【立体几何点到平面的距离公式】在立体几何中,点到平面的距离是一个常见的计算问题,广泛应用于数学、物理和工程等领域。掌握这一公式的推导与应用,有助于提高空间想象能力和解题效率。
一、公式总结
点 $ P(x_0, y_0, z_0) $ 到平面 $ Ax + By + Cz + D = 0 $ 的距离 $ d $ 可以用以下公式计算:
$$
d = \frac{
$$
其中:
- $ A, B, C $ 是平面的法向量;
- $ D $ 是平面方程中的常数项;
- $ x_0, y_0, z_0 $ 是点 $ P $ 的坐标。
二、公式推导简述
1. 法向量方向:平面的一般式 $ Ax + By + Cz + D = 0 $ 中,向量 $ \vec{n} = (A, B, C) $ 是该平面的法向量。
2. 投影长度:点 $ P $ 到平面上某一点 $ Q $ 的向量为 $ \vec{PQ} $,其在法向量方向上的投影即为点到平面的距离。
3. 绝对值处理:由于距离为非负数,故使用绝对值符号。
三、公式应用举例
点 $ P(x_0, y_0, z_0) $ | 平面方程 $ Ax + By + Cz + D = 0 $ | 计算过程 | 距离 $ d $ | ||||
$ (1, 2, 3) $ | $ 2x - y + z - 4 = 0 $ | $ \frac{ | 2×1 -1×2 +1×3 -4 | }{\sqrt{2^2 + (-1)^2 +1^2}} = \frac{ | 2 -2 +3 -4 | }{\sqrt{6}} = \frac{1}{\sqrt{6}} $ | $ \frac{1}{\sqrt{6}} $ |
$ (0, 0, 0) $ | $ x + y + z = 0 $ | $ \frac{ | 0 + 0 + 0 | }{\sqrt{1^2 +1^2 +1^2}} = 0 $ | $ 0 $ | ||
$ (5, -1, 2) $ | $ 3x + 4y - 12z + 10 = 0 $ | $ \frac{ | 3×5 +4×(-1) -12×2 +10 | }{\sqrt{3^2 +4^2 +(-12)^2}} = \frac{ | 15 -4 -24 +10 | }{\sqrt{169}} = \frac{7}{13} $ | $ \frac{7}{13} $ |
四、注意事项
- 若点位于平面上,则距离为 0;
- 公式适用于任何三维空间中的点和平面;
- 如果平面方程未写成标准形式,需先整理为 $ Ax + By + Cz + D = 0 $ 的形式;
- 分母是法向量的模长,表示单位方向上的长度。
通过以上内容可以看出,点到平面的距离公式不仅结构清晰,而且在实际问题中具有很强的应用价值。熟练掌握并灵活运用该公式,能够有效提升解决立体几何问题的能力。
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