендикуляр b к плоскости α (по теореме о перпендикуляре к плоскости: если прямая перпендикулярна плоскости, то её проекции перпендикулярны к наклонным проекциям горизонтали и фронтали, лежащих в плоскости: b 2 ⊥ f 2 ; b 1 ⊥ h 1 );
      
   3. Задаем плоскость β любым способом, учитывая, например, β = a ∩ b , таким образом, плоскость, перпендикулярная к заданной, построена: α ⊥ β.

   Рисунок 3.18 - Построение плоскости, перпендикулярной к заданной ΔАВС

   Задачи для самостоятельной работы

   1. Задана плоскость α = m // n . Известно, что K ∈ α.
   Постройте фронтальную проекцию точки К .

5.1 Задание плоскости

Плоскость задается тремя произвольными точками, не принадле­жащими одной прямой. Плоскость в пространстве можно задать:

· тремя точками, не лежащими на одной прямой (рисунок 5.1, а);

· прямой и не принадлежащей ей точкой (рисунок 5.1, б );

· двумя пересекающимися прямыми (рисунок 5.1, в );

· двумя параллельными прямыми (рисунок 5.1, г );

· любой плоской фигурой (рисунок 5.1, д ).

Рисунок 5.1

Каждый из перечисленных способов задания плоскости допускает переход к любому другому, т.к. положение прямой в плоскости опре­деляется двумя ее точками или одной точкой и направлением этой прямой.

Часто применяется способ задания плоскости с помощью прямых линий (взаимно пересекающихся или параллельных), по которым данная плоскость пересекается с плоскостями проекций П 1 П 2 , П 3 . Кроме этого- это задание плоскости следами, при этом сохраняется наглядность изображения (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2

5.2 Следы плоскости.

Линия пересечения рассматриваемой плоскости с плоскостью проекций (П 1 , П 2 , П 3 ) называется следом плоскости. Иными словами, след плоскости - это прямая, лежащая в плоскости проекций. Следу присваивается наименование той плоскости проекций, которой он принадлежит. Например, горизонтальный след получен при пересече­нии заданной плоскости с плоскостью П 1 и обозначается , фрон­тальный - с плоскостью П 2 (), профильный - с плоскостью П 3 (). Два следа одной и той же плоскости пересекаются на оси про­екции в точке, называемой точкой схода следов. Каждый из следов плоскости совпадает со своей одноименной проекцией, остальные проекции оказываются лежащими на осях. Например, горизонтальный след плоскости Σ(рисунок 5.2) совпадает со своей горизонтальной проек­цией , фронтальная его проекция находится на оси х , а профильная на оси у. По расположению следов плоскости можно судить о по­ложении данной плоскости в пространстве относительно плоскостей проекций П 1 ,П 2 , П 3 .

5.3 Положение плоскости относительно плоскостей проекций

Любая, произвольно взятая в пространстве плоскость, может за­нимать общее или частное положение. Плоскостью общего положения называется плоскость, которая не перпендикулярна ни к одной из плоскостей проекций (см. рисунок 5.2). Все остальные плоскости (кроме плоскостей проекций) относятся к плоскостям частного положения и подразделяются на проецирующие плоскости и плоскости уровня. |Проецирующей называется плоскость, перпендикулярная к одной
из плоскостей проекций. Например, горизонтально-проецирующая плоскостьперпендикулярна к горизонтальной плоскости проекции П 1 (рисунок 5.3).

Рисунок 5.3

Горизонтальные проекции всех геометрических образов (точек, прямых, фигур), лежащих в этой плоскости, совпадают с горизон­тальным следом 1 . Угол, который образуется между плоскостями и П 2 , проецируется на П 1 без искажения. Фронтальный след 2 пер­пендикулярен к оси x.

Фронтально-проецирующая плоскость () перпендикулярна к фронтальной плоскости П 2 показана на рисунке 5.4. Фронтальные проекции всех геометрических образов (точек, пря­мых, фигур), лежащих в этой плоскости, совпадают с фронтальным следом плоскости 2 . Угол , который образуется между заданной плоскостью и П 1 , проецируется на П 2 без искажения. Горизонталь­ный след плоскости 1 перпендикулярен к оси x.

Рисунок 5.4

Профильно-проецирующая плоскость Т (T 1 , T 2) перпендикулярна к профильной плоскости проекции П 3 (рисунок 5.5).

Рисунок 5.5

Профильные проекции всех геометрических образов (точек, прямых, фигур), лежащих в этой плоскости, совпадают с профильным следом плоскости Т 3 . Углы и , которые образуются между задан­ной плоскостью и плоскостями проекций П 1 и П 2 (= T^П 1 ; = Т^П 2 ), проецируются на плоскость П 3 без искажений. Горизон­тальный и фронтальный следы плоскости параллельны оси х.

Профильно-проецирующая плоскость может проходить через ось x: (рисунок 5.6).

Рисунок 5.6

Следы этой плоскости 1 = 2 совпадают друг с другом и с осью x, поэтому не определяют положение плоскости. Необходимо кроме следов задать в плоскости точку (рисунок 5.6). В частном случае эта плос­кость может быть биссекторной плоскостью. Угол ° = °, а точка А равноудалена от плоскостей проекций П 1 и П 2 . Плоскостью уровня называется плоскость, перпендикулярная од­новременно к двум плоскостям проекций и параллельная третьей. Та­ких плоскостей три разновидности (рисунок 5.7):

· горизонтальная плоскость уровня перпендикулярна к П 2 , П 3 и параллельна П 1 (рисунок 5.7, а);

· фронтальная плоскость уровня перпендикулярна к П 1 ,П 3 и па­раллельна П 2 (рисунок 5.7, б);

· профильная плоскость уровня перпендикулярна к П 1 , П 2 и параллельна П 3 (рисунок 5.7 в ).

Рисунок 5.7

Из определения плоскостей уровня следует, что одна из проекций точки, линии, фигуры, принадлежащих этим плоскостям, будет совпадать с одноименным следом плоскости уровня, а другая проекция будет натуральной величиной этих геометрических образов.

5.4 Признаки принадлежности точки и прямой плоскости

Для определения принадлежности точки и прямой плоскости, расположенной в пространстве, следует руководствоваться следующими положениями:

· точка принадлежит плоскости, если через нее можно провести линию, лежащую в плоскости;

· прямая принадлежит плоскости, если она имеет с плоскостью хотя бы две общие точки;

· прямая принадлежит плоскости, если она проходит через точку данной плоскости параллельно прямой, принадлежащей этой плоскости.

Через одну точку на плоскости можно провести бесконечное мно­жество линий. Это могут быть произвольные линии и линии, зани­мающие особое положение по отношению к плоскостям проекций П 1 П 2 , П 3 . Прямая, принадлежащая рассматриваемой плоскости, прове­денная параллельно горизонтальной плоскости проекций, называется горизонталью плоскости.

Прямая, принадлежащая рассматриваемой плоскости, проведенная параллельно фронтальной плоскости проекций, называется фронталью плоскости.

Горизонталь и фронталь являются линиями уровня.

Горизонталь плоскости следует начинать строить с фронтальной проекции, т.к. она параллельна оси x , горизонтальная проекция гори­зонтали параллельна горизонтальному следу плоскости.

А так как все горизонтали плоскости параллельны между собой, можно считать горизонтальный след плоскости нулевой горизонталью (рисунок 5.8).

Фронталь плоскости следует начинать строить с горизонтальной проекции, т.к. она параллельна оси x, фронтальная проекция фронтали параллельна фронтальному следу. Фронтальный след плоскости - нулевая фронталь. Все фронтали плоскости параллельны между собой (рисунок 5.9).

Рисунок 5.8

Рисунок 5.9

К линии уровня относится и профильная прямая, лежащая в за­данной плоскости и параллельная П 3 .

К главным линиям особого положения в плоскости, кроме линии уровня, относятся линии наибольшего наклона плоскости к плоскости проекций.

5.5 Определение угла наклона плоскости к плоскостям проекций

Плоскость общего положения, расположенная в пространстве произвольно, наклонена к плоскостям проекций. Для определения величины двухгранного угла наклона заданной плоскости к какой-либо плоскости проекции используются линии наибольшего наклона плоскости к плоскости проекций: к П 1 - линия ската, к П 2 - линия наибольшего наклона плоскости к плоскости П 2 .

Линии наибольшего наклона плоскости - это прямые, образующие с плоскостью проекций наибольший угол, проводятся в плоскости перпендикулярно к соответствующей линии уровня. Линии наибольшего наклона и ее соответствующая проекция образуют линейный угол, которым измеряется величина двухгранного угла, составленного данной плоскостью и плоскостью проекций (рисунок 5.10).

Признаки принадлежности хорошо известны из курса планиметрии. Наша задача рассмотреть их применительно к проекциям геометрических объектов.

Точка принадлежит плоскости, если она принадлежит прямой, лежащей в этой плоскости.

Принадлежность прямой плоскости определяется по одному из двух признаков:

а) прямая проходит через две точки, лежащие в этой плоскости;

б) прямая проходит через точку и параллельна прямой, лежащим в этой плоскости.

Используя эти свойства, решим в качестве примера задачу. Пусть плоскость задана треугольником АВС . Требуется построить недостающую проекцию D 1 точки D , принадлежащей этой плоскости. Последовательность построений следующая (рис. 2.5).

Через точку D 2 проводим проекцию прямой d , лежащей в плоскости DАВС , пересекающую одну из сторон треугольника и точку А 2 . Тогда точка 1 2 принадлежит прямым А 2 D 2 и C 2 В 2 . Следовательно, можно получить ее горизонтальную проекцию 1 1 на C 1 В 1 по линии связи. Соединив точки 1 1 и А 1 , получаем горизонтальную проекцию d 1 . Ясно, что точка D 1 принадлежит ей и лежит на линии проекционной связи с точкой D 2 .

Достаточно просто решаются задачи на определение принадлежности точки или прямой плоскости. На рис. 2.6 показан ход решения таких задач. Для наглядности изложения задачи плоскость задаем треугольником.

Рис. 2.6. Задачи на определение принадлежности точки и прямой плоскости.

Для того, чтобы определить принадлежит ли точка Е плоскости DАВС , проведем через ее фронтальную проекцию Е 2 прямую а 2 . Считая, что прямая а принадлежит плоскости DАВС , построим ее горизонтальную проекцию а 1 по точкам пересечения 1 и 2. Как видим (рис. 2.6, а), прямая а 1 не проходит через точку Е 1 . Следовательно, точка Е ÏDАВС .

В задаче на принадлежность прямой в плоскости треугольника АВС (рис. 2.6, б), достаточно по одной из проекций прямой в 2 построить другую в 1 * считая, что вÌDАВС . Как видим, в 1 * и в 1 не совпадают. Следовательно, прямая в Ë DАВС .

Линии уровня в плоскости

Определение линий уровня было дано ранее. Линии уровня, принадлежащие данной плоскости, называются главными . Эти линии (прямые) играют существенную роль при решении ряда задач начертательной геометрии.

Рассмотрим построение линий уровня в плоскости, заданной треугольником (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Построение главных линий плоскости, заданной треугольником

Горизонталь плоскости DАВС начинаем с вычерчивания ее фронтальной проекции h 2 , которая, как известно, параллельна оси ОХ . Поскольку эта горизонталь принадлежит данной плоскости, то она проходит через две точки плоскости DАВС , а именно, точки А и 1. Имея их фронтальные проекции А 2 и 1 2 , по линии связи получим горизонтальные проекции (А 1 уже есть) 1 1 . Соединив точки А 1 и 1 1 , имеем горизонтальную проекцию h 1 горизонтали плоскости DАВС . Профильная проекция h 3 горизонтали плоскости DАВС будет параллельна оси ОХ по определению.

Фронталь плоскости DАВС строится аналогично (рис. 2.7) с той лишь разницей, что ее вычерчивание начинается с горизонтальной проекции f 1 , так как известно, что она параллельна оси ОХ. Профильная проекция f 3 фронтали должна быть параллельна оси ОZ и пройти через проекции С 3 , 2 3 тех же точек С и 2.

Профильная линия плоскости DАВС имеет горизонтальную р 1 и фронтальную р 2 проекции, параллельные осям OY и OZ , а профильную проекцию р 3 можно получить по фронтальной, используя точки пересечения В и 3 с D АВС .

Точка принадлежит плоскости, если она принадлежит какой-нибудь прямой, лежащей в этой плоскости.

Построение точки в плоскости сводится к двум операциям: построению в плоскости вспомогательной прямой и построению точки на этой прямой.

Задача: Плоскость S задана пересекающимися прямыми а и b (рис. 2-3). Точка М(М 2) принадлежит плоскости.

Найти М 1.

Краткая запись условия задачи: S(а Ç b), М(М 2) Î S; М 1 = ?

Решение: Через точку М 2 (рис. 2-4) проводим вспомогательную прямую

k Ì S: k 2 Ç a 2 =1 2 ; k 2 Ç b 2 =2 2 ;

затем находим горизонтальные проекции точек 1 и 2 по условию принадлежности прямым а и b соответственно; через две точки 1 1 и 2 1 проводим прямую k 1 и на ней, с помощью линии связи, находим точку М 1 . И таких прямых можно провести сколько угодно, то есть, вариантов решения бесчисленное множество.

Прямая принадлежит плоскости, если она:

1. Проходит через две точки плоскости;

2. Проходит через одну точку плоскости и параллельна какой-нибудь прямой, лежащей в этой плоскости.

В предыдущем примере мы рассмотрели, как построить прямую в плоскости по двум точкам. Для второго случая плоскость Г зададим треугольником АВС.

Задача: Плоскость Г задана DАВС (рис. 2-5).

Точка М(М 1) принадлежит Г . Найти М 2 .

М(М 1) Î Г(АВС). М 2 = ?

Решение:

Через точку М 1 (рис.2-6) проведём прямую k , параллельную стороне треугольника АВ . Она пересечёт сторону АС в точке 1 : k 1 || A 1 B 1 ; k­ 1 A 1 Ç C 1 =1 1 ; с помощью линии связи найдём 1 2 , проведём k 2 параллельно А 2 В 2 ней найдём точку М 2 :

Алгоритмическая запись решения:

1 1 Î A 1 C 1 Þ 1 2 Î A 2 C 2 ; 1 2 Î k 2 , k 2 || A 2 B 2 ; M 2 Î k 2 .

Как вы думаете?

Сколько решений имеет эта задача?

Взаимное расположение прямой линии и плоскости

Во втором случае прямая а - фронтально-проецирующая . Поэтому фронтальные проекции любой ее точки, а также и искомой К пересечения а с плоскостью a (АВС), совпадает с ее вырожденной проекцией a " совпадает с К " . Построение горизонтальной проекции К " точки К выполняется из условия принадлежности точки К плоскости a : точка К принадлежит плоскости a , так как она принадлежит ее прямой A1 (К " находится как точка пересечения прямой A " 1 " с прямой а " ). Видимость прямой а в этих задачах решается просто - с помощью реконструкции данных образов (по наглядности).

В третьем, общем, случае построение искомой точки К пересечения прямой а с плоскостью a (c// d ) выполнено по описанному алгоритму.
1) прямую а заключают во вспомогательную горизонтально проецирующую плоскость- посредник S(S " ) ;
2) строят прямую m пересечения плоскостей a (c// d) и S(S " ) . На чертеже это отразится записью Фронтальную проекцию m "" строят из условия ее принадлежности данной плоскости a (m и a имеют общие точки 1 и 2 );
3) находят точку K "" , как результат пересечения a "" с m "" , а K " строят по принадлежности прямой m " . Точка K (K "" ,K " ) - искомая точка пересечения прямой a с плоскостью a (c// d) .

Задачу заканчивают определением видимости прямой по правилу конкурирующих точек. Так, на плоскости Н видимость определена с помощью горизонтально конкурирующих точек 1 и где точка 1 принадлежит плоскости a , а точка 3 - прямой a . Точка 3 расположена над точкой 1 , поэтому точка 3 и прямая a в этом участке на плоскости Н будет видима.
На фронтальной плоскости видимость может быть определена или с помощью пары фронтально-конкурирующих точек, или по реконструкции данных образов (при восходящей плоскости видимость одинаковая на плоскостях Н и V ).

Определение линии пересечения двух плоскостей общего положения

Рассмотрим решение этой задачи на плоском чертеже.

1-й этап решения Для построения точки M использована горизонтально проецирующая плоскость - посредник a (a " ), в которую заключена сторона AB треугольника ABC . 2-й этап решения Строим линию пересечения (на чертеже она задана точками 1 и 2 ) плоскости-посредника a (a " ) и плоскости DEK . 3-й этап решения Находим точку M пересечения прямой 1 - 2 с прямой AB . Найдена одна точка M искомой линии пересечения. Для построения точки N использована горизонтально проецирующая плоскость b (b " ), в которую заключена сторона AC треугольника ABC . Построения аналогичны предыдущим.