空间平面方程的求法_论文

空间平面方程的求法

摘 要：空间平面是空间解析几何中最简单而又最基本的图形之一，所以确定它的方程有着重要意义。研究各种求解方程的方法，不难发现，用代数的方法能够定量地建立平面的各种形式的方程。

关键词：空间平面 平面方程 方程的求解

空间解析几何主要是研究三维空间中的平面，学习空间平面首先要明确他们的方程，我们在求解的过程中，了解方程的特点熟悉常用的确定平面的方法。在这些方法中我们重点运用代数的方法定量的研究空间最简单而又最基本的图形，即空间平面。在学习这种方法时，有时矢量代数的知识掌握运用得不好，再加上缺乏空间想象力，搞不清所求平面与已知条件，容易为求解方程带来困难。为解决这个困难我们要深入的探讨空间平面的求解方法。

如何根据已知条件写出平面方程呢？对这类问题的求解是否有规律可循？虽然在求这类问题时题目中会给出很多不同的已知条件，只要我们采用相应的解题方法，就会求出不同的关于平面方程的正确形式。求解方程没有什么普遍的万能的方法，所以必须全面掌握这部分的知识，再通过大量的练习来逐步的巩固。在此，我通过一些实例探讨求这类方程的方法。

1、 用参数方程

题目的已知条件是给出平面所经过的一个定点以及平面的两个方位矢量，有的题型是要求把所给的方程形式化为参数方程或者把已知的参数方程化为一般方程。

①矢量式参数方程 →r =→ r 0 + t 1→r 1 +t 2→r 2 其中→r 1 ={X 1,Y 1,Z 1}, →r 2 ={X 2,Y 2,Z 2}

②坐标式参数方程⎪⎩

⎪

⎨⎧++=++=++=22110221102

2110Z

t Z t z z Y t Y t y y X t X t x x

例1、 写出下面的参数方程：通过点)1,3,2(A 并平行于)1,0,3(),3,1,2(21-=-=v v

解：所求的参数方程为⎪⎩

⎪

⎨

⎧v

u z u y v u x -+=-=++=313322 例2、证明矢量},,{Z Y X v =

平行于平面0=+++D Cz By Ax 的充要条件为：

0=++CZ BY AX

证明：不妨设0=+++D Cz By Ax 中的0≠A ，把这平面的方程化为参数式：

,,,v z u y v A C u A B A D x ==---

=所以平面的两方位矢量是}0,1,{A B -与}1,0,

{A C

-,从而

知},,{Z Y X v = 与已知平面共面的充要条件为v

与}0,1,{A B -

，}1,0,

{A C

-共面，或 01

001

=--A

C A B

Z

Y

X ,即0=++CZ BY AX . 如果在直角坐标系下，那么由于平面的法矢量为},,{C B A n =

,所以v

平行于平面的充要条件为0=⋅v n

，即0=++CZ BY AX .

2、 用点位式方程

题目会给出平面的两个方位矢量的坐标以及平面上的一个已知点。

2

221110

00Z Y X Z Y X z z y y x x ---=0 3、用三点式方程

题目的条件是平面上的三个已知点。

1

313131212121

11z z y y x x z z y y x x z z y y x x ---------=0 例3、已知三角形顶点为),2,2,2(),1,1,2(),0,7,0(C B A --求平行于三角形ABC 所在的平面且与它相距为2个单位的平面方程.

解：由已知，得02

92162

7=+z y x

， 所以三角形ABC 所在的平面方程为014623=-+-z y x . 设与这个平面相距2个单位的平面方程为0=+++D Cz By Ax 由于，

71

=

λ所以.28,021-==D D 因此所求的平面方程为，

0623=+-z y x 028623=-+-z y x 4、用一般式方程

0=+++D Cz By Ax （C B A ,,不全为零，D =-（Ax 0+By 0+Cz 0））

注:在笛卡尔坐标系下，每个平面是含有z y x ,,的三元一次方程。反之，该三元一次方程表示一个平面，且系数C B A ,,组成平面的法向量，即→n ={C B A ,,}

①平面过原点的充要条件是0=D ②平面过z 轴的充要条件是0,0==D C 平面过x 轴的充要条件是0,0==D A 平面过y 轴的充要条件是0,0==D B ③平面平行于z 轴的充要条件是0,0≠=D C .

平面平行于x 轴的充要条件是0

,0≠=D A .

平面平行于y 轴的充要条件是0,0≠=D B

例4、求通过点（2，-1，1）与点（3，-2，1）且平行于z 轴的平面的方程。 解：设所求平面方程为 0=++D By Ax ,

由已知条件得⎩⎨

⎧=+-=+-0

230

2D B A D B A

由此)1(:1:1::-=D B A ,所以所求的平面方程为

01=-+y x .

例5、 求通过点（1，1，1）与点（1，0，2）且垂直于平面062=--+z y x 的 平面的方程。

解：设所求平面方程为0=+++D Cz By Ax , 写出这个平面过已知两点且垂直于已知平面的条件

0=+++D C B A 02=++D C A 02=-+C B A

解之得，D C B A =-=-=,于是所求平面方程为

01=+--z y x

5、用截距式方程

如果在一般式中,,,,D C B A 都不为零，则可改写成 1=++c

z

b y a x （C

D

c B D b A D a -=-=-

=,,）由此可知该平面是过三点).,0,0(),0,,0(),0,0,c b a （ 平面在x 轴，y 轴，及z 轴上的截距为.,,c b a

例6、设平面在空间直角坐标系的第一挂限的部分与三个坐标平面所构成四面体的体积

为1，并且在三个坐标轴上的截距之比是1:2:3::=c b a ,截距之和为6，求该平面的方程。