В пространстве рассматривается прямая l и плоскость π, не пересекающие друг друга (скошенные). Найдите и опишите геометрическое место точек M в π, для которых расстояние до l минимально при заданном положении M вдоль некоторой кривой в π
Замечание: прямая и плоскость либо пересекаются, либо параллельны; понятие «скошенные» обычно для двух прямых. Если прямая lll и плоскость π\piπ не пересекаются, то l∥πl\parallel\pil∥π. Обозначим через ddd расстояние между lll и π\piπ (взять любую точку P∈lP\in lP∈l, её ортогональную проекцию P′∈πP'\in\piP′∈π, тогда d=∣PP′∣d=|PP'|d=∣PP′∣). Пусть vvv — направляющий вектор lll, и пусть l′⊂πl'\subset\pil′⊂π — ортогональная проекция lll на π\piπ; можно записать l′={P′+tv∣t∈R},
l'=\{P'+t v\mid t\in\mathbb{R}\}, l′={P′+tv∣t∈R},
где P′P'P′ — проекция точки PPP на π\piπ. Тогда для любой точки M∈πM\in\piM∈πdist(M,l)≥d,
\operatorname{dist}(M,l)\ge d, dist(M,l)≥d,
и равенство достигается тогда и только тогда, когда M∈l′M\in l'M∈l′. Иными словами, множество точек в π\piπ, для которых расстояние до lll минимально, — это прямая l′l'l′, ортогональная проекция lll на π\piπ. Если же MMM движется вдоль некоторой кривой γ⊂π\gamma\subset\piγ⊂π, то точки γ\gammaγ, дающие минимальное расстояние до lll, — это пересечения γ∩l′\gamma\cap l'γ∩l′ (если таких пересечений нет, минимум на γ\gammaγ больше ddd и достигается(ются) в точке(ах) γ\gammaγ, ближайших к l′l'l′).
Обозначим через ddd расстояние между lll и π\piπ (взять любую точку P∈lP\in lP∈l, её ортогональную проекцию P′∈πP'\in\piP′∈π, тогда d=∣PP′∣d=|PP'|d=∣PP′∣). Пусть vvv — направляющий вектор lll, и пусть l′⊂πl'\subset\pil′⊂π — ортогональная проекция lll на π\piπ; можно записать
l′={P′+tv∣t∈R}, l'=\{P'+t v\mid t\in\mathbb{R}\},
l′={P′+tv∣t∈R}, где P′P'P′ — проекция точки PPP на π\piπ.
Тогда для любой точки M∈πM\in\piM∈π dist(M,l)≥d, \operatorname{dist}(M,l)\ge d,
dist(M,l)≥d, и равенство достигается тогда и только тогда, когда M∈l′M\in l'M∈l′. Иными словами, множество точек в π\piπ, для которых расстояние до lll минимально, — это прямая l′l'l′, ортогональная проекция lll на π\piπ.
Если же MMM движется вдоль некоторой кривой γ⊂π\gamma\subset\piγ⊂π, то точки γ\gammaγ, дающие минимальное расстояние до lll, — это пересечения γ∩l′\gamma\cap l'γ∩l′ (если таких пересечений нет, минимум на γ\gammaγ больше ddd и достигается(ются) в точке(ах) γ\gammaγ, ближайших к l′l'l′).