平面的点法式方程
平面及其方程7-5
§7.5平面及其方程一、平面的点法式方程法线向量：如果一非零向量垂直于一平面 .这向量就叫做该平面的法线向量.容易知道 '平面上的任一向量均与该平面的法线向量垂直.唯一确定平面的条件 ：当平面口上一点M o (X 0 J0 Z0)和它的一个法线向量 n^A^B *C)为已知时、平面n 的位置就完全确定了 .平面方程的建立：设M(x.y.z)是平面□上的任一点.那么向量M ^M 必与平面n 的法线向量n 垂直、即它们的数量积等于零 ：由于Tn 球A*BC)* M 0M =(x —X 0, y —y 。
, Z —Z 0).所以A(XF 0)+B(y-y 0)弋(z-Z 0)=0 .n 上任一点M 的坐标 心工所满足的方程.、如果M (x 、y .Z)不在平面r 上、那么向量M^M 与法线向量n 不垂直、从而…即不在平面□上的点M 的坐标X y .Z 不满足此方程. 由此可知、方程A(x-X 0)+B(y-y 0)P(z-Z 0)n 就是平面□的方程.而平面口就是平面方程的图 形.由于方程A (X%)怕(y-y 0)4c (z-Z 0)=0是由平面L ［上的一点M 0(X 0、y 0、Z 0)及它的一个法线向量 n=(AB 、C)确定的、所以此方程叫做平面的点法式方程.例1求过点(2Q)且以 ^(K-2. 3)为法线向量的平面的方程.解根据平面的点法式方程 '得所求平面的方程为(x-2)-2(yt3)t3z=0 * x-2y+3z£n .M 1(2 H ⑷、M 2(—1 \3 L 2)和M 3(0 ,2①的平面的方程.T因为 M 1M 2 =(—3,4, -6)、M 1M 3=(-2,3, —1)、 所以T T in= M 1M^M 1M^ -3-2这就是平面 反过来T n M 0M =0即例2求过三点 解我们可以用 T TM i M 2X M 1M 3作为平面的法线向量k-6 =14 + 9j-k . -1根据平面的点法式方程、得所求平面的方程为14(x-2)H(y+1)-(z -4H0 . 14x49y_ z_15』. 二、平面的一般方程由于平面的点法式方程是 x.y 的一次方程.而任一平面都可以用它上面的一点及它的法线 向量来确定 '所以任一平面都可以用三元一次方程来表示.反过来、设有三元一次方程Ax +By 4Cz 4D =0.我们任取满足该方程的一组数 x o .y o .z ^即Ax o +By o 4Cz o +D =0 .把上述两等式相减 '得A(x£o )+B(y-y o )兀(z-z o )=O 、这正是通过点 M o (x o.y oQ )且以nNA 、BQ 为法线向量的平面方程 .由于方程Ax +By 4Cz *DO与方程A(x 必)+B(y-y o )七(Z-z o ) =o同解*所以任一三元一次方程Ax 也y P z +O n 的图形总是一个平面.方程Ax 4By M z +D =o 称为平面的一般方程，其中 心z 的系数就是该平面的一个法线向量n 的坐标‘即nNA'B .0).例如 '方程3x -4y +z -9=0表示一个平面 小=(3\*訂)是这平面的一个法线向量 .讨论：考察下列特殊的平面方程 .指出法线向量与坐标面、 坐标轴的关系 '平面通过的特殊点或线.Ax +By f z ^o ；By 七Z 也 n^Ax ^z P^o r Ax +By +D P ； Cz +D P 'Ax PO By +D P . 提示： 平面过原点.n =(o *B Q).法线向量垂直于 n =(A 、o rC).法线向量垂直于 n =(A *B *o ).法线向量垂直于 n=(o *o *C)、法线向量垂直于 n=(A .o ,o b 法线向量垂直于 n=(o 占,o b 法线向量垂直于例3求通过x 轴和点(4L 1)的平面的方程.解 平面通过x 轴、一方面表明它的法线向量垂直于 点、即DP .因此可设这平面的方程为By 弋z^o .x 轴*平面平行于 y 轴、平面平行于 z 轴、平面平行于x 轴和y 轴，平面平行于 y 轴和z 轴r 平面平行于 x 轴和z 轴r 平面平行于 xOy 平面.yOz 平面. zOx 平面.X 轴、即AR ；另一方面表明 它必通过原又因为这平面通过点(4 *-3 *7) *所以有—BB-Cn 、或 C 」B .将其代入所设方程并除以B （B 如）、便得所求的平面方程为y ；z=0.例4设一平面与X 、y 、z 轴的交点依次为 P （a *0 * 0）、Q （0、b *0）、R （0 , 0、c ）三点、求这平面的 方程（其中乂&?€）.解 j a ^D =0, f bB +D =0, pc +D=0,A=-D 、B=-D r C=—D a b c 将其代入所设方程、得 -Dx-Dy-Dz+D =0 、 a b c X +上也=1 . a b c '上述方程叫做平面的截距式方程 *而a 、b 、c 依次叫做平面在 X 、y 、z 轴上的截距.三、两平面的夹角两平面的夹角：两平面的法线向量的夹角（通常指锐角）称为两平面的夹角.设平面n 1和rb 的法线向量分别为 n 1N A 1占1 C ）和n 2=（A 2旧2、C 2）、那么平面n 1和rb 的夹角e 、―AAA_A应是（n 1, n 2）和（Til , n 2）F —g ,改）两者中的锐角、因此、cos 日^cosg ,匹）！.按两向量夹角余弦的坐标表示式.平面n 1和rt 的夹角e 可由来确定.从两向量垂直、平行的充分必要条件立即推得下列结论平面口 1和巧垂直相当于A1A2怕辰 QC2=0； 平面□ 1和n 2平行或重合相当于 A =BL -C!.A ， B, C 2例5求两平面 x-yPz-6=0和2x 为七-5=0的夹角. 解 n 1=（A 1 启1 Q1）=（1、一1 *2）、n 2m A 2、B 2Q2）=（2*1 * 1）.c 1c2l_ I1'2■ (-1)'T ■ 2…I| Jcos g _lAie 日口2 "T A 2+ Bfg 2叔2 +B ：七："712+(-1)2七2722+12+12~^设所求平面的方程为Ax+By4Cz*HD=0.P （a *0 *0）、Q （0 *b *0）、R （0 ,0 ,c ）都在这平面上*所以点P 、Q 、R 的坐标都满足所设方程*即 因为点 有由此得IAA2+B 1B 2+C 1C 2IAco眄cosg,讣府魯Y A 呢W|1X2 +(-1)X1 +2咒1||AA 2+B ,B 2pi C 2|所以*所求夹角为,4,例6 一平面通过两点 M 1(1」和M 2(o 」#)且垂直于平面 x+y+z=o 、求它的方程.解 方法一：已知从点M 1到点M 2的向量为 山勻/卫、-?)、平面x+y+z=o 的法线向量为n 2=(1、 1 J). 设所求平面的法线向量为n^A 、B 、C).因为点M 1(1、1、1)和M 2(o1)在所求平面上、所以n 丄n 仁即从—2C=o 、A 亠2C . 又因为所求平面垂直于平面 x^^zT*所以n 丄m*即A+B4C=o*B=C. 于是由点法式方程*所求平面为-2CZ)£(y —1)兀(Z —1)0 即 2x —y-z=o.方法二：从点M 1到点M 2的向量为n 1 =(-1 e *-2) *平面x+y+z=o 的法线向量为“2=(1* 1 , 1). 设所求平面的法线向量因为所以所求平面方程为2(x-1)-(y-1)-(z-1)0 2x-y-z=0 .例7设P o (x o ,y o ,z o )是平面Ax+By 兀z 也=0外一点、求P o 到这平面的距离. 解 设e n 是平面上的单位法线向量.在平面上任取一点 P 1(X 1 $1 *Z 1)*则P o 到这平面的距离为|A(X o^i )+B(y o-y i )七(z o^i )|扌是示：en^7A ^B ^(A, B, C)' 活o =(xo —x 1,yo —y 1,zo —z1)、例8求点(2 J J )到平面x +y -z +1 =0的距离.解 d JAxp^y o 弋zo^DI 」仝2丁X 1—(—1門+1| _ 3 —E _J A 2 + B 2 弋2 j 12+12+(—1)273 ' n 可取为npc n2 .i:-J o 1J A 2 +B 2+C 2JAx o 怕y oy z o-(Ax1HBy 1 七Z 1)| J A 2 +B 2 七2JAx^怕yo +Czo +D|Td 斗RP oen 1 =j 12+12+(_1)2。
初中数学知识归纳空间直角坐标系中平面和直线的方程
初中数学知识归纳空间直角坐标系中平面和直线的方程在初中数学中，学习空间直角坐标系是非常重要的一部分。
掌握好平面和直线的方程，对于解题和图像的分析都有着关键的作用。
本文将对空间中平面和直线的方程进行归纳总结。
一、平面的方程在空间直角坐标系中，平面由一个点和一个法向量确定。
常见的平面方程有点法式和一般式。
1.1 点法式设平面上一点P的坐标为(x0, y0, z0)，平面的法向量为(a, b, c)，则平面上任意一点M(x, y, z)到点P的位置矢量为PM = (x - x0, y - y0, z - z0)。
根据平面上的点和法向量的垂直关系，可得:a(x - x0) + b(y - y0) + c(z - z0) = 0这就是平面的点法式方程，也可写成：ax + by + cz + d = 0其中d = -(ax0 + by0 + cz0)。
1.2 一般式将平面的点法式方程展开，可得平面的一般式方程：Ax + By + Cz + D = 0其中A, B, C, D为常数，满足A² + B² + C² ≠ 0。
将一般式方程展开后，即可得到一般式方程的标准形式。
二、直线的方程直线是空间中的一个重要对象，研究直线方程可以帮助我们更好地理解直线的性质并解决相关问题。
2.1 参数方程参数方程是直线方程表示的一种常用形式。
设直线上一点P的坐标为(x0, y0, z0)，直线的方向向量为(a, b, c)，则直线上任意一点M的位置矢量为：PM = (x - x0, y - y0, z - z0)由于直线上所有点的位置矢量都与方向向量平行，可得：(x - x0)/a = (y - y0)/b = (z - z0)/c这就是直线的参数方程形式，也可以写成：x = x0 + at, y = y0 + bt, z = z0 + ct其中t为参数，表示直线上的不同点。
这种方程表示了直线上所有的点。
一、平面的点法式方程
平面∏2的法向量为 n2 ( A2 , B2 ,C2 )
则两平面夹角 的余弦为
2
cos n1 n2
n1 n2
即
cos
A1A2 B1B2 C1C2
A12 B12 C12 A22 B22 C22
n1
n2
1
平面的位置关系：
(1) 1 2
n1 n2
A1 A2 B1 B2 C1 C2 0
求此平面方程.
解 设平面为 Ax By Cz D 0,
aA D 0, 将三点坐标代入得 bB D 0,
cC D 0,
A D, B D, C D.
a
b
c
三、两平面的夹角
两平面法向量的夹角(常为锐角)称为两平面的夹角.
设平面∏1的法向量为 n1 ( A1 , B1 ,C1 )
o x
n
M0
y
A( x x0 ) B( y y0 ) C(z z0 ) 0 ① 平面的点法式方程, 称 n 为平面 的法向量.
例1 求过三点
的平面 的方程.
解: 取该平面 的法向量为
n
n M1M 2 M1M3
M1
i jk
3 4 6
2 3 1
(14, 9, 1)
又 M1 , 利用点法式得平面 的方程
以上两式相减 , 得平面的点法式方程
显然方程②与此点法式方程等价,因此方程②的图形是
法向量为 n ( A, B,C)的平面, 此方程称为平面的一般
方程.
Ax By Cz D 0 ( A2 B2 C 2 0)
特殊情形 • 当 D = 0 时, A x + B y + C z = 0 表示 通过原点的平面; • 当 A = 0 时, B y + C z + D = 0 的法向量
高等数学平面
Π 1 : A1 x + B1 y + C1 z + D1 = 0, Π 2 : A2 x + B2 y + C 2 z + D2 = 0, r n1 = { A1 , B1 , C1 }, r Π1 n2 = { A2 , B2 , C 2 },
按照两向量夹角余弦公式有
cosθ =
| A A2 + B1B2 + C1C2 | 1 A + B +C ⋅ A + B +C
2 1 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2
两平面夹角余弦公式 两平面位置特征： 两平面位置特征：
(1) Π 1⊥ Π 2 ⇐⇒ A1 A2 + B1 B2 + C1C 2 = 0;
A1 B1 C1 = = . ( 2) Π 1 // Π 2 ⇐⇒ A2 B2 C 2
附： 设 P0 ( x 0 , y0 , z 0 )是平面 Ax + By + Cz + D = 0 外一点， 到平面的距离. 外一点，求 P0 到平面的距离
由平面过点( 6,−3, 2) 知 6 A − 3 B + 2C = 0
r Q n⊥{4,−1,2},
∴ 4 A − B + 2C = 0
2 ⇒ A = B = − C, 3 所求平面方程为 2 x + 2 y − 3 z = 0.
三、平面的截距式方程 平面的截距式方程 设平面与 x , y , z 三轴分别交于 P (a ,0,0) 、
Ax0 + By0 + Cz0 − ( Ax1 + By1 + Cz1 ) , = 2 2 2 A + B +C
曲面与平面
⇒ − 3 B − C = 0 ⇒ C = −3 B
⇒ Π : By − 3 Bz = 0 ⇔ y − 3 z = 0
4.几类特殊平面及其方程 4.几类特殊平面及其方程 几类特殊
r 解法2： n = (0, B, C ) Q
例3 求过OX轴和点P ( 4,−3,−1)的平面Π 的方程
4.几类特殊平面及其方程 4.几类特殊平面及其方程 几类特殊 例3 求过OX轴和点P ( 4,−3,−1)的平面Π 的方程 解法1：设平面的一般方程为 Ax + By + Cz + D = 0
Q 平面 Π 过 X 轴 r ⇒ 其法向量 n ⊥ OX = (1, 0, 0) ∴ 必有： A = 0， D = 0 故设 Π的方程为： By + Cz = 0
0
+ By
0
A + B + C + Cz 0 + D |
2 2 2ຫໍສະໝຸດ 2A2 + B
+ C
2
返回主页（RETURN） 返回主页（
2
rD =0 ⇒ M 1r 2 =+( −1,+,−2)，而 MBM 2 C + + Q A M Br C 0 D = 0 且 1 − ⊥ n
即： − 2 z = 0 − —过原点。 故 Π x − yy−− z = — 2 x —过原点 即：的方程为： — + y + z = 0 — —过原点 2 0
P(x, y, z)
r n( A, B, C)
P (x0, y0, z0 ) 0
r 设平面Π 内一定点P0 ( x0 , y0 , z0 ), n = ( A, B, C ) ⊥ Π ， 则Π 的方程为： A( x − x0 ) + B( y − y0 ) + C ( z − z0 ) = 0 — 点法式 r 其中n为Π 的法向量 r r r (不唯一，若n1 // n，则n1也是Π 的法向量)
空间几何中的平面与直线的交点计算
空间几何中的平面与直线的交点计算在空间几何中，平面与直线的交点计算是一个重要的问题。
它在许多领域中都有广泛的应用，比如计算机图形学、机器视觉、航空航天等。
本文将介绍几种计算平面与直线交点的常用方法，并且给出具体的计算步骤和实例。
一、点法式方程法点法式方程是平面方程的一种常用形式，它可以通过平面上的一个点和平面的法向量来表示。
对于一个平面 P，设平面上的一点为 A，平面的法向量为 n，则点法式方程可以表示为：n·(X - A) = 0其中，X 是平面上的一点坐标。
对于直线 L，设直线上的一点为 B，直线的方向向量为 d，则直线可以表示为：X = B + td其中，t 是参数。
要计算平面和直线的交点，只需要将直线的方程代入平面的方程，求解参数 t，然后再将参数 t 代入直线的方程即可得到交点坐标。
例1：求平面 x + y + z = 6 和直线 x = 2t, y = 3t, z = -t 的交点坐标。
解：将直线的参数方程代入平面的方程有：(2t) + (3t) + (-t) = 64t = 6t = 3/2将 t = 3/2 代入直线的参数方程有：x = 2(3/2) = 3y = 3(3/2) = 9/2z = -(3/2) = -3/2所以，平面和直线的交点坐标为 (3, 9/2, -3/2)。
二、参数方程法参数方程法是另一种计算平面与直线交点的常用方法。
对于平面P，仍设平面上的一点为 A，平面的法向量为 n。
对于直线 L，设直线上的一点为 B，直线的方向向量为 d。
则可以得到以下参数方程：x = a + lty = b + mtz = c + nt要计算平面和直线的交点，只需要将直线的参数方程代入平面的方程，求解参数 l、m、n，然后再将参数 l、m、n 代入直线的参数方程即可得到交点坐标。
例2：求平面 2x + y - z = 3 和直线 x = 2t, y = t - 1, z = 3t 的交点坐标。
高等数学 平面及其方程
M0
O
y
x
2021/7/17
3
一、平面的点法式方程
法线向量：
z
如果一非零向量垂直于一平面，
这向量就电做该平面的法线向量．
唯一确定平面的条件：
过一定点M 0(x 0，y 0，z 0)的平面 有无穷个．
M0
O
y
x
2021/7/17
4
一、平面的点法式方程
法线向量：
z
如果一非零向量垂直于一平面，
这向量就电做该平面的法线向量．
唯一确定平面的条件：
过一定点M 0(x 0，y 0，z 0)的平面 有无穷个．
M0
O
y
x
2021/7/17
5
一、平面的点法式方程
法线向量： 如果一非零向量垂直于一平面，
这向量就电做该平面的法线向量．
z n
唯一确定平面的条件：
过一定点M 0(x 0，y 0，z 0)的平面 有无穷个．
过一定点M 0(x 0，y 0，z 0)并有确定 x 法向量 n{A，B，C}的平面只有一个．
2021/7/17
M0 O
y
6
一、平面的点法式方程
法线向量： 如果一非零向量垂直于一平面，
这向量就电做该平面的法线向量．
z n
唯一确定平面的条件：
过一定点M 0(x 0，y 0，z 0)的平面 有无穷个．
过一定点M 0(x 0，y 0，z 0)并有确定 x 法向量 n{A，B，C}的平面只有一个．
9
例2 求过三点M 1(2，1，4)、M 2(1，3，2)和M 3(0，2，3)
的平面的方程． z
解 先求出这平面的法线向量 n ．
M 1M 2{3， 4， 6}，n
平面的点法式方程
因为此平面过点 M 1，M2 ，所以
A 2C D 0 ,
①
A 2B 2C D 0 . ②
又由于所求平面与向量 a 1 , 1 , 1 平行，因此它
的法向量与 a 垂直， 即 A+B+C=0
③
解联立方程①、②、③，得 A = C，B = 2C，D = C，
所以有
Cx 2Cy Cz C 0,
消去 C ， 即为所求的平面方程为
x 2 y z 1 0.
例 5 设一平面通过 x 轴和点 M(4, 3, 1)， 试求该平面的方程.
解 因为所求平面通过 x 轴，所以可设它的方 程为
By + Cz = 0 .
④
由于点 M 在所求的平面上，因此有
3B C = 0 ，
将 C = 3B 代回方程 ④，并简化，即得所求平面方 程为
y 3z = 0
三、两平面的夹角
两平面法向量的夹角，称为两平面的夹角. 设平面
1、2 的方程分别为
A1 x B1 y C1z D1 0 , A2 x B2 y C2z D2 0 .
它们的夹角为 .
cos
cos (n1 ,n2 )
n1 n2 n1 n2
A1 A2 B1B2 C1C2
A12 B12 C12
A22
B22
C
2 2
④
则平面1、2 垂直的充要条件是 A1A2+ B1B2 + C1C2 = 0；
平行的充要条件是
A1 B1 C1 . A2 B2 C2
将方程 ① 展开， 得
Ax By Cz ( Ax0 By0 Cz0 ) 0,
空间解析几何-第2章 空间的平面与直线
n{4,1,2},
4 A B 2C 0
2 A B C, 3 所求平面方程为 2 x 2 y 3 z 0.
例5 求通过点M(2,-1,1)与N(3,-2,1)，且平行于 z轴的平面的方程
4. 过点M(3,2,-4)且在x轴和y轴上截距分别为-2 和-3的平面 5. 已知两点M1(3,-1,2)和M2(4,-2,-1) ，通过 M1且垂直于M1M2的平面 6. 已知平面上三点A(3,-1,2) B (4,-2,-1) C(3,2,-4)，求平面方程。 求通过直线 截距相等的平面方程 ，且在y轴与z轴上
类似地可讨论 A C 0, B C 0 情形.
(4) A B D 0,
有z 0,即xoy面.
例 4 设平面过原点及点( 6,3, 2) ，且与平面
4 x y 2 z 8 垂直，求此平面方程.
解 设平面为 Ax By Cz D 0, 由平面过原点知 D 0,
代入体积式
1 1 1 1 1 1 t , 6 6t t 6 t 6
a 1, b 6, c 1,
所求平面方程为 6 x y 6 z 6. 或
6 x y 6z 6.
已知平面上一点和不共线两个向量, 求通过该点与两向量平行的平面 ——点位式/坐标式参数方程
例 3 一直线过点 A( 2,3,4 )，且和 y 轴垂直 . . 相交，求其方程
解
因为直线和y 轴垂直相交,
所以交点为 B(0,3, 0),
取 s BA ( 2, 0, 4),
x2 y3 z4 所求直线方程 . 2 0 4
《平面的点法式方程》课件
利用点法式方程判断两平面是否平行
总结词
通过比较两个平面的点法式方程，判 断两平面是否平行。
详细描述
如果两个平面的点法式方程中的法向 量相同，则这两个平面平行。如果法 向量不同，则两平面相交。
利用点法式方程解决实际问题
总结词
将实际问题转化为平面问题，利用点法式方程求解。
详细描述
在实际问题中，常常会遇到平面问题，如平面几何、机械设计、建筑设计等领域。通过将问题转化为 平面问题，并利用点法式方程进行求解，可以找到解决问题的有效方法。
点法式方程的推导过程可以通过将平面的点表示为坐标向量，然后根据向量的点乘和叉乘运算规则进行 推导。
03
平面的点法式方程的性质
平面点法式方程的性质
唯一性
给定一个非零向量和平面的一个点，该平面具有唯一 的点法式方程。
方向性
点法式方程的方向由法向量决定，即与法向量平行的 直线上的点都满足该方程。
平行性
如果两个平面具有相同的法向量，则这两个平面平行 。
点法式方程与一般方程的转换
01 点法式方程可以通过线性变换转换为一般方程。 02 一般方程可以通过消元法转换为点法式方程。 03 点法式方程与一般方程的转换是线性的，可以通
过矩阵表示。
点法式方程的几何意义
01
点法式方程表示一个平面，该平面的法向量是给定 的非零向量。
提升习题
提升习题1
给定一个平面上的两个向量a = (x1, y1, z1) 和b = (x2, y2, z2)，求平面的点法式方程。
提升习题2
已知平面的点法式方程为Ax + By + Cz + D = 0， 且知道平面上的一个向量a = (x1, y1, z1)，求A、B 、C的值。
8-2空间平面和直线方程
y
x
M
0
由点法式方程得平面方程 2( y 1) 1( z 2) 0, 即
2 y z 0.
例2 设平面过点 M0 (3,1,2) 及 x轴, 求其方程. 解2 用待定常数法. 设平面方程是 Ax By Cz D 0 点(0,0,0)及(1,0,0)在平面上, 得 D A 0, 从而平面方程是
两直线的夹角公式
2 2 2 2 2 2
cos( L^ ,L )
1 2
两直线的位置关系: (两直线垂直、平行的条件) L1 : s1 ( m1 , n1 , p1 ), L2 : s2 ( m2 , n2 , p2 )
(1) L1 L2 ( 2) L1 // L2
m1m2 n1n2 p1 p2 0
x 1 y 1 z 1 如对称式方程为 0 1 1
x 1 0 可写成一般方程 y 1 z 1
x 1 y 1 z 1 又如 0 0 1
x 1 可写成一般方程 y1
z
1 x
O
1 y
例6 求过两点M1(1,2,3), M2(2,6,5)的直线方程. 解 向量 M1 M 2 与直线平行 取 s M1 M 2 (1,4,2) 所求直线方程为
a 1, b 6, c 1
所求平面方程为 6 x y 6z 6.
4. 两平面的夹角 定义 两平面法向量的夹角称为两平面的夹角. (通常取锐角)
n2 n1
1 : A1 x B1 y C1 z D1 0
2
2 : A2 x B2 y C2 z D2 0
( 3) A B 0, 平面平行于 xOy坐标面；
第四节平面方程
cos
A1A2 B1B2 C1C2
A12 B12 C12 A22 B22 C22
2 1 (1) 11 2
1，
22 (1)2 12 12 12 22 2
例4 研究平面Cz+D=0的几何特性. 解 易知所给平面法线向量n=(0,0,C)与z轴的方向平行.
因此可知Cz+D=0表示平行于Oxy坐标平面的平面. 同理Ax+D=0表示平行于Oyz坐标面； By+D=0表示平行于Oxz坐标面的平面.
例5 求过x轴，且过点(1,1,–1)的平面方程.
解 设过x轴的平面方程为By+Cz=0. 由于平面过点(1,1,–1)，因此有 B–C=0， 即B=C.将其代入所设方程并化简可得 y+z=0 为所求平面方程.
2A
C D 0,
A B C D 0,
3A 2B C D 0，
A 2 D，B 4 D，C D ,
3
3
3
代入所设平面方程并化简可得
2x–4y+z–3=0.
三、平面的截距式方程
设平面π过点M1(a,0,0)，M2(0,b,0)，M3(0,0,c)三点， 下面研究平面π的方程(其中a，b，c皆不等于0).
设两平面π1，π2的方程分别为 A1x+B1y+C1z+D1=0, A2x+B2y+C2z+D2=0.
它们的法线向量分别为 n1=(A1,B1,C1)， n2=(A2,B2,C2) ，
设这两个法线向量间的夹为 ，则由两向量的夹角
点到平面的距离的计算
点到平面的距离的计算方法一：点法式方程点法式方程是用法线向量和一个平面上的点表示平面的方程。
假设平面的法线向量为N=(a,b,c)，平面上一点为P0=(x0,y0,z0)，给定点为P=(x,y,z)。
点到平面的距离可以通过点法式方程计算。
点法式方程可以表示为：d = ，a(x-x0) + b(y-y0) + c(z-z0)， / sqrt(a^2 + b^2 + c^2)其中，d表示点到平面的距离。
方法二：向量投影向量投影是另一种计算点到平面距离的方法。
首先，将给定点与平面上的任意一点P0相减得到向量v。
然后，将向量v投影到平面的法线向量N上，得到投影向量proj(N, v)。
点到平面的距离等于投影向量的长度。
投影向量可以通过以下公式计算：proj(N, v) = v - proj(N, v) = v - ((v·N) / ，N，^2) * N。
其中，·表示向量的点积运算，N，表示向量N的长度。
方法三：平面方程平面方程是用平面上的三个点表示平面的方程。
给定点到平面的距离也可以通过平面方程进行计算。
假设平面方程为ax + by + cz + d = 0，给定点的坐标为(x, y, z)，点到平面的距离可以通过以下公式计算：d = ，ax + by + cz + d， / sqrt(a^2 + b^2 + c^2)其中，d表示点到平面的距离。
方法四：Q-公式Q-公式是一种简单而直接的方法，可以通过平面参数方程和点坐标计算点到平面的距离。
首先，将平面参数方程表示为点(x0,y0,z0)和两个法向量v1=(a1,b1,c1)和v2=(a2,b2,c2)的叉积。
然后，将给定点(x,y,z)带入参数方程中，计算出参数u和v。
点到平面的距离可以通过以下公式计算：d = ，u*v1 + v*v2， / sqrt(a^2 + b^2 + c^2)其中，d表示点到平面的距离。
以上是常用的几种计算点到平面距离的方法。
平面的点法式方程
例1求过三点刀(2,-1,4),方(一13-2)和C(0,2,3)的平面方程.一板书
解 AB = （一3,4,-
x - 2 0
-2 3 -1
取 nA1=）CA=B（x A一C2=, 3（,-14,9,—1）,
所求平面方程为
14（ x 一 2） + 9（ y +1） -
M0 M - n = 0 M^M= (x — x0, y — y0, z — z0)
「・A( x — x0) + B( y — y0) + C (z — z 0) = 0 平面的点法式方
程
其中法向量n = (A^B,C),已知点(x0, y。, z0)・
平面上的点都满足上方程，不在平面上的点 都不满足上方程，上方程称为平面的方程，平 面称为方程的图形.
2018/3/19
一■平面的点法式方程
如果一非零向量垂直于一平面，这向量就叫做该平面的法线向量・ 法线向量的特征：
"h直于平面内的任一向量. 已知 n = (A, B.C), yo, z0),
设平面上的任一点为M(x, y, z) 必有 MM 丄 n n M0M - n = 0
一■平面的点法式方程
（z 一 4） = 0, 化简得 14 x + 9 y 一 z -15 = 0.
板书
—般情况:过三点 Mk(,yk,zk) (k = 1,2,3)
x-xt y-yx z_q 工2一呵 J2_ Ji &一勺 乂3 一呂以 =0
一 71 电一知
例2求过点(1,1,1)，且垂直于平面x — y + z — 7和3 x + 2 y —12 z + 5 = 0的
平面方程.
平面的点法式方程
平面的点法式方程
平面的点法式方程是一种数学公式，可用于解决任意平面上特定点的
某种类型的方程。
它是由点的坐标表示的，可用来求出两个点之间的
距离，角度或其他图形几何性质。
点的坐标表示的方法如下：2维空间中的点可以用x和y的坐标表示，即(x,y)；3维空间中的点可以用x、y和z的坐标表示，即(x,y,z)。
平面上点法式方程有三种形式。
一种是直线方程，又称作一次方程，
它包括斜截式方程ax + by + c = 0，其中a, b, c分别表示x轴和y
轴的参数；另一种是圆的方程，即x² + y² + 2gx + 2fy + c = 0，其中g, f, c是x轴和y轴的参数；第三种是抛物线方程，即
y=ax²+bx+c，其中a，b，c分别表示x轴和y轴的参数。
点法式方程在现实中有广泛的应用，例如在电子设备设计中，可以用
于计算电子元件之间的距离和连接方式；在图像处理和图形识别中，
可以用于计算图像中点之间的关系；在工程计算中，可以用于计算建
筑物之间的距离；在物流管理中，可以用于计算物流设施的连接方式等。
平面的点法式方程可以帮助人们解决很多问题，无论是在计算机可视化、工程计算、物流管理，还是图像处理和图形识别，都能派上用场。
不管是企业还是研究机构，都应该加强对平面的点法式方程的理解和
运用，帮助企业更好地掌握市场实力，帮助研究者解决科学研究问题。
平面方程的点法式
平面方程的点法式
“嘿，同学们，今天咱们来聊聊平面方程的点法式。
”
平面方程的点法式是一种非常重要的表示平面的方法。
简单来说，就是如果知道平面上的一个点以及平面的法向量，那就可以确定这个平面的方程。
比如说吧，咱假设平面上有一个点 P(x₀,y₀,z₀)，还有一个法向量
n(A,B,C)。
那这个平面的方程就可以写成 A(x-x₀)+B(y-y₀)+C(z-z₀)=0。
这就好像是给这个平面一个独特的“身份证”一样。
举个实际例子，想象一下有个墙面，我们知道墙面上的一个特定点，比如说是墙角，这就相当于点 P。
然后我们还知道墙面是垂直于地面的，那地面的一个方向就可以看作是这个墙面的法向量 n。
有了这两个信息，我们就能准确地用点法式来描述这个墙面的位置和方向了。
再比如，在一个工程设计中，要确定一个特定的平面结构，工程师们就可以通过找到平面上的关键一点和该平面的法向量，然后利用点法式来精确地表示出这个平面，从而进行后续的设计和计算。
点法式的好处就在于它非常简洁明了地给出了平面的关键信息。
通过一个点和一个法向量，我们就能完整地确定一个平面。
而且在解决很多与平面相关的数学和实际问题时，都能发挥很大的作用。
同学们要记住哦，点法式是我们理解和处理平面问题的一个有力工具。
掌握了它，对于进一步学习空间解析几何以及解决实际问题都有很大的帮助。
以后遇到平面相关的问题，就可以想想点法式，看看能不能用它来找到答案。
平面的点法式
平面的点法式
平面的点法式是指用平面上一点 $(x_0, y_0)$ 及法向量 $\vec{n} = (A, B)$ 来表示平面上的所有点 $(x, y)$ 的方程。
具体来说，对于一个平面上的任意一点 $(x, y)$，它到法向量的距离应该与法向量的长度相等。
根据向量内积的定义，这个条件可以表示为：
$$\vec{v} \cdot \vec{n} = 0$$
其中，$\vec{v}$ 表示点 $(x, y)$ 到点 $(x_0, y_0)$ 的向量，即：
$$\vec{v} = \begin{pmatrix} x - x_0 \\ y - y_0 \end{pmatrix}$$
将 $\vec{v}$ 和 $\vec{n}$ 的定义代入上式，得到：
$$(x-x_0)A + (y-y_0)B = 0$$
这就是平面的点法式。
可以看到，它的形式与直线的点斜式方程类似，都是通过一点及斜率（或法向量）来表示一条直线（或平面）。
不过，点法式的形式更一般，可以表示任意方向的平面，而不单单是竖直或
水平的平面。
点法式不仅在数学中有重要应用，在计算机图形学、物理和工程等领域也很常见。
比如，计算机图形学中需要判断一个点是否在一个三维模型的表面之上，就可以利用模型的各个面的点法式来计算。
物理中的光学定律也可以用点法式来表示，即光线的反射和折射都遵循着入射光线与法向量的关系。
总之，平面的点法式是一个简单又有用的数学工具，在不同领域都有广泛的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第6页/共15页
机动 目录 上页 下页 返回 结束
三、两平面的夹角
两平面法向量的夹角(常为锐角)称为两平面的夹角.
设平面∏1的法向量为 n1 ( A1 , B1 ,C1)
平面∏2的法向量为 n2 ( A2 , B2 ,C2 )
则两平面夹角 的余弦为
2
cos n1 n2
A x0 B y0 C z0 D 0
以上两式相减 , 得平面的点法式方程
显然方程②与此点法式方程等价,因此方程②的图形是
法向量为 n ( A, B,C)的平面, 此方程称为平面的一般
方程.
第4页/共15页
机动 目录 上页 下页 返回 结束
Ax By Cz D 0 ( A2 B2 C 2 0)
特殊情形 • 当 D = 0 时, A x + B y + C z = 0 表示 通过原点的平面; • 当 A = 0 时, B y + C z + D = 0 的法向量
n (0, B,C) i, 平面平行于 x 轴;
• A x+C z+D = 0 表示 平行于 y 轴的平面; • A x+B y+D = 0 表示 平行于 z 轴的平面; • C z + D = 0 表示平行于 xoy 面 的平面; • A x + D =0 表示平行于 yoz 面 的平面； • B y + D =0 表示平行于 zox 面 的平面.
四面体的球面方程.
解: 设球心为 M 0 (x0 , y0 , z0 ),则它位于第一卦限,且
x0 y0 z0 1 12 12 12
x0
y0
z0 R(半径)
z
x0 y0 z0 1, 1 3 x0 3 x0
从而 因此所求球面方程为
o M0 y
x
第12页/共15页
机动 目录 上页 下页 返回 结束
A(x0 x1) B( y0 y1) C(z0 z1)
d
A2 B2 C2
P1
d A x0 B y0 C z0 D A2 B2 C2
(点到平面的距离公式)
第11页/共15页
机动 目录 上页 下页 返回 结束
例7. 求内切于平面 x + y + z = 1 与三个坐标面所构成
内容小结
1.平面基本方程:
一般式 Ax By Cz D 0 ( A2 B2 C 2 0)
点法式
截距式
x y z 1 abc
(abc 0)
三点式
x x1 x2 x1 x3 x1
y y1 y2 y1 y3 y1
z z1 z2 z1 0 z3 z1
第13页/共15页
机动 目录 上页 下页 返回 结束
解: 应用公式有
12 (1)1 21
cos
1.
12 (1)2 22 22 12 12 2
因此 arccos 1 .
23
第9页/共15页
机动 目录 上页 下页 返回 结束
例5. 一平面通过两点 M1( 1, 1, 1 )和 M 2 ( 0, 1, 1 ), 且
垂直于平面∏: x + y + z = 0, 求其方程 .
3 4 6 0 2 3 1
一般情况 : 过三点 M k (xk , yk , zk ) (k 1, 2,3)
的平面方程为
第2页/共15页
机动 目录 上页 下页 返回 结束
特别,当平面与三坐标轴的交点分别为
时, 平面方程为
x y z 1 (a ,b,c 0) abc
此式称为平面的截距式方程.
即
2x y z 0
第10页/共15页
机动 目录 上页 下页 返回 结束
例6. 设
是平面
外一点,求 P0 到平面的距离d . 解:设平面法向量为 n (A, B , C), 在平面上取一点
P1(x1, y1, z1) ,则P0 到平面的距离为
d Prj n P1P0
P1P0 n n
n P0
分析:利用三点式 x a y z a b 0 0 a 0 c
按第一行展开得 (x a)bc y(a)c zab 0
即 bcx acy abz abc
第3页/共15页
机动 目录 上页 下页 返回 结束
二、平面的一般方程
设有三元一次方程
Ax B y C z D 0 ( A2 B2 C2 0) ② 任取一组满足上述方程的数 x0 , y0 , z0 , 则
例1.求过三点
的平面 的方程.
解: 取该平面 的法向量为
n
n M1M 2 M1M3
M1
i jk
3 4 6
2 3 1
(14, 9, 1)
又 M1 , 利用点法式得平面 的方程
M3 M2
即
第1页/共15页
机动 目录 上页 下页 返回 结束
说明: 此平面的三点式方程也可写成
x 2 y 1 z 4
解: 设所求平面的法向量为
则所求平面
方程为 A(x 1) B( y 1) C(z 1) 0
n M1M 2
A 0 B 2C 0, 即
n 的法向量 A B C 0 , 故
因此有 2C(x 1) C( y 1) C(z 1) 0 (C 0)
约去C , 得 2(x 1) ( y 1) (z 1) 0
n2
(1) 1 2
n1 n2
1
A1 A2 B1 B2 C1 C2 0
n1
2
(2) 1 // 2
n1 // n2 A1 B1 C1 A2 B2 C2
n2 n1
2
1
第8页/共15页
机动 目录 上页 下页 返回 结束
例4. 求两平面 x y 2z 6 0和2x y z 5 0 的 夹角.
n1 n2
即
cos
A1A2 B1B2 C1C2
A12 B12 C12 A22 B22 C22
n1
n2
1
第7页/共15页
机动 目录 上页 下页 返回 结束
1 : n1 ( A1, B1, C1) 2 : n2 ( A2 , B2 结论：
第5页/共15页
机动 目录 上页 下页 返回 结束
例2. 求通过 x 轴和点( 4, – 3, – 1) 的平面方程.
解: 因平面通过 x 轴 , 故 A D 0
设所求平面方程为
By Cz 0 代入已知点 (4, 3, 1)得
化简,得所求平面方程
例3.用平面的一般式方程导出平面的截距式方程.