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距离公式

点到平面的距离

点到平面的距离公式

P(x0,y0,z0)P(x_0, y_0, z_0) 到平面 Ax+By+Cz+D=0Ax + By + Cz + D = 0 的距离为:

d=Ax0+By0+Cz0+DA2+B2+C2d = \frac{|Ax_0 + By_0 + Cz_0 + D|}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}}

几何意义

点到平面的距离是点到平面垂线的长度。

特殊情况

  • 当点在平面上时,距离为0
  • 距离总是非负数

点到直线的距离

点到直线的距离公式

P(x0,y0,z0)P(x_0, y_0, z_0) 到直线 xx1l=yy1m=zz1n\frac{x - x_1}{l} = \frac{y - y_1}{m} = \frac{z - z_1}{n} 的距离为:

d=PP1×ssd = \frac{|\vec{PP_1} \times \vec{s}|}{|\vec{s}|}

其中 PP1=(x0x1,y0y1,z0z1)\vec{PP_1} = (x_0 - x_1, y_0 - y_1, z_0 - z_1)s=(l,m,n)\vec{s} = (l, m, n)

向量形式推导

利用向量叉积的几何意义:a×b=absinθ|\vec{a} \times \vec{b}| = |\vec{a}| |\vec{b}| \sin\theta

点到直线的距离等于从点到直线的垂线长度。

两平行平面间的距离

两平行平面间的距离公式

两平行平面 Ax+By+Cz+D1=0Ax + By + Cz + D_1 = 0Ax+By+Cz+D2=0Ax + By + Cz + D_2 = 0 间的距离为:

d=D1D2A2+B2+C2d = \frac{|D_1 - D_2|}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}}

推导依据

两平行平面间的距离等于常数项差的绝对值除以法向量的模。

应用技巧

化简计算

  1. 统一形式:将各种方程化为标准形式
  2. 合理选择坐标系:选择便于计算的坐标系
  3. 利用几何关系:利用对称性和垂直关系简化计算

常见错误

  1. 符号错误:距离公式中的绝对值符号不能省略
  2. 单位向量:法向量需要单位化
  3. 坐标代入:注意点的坐标与方程中变量的对应关系

练习题

练习 1

求点 P(2,1,1)P(2, 1, -1) 到平面 xy+2z4=0x - y + 2z - 4 = 0 的距离。

参考答案 (3 个标签)
点到平面距离 距离公式 坐标计算

解题思路: 使用点到平面的距离公式。

详细步骤

  1. d=21+2×(1)412+12+22=21246=56=566d = \frac{|2 - 1 + 2 \times (-1) - 4|}{\sqrt{1^2 + 1^2 + 2^2}} = \frac{|2 - 1 - 2 - 4|}{\sqrt{6}} = \frac{5}{\sqrt{6}} = \frac{5\sqrt{6}}{6}

答案:距离为 566\frac{5\sqrt{6}}{6}

练习 2

求点 P(1,1,1)P(1, 1, 1) 到平面 x+y+z=6x + y + z = 6 的距离。

参考答案 (3 个标签)
点到平面距离 距离计算 简化计算

解题思路: 直接使用距离公式计算。

详细步骤

  1. d=1+1+1612+12+12=33=3d = \frac{|1 + 1 + 1 - 6|}{\sqrt{1^2 + 1^2 + 1^2}} = \frac{3}{\sqrt{3}} = \sqrt{3}

答案:距离为 3\sqrt{3}


总结

本文出现的符号

符号类型读音/说明在本文中的含义
dd距离distance几何对象间的距离
PP1\vec{PP_1}向量vector from P to P1从点P到点P1的向量
s\vec{s}方向向量direction vector直线的方向向量
×\times叉积cross product向量叉积运算

中英对照

中文术语英文术语音标说明
点到平面的距离distance from point to plane/ˈdɪstəns frəm pɔɪnt tuː pleɪn/点到平面的垂直距离
点到直线的距离distance from point to line/ˈdɪstəns frəm pɔɪnt tuː laɪn/点到直线的垂直距离
平行平面间的距离distance between parallel planes/ˈdɪstəns bɪˈtwiːn ˈpærəlɛl pleɪnz/两平行平面间的垂直距离
距离公式distance formula/ˈdɪstəns ˈfɔːrmjələ/计算几何距离的公式

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