平面方程、夹角与点到平面的距离

简介: 平面方程、夹角与点到平面的距离

正文


平面的点法式方程


法向量:垂直于一个平面的非零向量叫做一个平面的法向量。


假设空间内有一点M0(x0,y0,z0)和一个向量n=(A,B,C)经过点M0且垂直于向量n的平面有且只有一个,记为Π,它的法向量即是n

设在平面ΠΠ上有除了M0外的一点M(x,y,z)则必有33.png,即它们的数量积为零


32.png

这就是平面Π的点法式方程,平面内任意一点M(x,y,z)的坐标xyz均满足此方程。


平面的一般方程


易看出平面的点法式方程是一个三元一次方程,所以它也可以写成三元一次方程的一般形式:

Ax+By+Cz+D=0

其中平面的法向量坐标即为xyz的系数


n=(A,B,C)

对于平面的一般方程,可以从它的方程式中找到方程对应的图像的特点:


D=0是表示平面经过原点。

A=0时表示平面平行于x轴;B=0时表示平面平行于y轴;C=0时表示平面平行于z轴。(简记为:缺哪个未知数则经过哪个轴)

A=0且D=0时表示平面经过x轴;B=0时表示平面经过y轴;C=0时表示平面经过z轴。

A=B=0时则平面同时经过x轴和y轴,即表示平面在xOy面上;

A=C=0时则平面同时经过x轴和z轴,即表示平面在xOz面上;

B=C=0时则平面同时经过y轴和z轴,即表示平面在yOz面上


平面的截距式方程


平面的截距式方程一般用于平面与xyz轴各有一个交点时,它的形式为:


21.png

23.jpg


截距式方程的推导


一平面与xyz轴的交点依次为P(a,0,0)Q(0,b,0)R(0,0,c)三点

设该平面的方程为:

Ax+By+Cz+D=0


分别将PQRP、Q、R三点代入方程可得,即有:

25.png

代入方程即可得截距式方程:

21.png


两平面的夹角


两平面的夹角通常指的是两平面的法向量的夹角(锐角或者直角)

设两平面Π1Π2的法向量分别为n1=(A1,B1,C1)n2=(A2,B2,C2)则:


22.png

从两个法向量垂直、平行的充要条件可以推得:


20.png


点到平面的距离


平面外一点P0(x0,y0,z0)到平面Ax+By+Cz=0距离公式:


19.png


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