Question
upstudy study bank question image url

15 Gegeven zijn de lijnen \( I:\left(\begin{array}{l}x \\ y \\ z\end{array}\right)=\lambda\left(\begin{array}{l}0 \\ 0 \\ 1\end{array}\right), \quad m:\left(\begin{array}{l}x \\ y \\ z\end{array}\right)=\left(\begin{array}{l}0 \\ 3 \\ -3\end{array}\right)+\mu\left(\begin{array}{l}1 \\ 0 \\ 0\end{array}\right) \) en \( n:\left(\begin{array}{l}x \\ y \\ z\end{array}\right)=\left(\begin{array}{l}3 \\ 0 \\ 3\end{array}\right)+v\left(\begin{array}{l}0 \\ 1 \\ 0\end{array}\right) \) a. Geef een vectorvoorstelling van de lijn \( k \), die door het punt \( P(2,2,2) \) gaat en die de lijnen \( l \) en \( m \) snijdt. b. Bereken \( d(k, n) \)

Ask by Robbins Wheeler. in Suriname
Mar 09,2025

Upstudy AI Solution

Tutor-Verified Answer

Answer

a. The line \( k \) is defined by the vector equation: \[ k:\quad \begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 \\ 2 \\ 2 \end{pmatrix} + t \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ -5 \end{pmatrix},\quad t\in\mathbb{R}. \] b. The distance between lines \( k \) and \( n \) is: \[ d(k,n) = \frac{6}{\sqrt{26}}. \]

Solution

We are given the three lines \[ I:\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} = \lambda \begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}, \quad m:\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 \\ 3 \\ -3 \end{pmatrix} + \mu \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}, \quad n:\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 3 \\ 0 \\ 3 \end{pmatrix} + v \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}. \] In part (a) we need to find a vector equation for the line \( k \) that passes through the point \( P(2,2,2) \) and that intersects both the line \( I \) and the line \( m \). (In the original statement the letter “l” is mentioned but we assume that it should be \( I \).) We let - \( Q=(0,0,\lambda) \) be the point where \( k \) meets \( I \), - \( R=(\mu,3,-3) \) be the point where \( k \) meets \( m \). Since \( k \) goes through \( P \), \( Q \), and \( R \) they must be collinear. This means the vectors \( \vec{PQ} \) and \( \vec{PR} \) are proportional. 1. Write the vectors: - \( \vec{PQ} = Q - P = \begin{pmatrix} 0-2 \\ 0-2 \\ \lambda-2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -2 \\ -2 \\ \lambda-2 \end{pmatrix} \). - \( \vec{PR} = R - P = \begin{pmatrix} \mu-2 \\ 3-2 \\ -3-2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} \mu-2 \\ 1 \\ -5 \end{pmatrix} \). 2. Since \( \vec{PQ} \) and \( \vec{PR} \) are collinear, there exists a scalar \( \alpha \) such that \[ \begin{pmatrix} -2 \\ -2 \\ \lambda-2 \end{pmatrix} = \alpha \begin{pmatrix} \mu-2 \\ 1 \\ -5 \end{pmatrix}. \] Equate components: \[ \begin{cases} -2 = \alpha (\mu-2), \\ -2 = \alpha (1), \\ \lambda-2 = \alpha(-5). \end{cases} \] 3. From the second equation: \[ \alpha = -2. \] 4. Substitute \(\alpha=-2\) into the first equation: \[ -2 = -2(\mu-2) \quad \Longrightarrow \quad 1 = \mu-2 \quad \Longrightarrow \quad \mu = 3. \] 5. Now substitute \(\alpha=-2\) into the third equation: \[ \lambda-2 = -2(-5) = 10 \quad \Longrightarrow \quad \lambda = 12. \] Thus, the intersection points are \[ Q=(0,0,12) \quad \text{and} \quad R=(3,3,-3). \] A convenient choice for the line \( k \) is to use the point \( P(2,2,2) \) with direction vector given by \[ \vec{d}_k = R-P = \begin{pmatrix} 3-2 \\ 3-2 \\ -3-2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ -5 \end{pmatrix}. \] Thus, the vector equation of the line \( k \) is: \[ k:\quad \begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 \\ 2 \\ 2 \end{pmatrix} + t \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ -5 \end{pmatrix},\quad t\in\mathbb{R}. \] --- For part (b), we need to compute the distance \( d(k,n) \) between the line \( k \) and the line \( n \). Recall that the distance between two skew (or non-intersecting) lines given by \[ k: \vec{r} = \vec{a} + t \vec{d}_k \quad \text{and} \quad n: \vec{r} = \vec{b} + v \vec{d}_n, \] is \[ d(k,n)=\frac{\left| (\vec{b}-\vec{a})\cdot (\vec{d}_k\times \vec{d}_n)\right|}{\|\vec{d}_k\times\vec{d}_n\|}. \] Let \[ \vec{a} = \begin{pmatrix} 2 \\ 2 \\ 2 \end{pmatrix} \quad \text{(a point on \( k \))}, \qquad \vec{d}_k = \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ -5 \end{pmatrix}, \] \[ \vec{b} = \begin{pmatrix} 3 \\ 0 \\ 3 \end{pmatrix} \quad \text{(a point on \( n \))}, \qquad \vec{d}_n = \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}. \] 1. Compute \(\vec{b}-\vec{a}\): \[ \vec{b} - \vec{a} = \begin{pmatrix} 3-2 \\ 0-2 \\ 3-2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 \\ -2 \\ 1 \end{pmatrix}. \] 2. Compute the cross product \(\vec{d}_k \times \vec{d}_n\): \[ \vec{d}_k \times \vec{d}_n = \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ -5 \end{pmatrix} \times \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}. \] Using the formula for the cross product, we get: - \( x\)-component: \[ (1)(0)-(-5)(1)= 0+5 = 5, \] - \( y\)-component: \[ -\left[(1)(0)-(-5)(0)\right]= -\left[0-0\right]= 0, \] - \( z\)-component: \[ (1)(1) - (1)(0)= 1-0= 1. \] Thus, \[ \vec{d}_k \times \vec{d}_n = \begin{pmatrix} 5 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}. \] 3. Compute the norm of the cross product: \[ \|\vec{d}_k \times \vec{d}_n\| = \sqrt{5^2+0^2+1^2} = \sqrt{25+1} = \sqrt{26}. \] 4. Now, compute the dot product \((\vec{b}-\vec{a})\cdot (\vec{d}_k \times \vec{d}_n)\): \[ \begin{pmatrix} 1 \\ -2 \\ 1 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 5 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix} = 1\cdot5 + (-2)\cdot0 + 1\cdot1 = 5+0+1 = 6. \] 5. Hence, the distance is \[ d(k,n)=\frac{|6|}{\sqrt{26}}=\frac{6}{\sqrt{26}}. \] --- Final answers: a. \( k:\quad \begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 \\ 2 \\ 2 \end{pmatrix} + t \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ -5 \end{pmatrix},\quad t\in\mathbb{R}.\) b. \( d(k,n)=\frac{6}{\sqrt{26}}. \)

Answered by UpStudy AI and reviewed by a Professional Tutor

error msg
Explain
Simplify this solution

Extra Insights

Om de lijn \( k \) te vinden die door het punt \( P(2, 2, 2) \) gaat en de lijnen \( I \) en \( m \) snijdt, moeten we eerst de richtingvector van lijn \( k \) bepalen. Lijn \( I \) ligt langs de \( z \)-as en lijn \( m \) langs de \( x \)-as. Dit betekent dat we een lijn moeten creëren die een snijpunt heeft met deze lijnen. We kunnen aanduiden dat de lijn \( k \) de vorm heeft: \[ k: \left(\begin{array}{l}x \\ y \\ z\end{array}\right) = \left(\begin{array}{l}2 \\ 2 \\ 2\end{array}\right) + t \left(\begin{array}{l}a \\ b \\ c\end{array}\right) \] waarbij \( \left(\begin{array}{l}a \\ b \\ c\end{array}\right) \) een richtingvector is. We willen dat deze lijn snijdt met de lijnen \( I \) en \( m \). Van lijn \( I \) weten we dat \( (x, y, z) = (0, 0, \lambda) \). Om een snijpunt te vinden, moeten we \( k \) gelijkstellen aan \( I \): \[ 2 + at = 0, \quad 2 + bt = 0, \quad 2 + ct = \lambda \] Van lijn \( m \) is \( (x, y, z) = (0 + \mu, 3, -3) \). Dit levert de vergelijkingen: \[ 2 + at = \mu, \quad 2 + bt = 3, \quad 2 + ct = -3 \] Door deze vergelijkingen op te lossen, kunnen we de waarden voor \( t \), \( a \), \( b \) en \( c \) vinden, waarmee we de richtingsvector van lijn \( k \) kunnen bepalen. Voor het gedeelte b, het berekenen van de afstand \( d(k, n) \), gebruiken we de formule voor de afstand tussen een punt en een lijn in de ruimte. Voor de lijn \( n \) hebben we als uitgangspunt: \[ n: \left(\begin{array}{l}x \\ y \\ z\end{array}\right) = \left(\begin{array}{l}3 \\ 0 \\ 3\end{array}\right) + v\left(\begin{array}{l}0 \\ 1 \\ 0\end{array}\right) \] van waaruit we kunnen afleiden dat het punt waar we de afstand naartoe willen berekenen \( (3, 0, 3) \) is. We gebruiken de formule voor de afstand tussen een punt en een lijn en berekenen verder. De uiteindelijke resultaten zijn de vectorvoorstelling van lijn \( k \) en de afstand \( d(k, n) \). Om alle stappen correct uit te voeren, zijn nauwkeurigheid en aandacht voor detail cruciaal!

Related Questions

Latest Geometry Questions

Try Premium now!
Try Premium and ask Thoth AI unlimited math questions now!
Maybe later Go Premium
Study can be a real struggle
Why not UpStudy it?
Select your plan below
Premium

You can enjoy

Start now
  • Step-by-step explanations
  • 24/7 expert live tutors
  • Unlimited number of questions
  • No interruptions
  • Full access to Answer and Solution
  • Full Access to PDF Chat, UpStudy Chat, Browsing Chat
Basic

Totally free but limited

  • Limited Solution
Welcome to UpStudy!
Please sign in to continue the Thoth AI Chat journey
Continue with Email
Or continue with
By clicking “Sign in”, you agree to our Terms of Use & Privacy Policy