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坐標(biāo)法求點(diǎn)到面的距離公式

來源 :華課網(wǎng)校 2024-06-18 18:35:31

在數(shù)學(xué)中,坐標(biāo)法是一種常見的求解幾何問題的方法。其中,求點(diǎn)到面的距離是一個(gè)重要的問題。本文將介紹如何使用坐標(biāo)法求解點(diǎn)到平面的距離公式。

首先,我們需要了解平面的一般式方程,即Ax+By+Cz+D=0,其中A、B、C是平面的法向量,D是平面與原點(diǎn)的距離。假設(shè)我們有一個(gè)點(diǎn)P(x1,y1,z1),需要求它到平面Ax+By+Cz+D=0的距離。

我們可以先通過點(diǎn)P和平面上的任意一點(diǎn)Q(x2,y2,z2)求出向量PQ。向量PQ在平面上的投影向量為向量PQ',向量PQ'與平面的法向量A垂直,且PQ=PQ'+QO,其中QO為向量PQ在平面上的垂線。

因?yàn)镻Q'與A垂直,所以PQ'可以表示為kA,其中k為一個(gè)實(shí)數(shù)。根據(jù)向量的點(diǎn)積公式,我們可以得到:PQ'·A=|PQ'||A|cosθ=k|A|^2cosθ,其中θ為PQ'與A的夾角。因?yàn)镻Q=PQ'+QO,所以|PQ|=|PQ'|sinθ+|QO|cosθ=k|A|sinθ+|QO|cosθ。因?yàn)镼O在平面上,所以QO的長度為D。因此,我們可以得到點(diǎn)P到平面Ax+By+Cz+D=0的距離公式:

|PQ|/|A|=|k|sinθ+D|cosθ|/|A|,其中k=(x1-x2)A+(y1-y2)B+(z1-z2)C,θ為向量PQ和平面的法向量A的夾角。

通過以上公式,我們可以使用坐標(biāo)法計(jì)算點(diǎn)到平面的距離。例如,在三維空間中,有一個(gè)點(diǎn)P(1,2,3),平面的法向量為A(2,3,4),平面與原點(diǎn)的距離為5。我們可以取平面上的一個(gè)點(diǎn)Q(0,0,1),則向量PQ為(-1,-2,2),PQ與A的夾角為45度。因此,我們可以得到點(diǎn)P到平面Ax+By+Cz+D=0的距離為:

|PQ|/|A|=|k|sinθ+D|cosθ|/|A|=|(-1)(2)+(-2)(3)+(2)(4)|sin45+5cos45/|(2,3,4)|=3.64。

因此,點(diǎn)P到平面Ax+By+Cz+D=0的距離為3.64個(gè)單位長度。

總之,使用坐標(biāo)法求解點(diǎn)到平面的距離公式是一種常見的方法,可以通過向量的點(diǎn)積和夾角等知識(shí)快速得到結(jié)果。

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