In de ruimte werken we met drie coördinaten. Meestal werken we met een assenstelsel \(Oxyz\) met drie onderling loodrechte coördinaatassen met daarop gelijke schaalverdeling. Een punt in de ruimte wordt dan beschreven door een drietal getallen.
De oplossing van de vergelijking \(ax+by+cz+d=0\) kun je als punten in de driedimensionale ruimte beschouwen: ze bestaat uit alle punten \((x,y,z)\) die voldoen aan \(ax+by+cz+d=0\). Die punten vormen een vlak.
- Als \(c\ne0\), dan kunnen we de vergelijking schrijven als lineaire formule \(z=-\frac{a}{c}x-\frac{b}{c}y-\frac{d}{c}\). Immers, dit zijn de oplossingen als we \(x\) en \(y\) als parameters beschouwen en \(z\) als onbekende. Het geeft aan dat er voor elke waarde van \(x\) en \(y\) een punt \(\rv{x,y,z}\) is met \(z\) gelijk aan \(-\frac{a}{c}x-\frac{b}{c}y-\frac{d}{c}\).
- Als \(a \ne 0\) of \(b \ne 0\) is sprake van een scheef vlak.
- Als \(a=0\) en \(b=0\), dan is de waarde van \(z\) overal gelijk aan \(-\frac{d}{c}\), en is sprake van een horizontaal vlak.
- In het uitzonderingsgeval \(c=0\) ziet de vergelijking er uit als \(ax+by+d=0\).
- Als \(a \ne 0\) of \(b \ne 0\) is sprake van een verticaal vlak.
- Als \(a=0\) en \(b=0\) en
- \(d\ne 0\) dan zijn er geen oplossingen;
- \(d=0\) dan is elke waarde voor \(x\), \(y\) en \(z\) een oplossing.
De homogene beschrijving van vlakken en punten in de driedimensionale ruimte We spreken van een vergelijking van een vlak omdat er meer vergelijkingen mogelijk zijn: voor elk getal \(k\ne 0\) beschrijven de vergelijkingen \(ax+by+cz+d=0\) en \((ka)x+(kb)y+(kc)z+(kd)=0\) hetzelfde vlak. Met andere woorden: de viertallen \(\rv{a,b,c,d}\) en \(\rv{ka,kb,kc,kd}=k\rv{a,b,c,d} \) beschrijven hetzelfde vlak. Twee viertallen die op een scalaire vermenigvuldiging gelijk zijn heten equivalent en een equivalentieklasse van vectoren onder deze equivalentierelatie heet een homogene vector. Elke rijvector \(\rv{a,b,c,d}\) is een representant van de equivalentieklasse en beschrijft het vlak \(ax+by+cz+d=0\).
Het punt \((x,y,z)\) in \(\mathbb{R}^3\) kun je identificeren met het viertal \(\rv{x,y,z,1}\) in \(\mathbb{R}^4\). We kunnen elke rijvector \(\rv{kx,ky,lz,k}\) in \(\mathbb{R}^4\) met \(k\neq 0\) beschouwen als representant van het punt \((x,y,z)\) in \(\mathbb{R}^3\). Dit is de homogene vector die een punt beschrijft. Algemeen: een homogene vector \(\rv{x,y,z,w}\) in \(\mathbb{R}^4\) met \(w\ne 0\) representeert het punt \(\bigl(\frac{x}{w},\frac{y}{w},\frac{z}{w}\bigr)\) in \(\mathbb{R}^3\). We spreken ook wel van de homogene coördinaten respectievelijk Cartesische coördinaten van een punt in de driedimensionale ruimte.
De viertallen \(\rv{-9,0,-3,-3}\), \(\rv{9,0,3,3}\) en \(\rv{27,0,9,9}\) zijn homogene coördinaten van hetzelfde punt in de ruimte. Wat zijn de Cartesische coördinaten \(\rv{x,y,z}\) van dit punt?
\(\rv{3,0,1}\)
Er geldt: \[\rv{3,0,1,1}={\small -{{1}\over{3}}}\rv{-9,0,-3,-3}={\small {{1}\over{3}}}\rv{9,0,3,3}={\small {{1}\over{9}}}\rv{27,0,9,9}\] In de homogene vector aan de linker kant lees je af dat de gevraagde Cartesische coördinaten \(\rv{3,0,1}\) zijn.