空间直线与平面的方程及其位置关系
空间直线与平面的方程及其位置关系
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空间直线与平面的方程以及位置关系
高天仪 20101105295
数学科学学院 数学与应用数学专业 １0级汉二班
指导教师 李树霞
摘 要 解析几何中,在建立平面与空间直线的方程与讨论他们的性质时，充分运用了向量这一工具,通过向量来处理这类问题的好处是与坐标的选取是无关的。平面与空间直线方程的建立，就使得有关平面与空间直线的几何问题转化为这些稽核对象的方程的代数问题了。 关键词 空间直线、方向向量、参数方程、方向数 1 空间直线的方程
1.１ 直线的对称式（点向式)方程
空间给定了一点0M 与一个非零向量v ,那么通过点0M 且与向量v
平行的直线l 就被唯一确定,向量v
叫直线l 的方向向量.
任何一个与直线l 平行的非零向量都可以作为直线l 的方向向量.
直线l 过点),,(0000z y x M ,方向向量{}Z Y X v ,,=
.设),,(z y x M 为l 上任意一
点,00r OM =, r OM
=,由于M M 0与v （非零向量)共线,
则
v
t r r =-0 即
v t r r
+=0
（1.1－1）
叫做直线l 的向量式参数方程,（其中ｔ为参数)。
如果设},,{0000z y x r = ，},,{z y x r = 又设},,{Z Y X v =
,那么
（１.1-1）式得
??
?
??+=+=+=Zt
z z Yt y y Xt x x 000 （１.１-2) （1.１－1)叫做直线l 的坐标式参数方程。
消参数ｔ即得 Z
z z Y y y X x x 0
00-=
-=- （1．１-3)
则（1.１-３)叫做直线l 的对称式方程或称直线l 准方程。 例1 求通过空间两点),,(1111z y x M ，),,(2222z y x M 的直线方程。
解 取21M M v
=作为直线l 的方向向量，设),,(z y x M 为
直线l 上的任意点(如右图),那么
},,,{12121212z z y y x x r r M O r ---=-==
所以直线l 的向量式参数方程为:
);(121r r t r r
-+= （1．1-4)
坐标式参数方程为 ??
?
??-+=-==-+=)
()()(121121121z z t z z y y y y x x t x x （１．1－5）
对称式方程为 1
21121121z z z z y y y y x x x x --=--=-- (１.
１-6）
方程(1.4－４）（1.4-5)（1.4-6)都叫做直线l 的两点式方程。 １.１．1直线的方向数
①取直线l 的方向向量为 {}γβαcos ,cos ,cos 0=v
,则直线的方程为
00v t r r
+=(参数方程)
或 ??
?
??+=+=+=γ
βαcos cos cos 000t z z t y y t x x （1.１
－７） 标
准
方
程
γ
βαcos cos cos 0
00z z y y x x -=-=- (1．1-8)
由此可见参数t 的几何意义: t 为直线l 上点M 与点0M 之间的距离． ②直线的几个问题
Ⅰ．直线的方向角与方向余弦:直线的方向向量的方向角与方向．
Ⅱ.直线的方向数:直线的方向向量的分量X,Y,Ｚ或与之成比例的一组数
n m l ,, Ⅲ.直线的方向余弦γβαcos ,cos ,cos 与方向数n m l ,,之间的关系 2
2
2
2
2
2
2
2
2
cos ,cos ,cos n
m l n n
m l m n
m l l ++±
=++±
=++±
=γβα
1．2空间直线的一般方程
空间直线可以看作两个平面的交线。如果两个相交平面的方程分别为
01111=+++D z C y B x A 和02222=+++D z C y B x A （1A 、1B 、1C 与2A 、2B 、2C 不成比
例),则它们的交线是空间直线。该直线上任何一点的坐标应同时满足这两个平面方程，而不在该直线上的点的坐标不能同时满足这两个方程。所以方程组
??
?=+++=+++0
22221111D z C y B x A D z C y B x A
(1．2-１）
就是这两个平面交线的方程。方程(1.2－１）称为空间直线的一般方程。 1.3 直线的射影式方程
由于直线的表示法不唯一,通常取简单的两平面来表示直线.
如 将一般方程(特殊的一般方程)化为???+=+=d bz y c
az x (直线的射影式方程).
1.４ 直线一般方程与标准方程的互化
① 标准方程化为一般方程.(方向数不全为零) ② 一般方程化为标准方程
一般方程???=+++=+++00
2222
1111D z C y B x A D z C y B x A
(1)确定直线的两平面法向量21,n n 的向量积21n n
?为直线的一个方向
向量.
(2)取方程组的一组特解得直线l 上一点),,(0000z y x M 化得直线标准方程:
2
2110
2211022
110B A B A z z A C A C y y C B C B x x -=
-=-
2 空间平面的方程 2.１ 空间平面的一般方程
一个平面I 是由垂直它的非零向量ｎ和平面上的一个点M 唯一决定的。设n=（A,B ，C)(不为零向量)表示垂直I 的方向,称n 为I 的法向量
由于ｎ为平面I 的法向量，Ｍ０(x 0,y 0,z 0）为Ｉ上一点,则对于空间中任意一点Ｍ(x,y ，ｚ），M 在Ｉ上当且仅当
00=?n MM 或n OM n OM ?=?0 （3.1．2—1) 用坐标来表示，化为
0)()()(000=-+-+-z z C y y B x x A 令)(000Cz By Ax D ++-=,则得到平面的方程
0=+++D Cz By Ax (3.1.2—2） 这样，任何一张平面都可以用一个三元一次方程来表示。反之，对于任何一个三元一次方程
0=+++D Cz By Ax C B A ,,不全为0, 不妨设0≠A ,则该方程又可写成 0)(=+++Cz By A
D
x A 作过点)0,0,(A
D
-
，垂直于方向),,(C B A 的平面，则这个平面的方程就是所给出的方程,即一个三元一次方程表示一个平面。由此可以看出,经由坐标系,空间中的平面与一个四元数组),,,(D C B A 相对应。但是,这种对应不是一对一的，对于所有的0≠k ，),,,(kD kC kB kA 对应同一平面。由(３．1.2—２)表示的方程称为平面的一般方程。
3.２ 空间平面的法式方程
把（3.1.2—1）式两边同时与n 1=
λ或n
1
-=λ相乘,符号的选取使得0)(0≥?n OM λ。这样
n n λ=0 为从原点指向平面Ｉ的单位向量
0)(≥?=n OM p o λ
为原点O 与平面I 的距离。此时可以得到I 的另一种方程表示 p n OM =?00，10=n ，p ≤0
称为平面的法式方程，选取的λ称为法化因子。它的几何意义是：平面I 是由所有的满足OM 在垂直于I 的直线上投影向量为0pn 的点M 构成的。若以给平面I 的方程为
0=+++D Cz By Ax 则I 的法式方程可以表示成
0)(=+++D Cz By Ax λ 其中法化因子2
2
2
1C
B A ++±
=λ,λ正负号的选取要使得0≤D λ。法式方程常
用来处理和点与平面的距离有关的问题。 ３.３ 空间平面的参数方程
n
pn
M
a
b Mo
（3.1.4—1) （3.1.4—２）
从图（3．１．4—2）中可以看出，平面Ｉ是由I 上一点0M 与两个不共线的与I 平行的向量a,b(或者说是I 上两个不共线的向量）所决定的。设
0M ),,(000z y x ∈I ，),,(321a a a a =，),,(321b b b b =,ａ，b 与I 平行且0≠?b a 。则
空间中任意一点),,(z y x M 在I 上,当且仅当M M 0，a,b 三向量共面。从而有实数k,m ，使得
mb ka M M +=0 或者 mb ka OM OM ++=0 使用分量来表示,则可得到
??
?
??++=++=++=330220110mb
ka z z mb ka y y mb ka x x (３．１.4—３)
我们称(3.1．4—３)为平面的参数方程,其中参数为k 和m 。从(3.1.４—3）中消去参数ｋ,ｍ,可以得到关于x,y,ｚ的三元一次方程
3
2
1
321000b b b a a a z z y y x x ---=0 3.4 空间平面的截距式方程 对于由方程
0=+++D Cz By Ax
所表示的平面I 。假设I 过原点O,即)0,0,0(在Ｉ上当且仅当0=D 。若0≠D ，则平面I 可用方程
1=++c
z
b y a x (３．４—1) 表示，其中)0,0,(a ,)0,,0(b ,),0,0(
c 分别为I 与三个坐标轴的交点坐标。则我们称(3.4—1）为平面的截距式方程。 3 空间中直线与平面的位置关系 已知直线l 和平面α的方程为
.
0:,
:
00=+++-=-=-D Cz By Ax n z z m y y l x x l α
现在我们来讨论①α⊥l ，②α//l ,③l 在α上的充要条件。
因为直线l 的方向向量),,(n m l S =与直线l 平行,平面α的法向量
),,(C B A N =与平面α垂直,所以有
① .//C
n B m A l N S l ++?
?⊥α ② .0//=++?⊥?nC mB lA N S l α
如果N S ⊥时,l 和α又有公共点，则l 就整个落在α上了．因此有
③ l 在α上???=+++=++?00
000D Cz By Ax nC mB lA
３.1 空间直线与平面的交角
设直线l 和平面α的交角为θ.当α//l 时,0=θ;当α⊥l 时，2
π
θ=；其他情
况下，θ等于l 与它在α上的射影直线'l 所交的锐角.
设?是l 的方向向量S 与α的法向量N 之间的夹角，则有 θπ
?-=
2
或θπ
?+=
2
θθπ?sin )2cos(cos =-=或.sin )2cos(cos θθπ
?-=+=
因此在这两种情况下，都有N
S N S ?==?θcos sin .
已知直线l 和平面α的方程为
::
00=+++-=
-=-D Cz By Ax n z z m y y l x x l α
设l 和α的交角为θ，则 2
222
2
2
sin C
B A n
m l Cn Bm Al N
S N S ++++++=
?=θ
参考文献
[1]吕林根许子道.《解析几何》第四版.高等教育出版社.2006．05．
[２］同济大学应用数学系.《高等代数与解析几何》.高等教育出版社．20０5.05. [3］谢敬然柯媛元.《空间解析几何》.高等教育出版社.2013．０5.
[４]高红铸王敬庚傅若男.北京师范大学数学科学学院组编.《空间解析几何》第三版.北京师范大学出版社.2007.0７．0３.
C++求点与直线,直线与直线的位置关系
//---------------------------------- //类名:Vecter2D //功能:2维矢量类 //---------------------------------- class CVecter2D { //---------构造函数--------------------- public: CVecter2D(){ x = y = 0.0;} CVecter2D(double fx,double fy){x = fx; y = fy;} public: double x,y; //-----------操作符--------------------- public: CVecter2D operator + (const CVecter2D& vecter); CVecter2D operator - (const CVecter2D& vecter); CVecter2D operator * (const double& fScalar); CVecter2D operator / (const double& fScalar); void operator = (const CVecter2D& vecter); bool operator == (const CVecter2D& vecter); void operator += (const CVecter2D& vecter); void operator -= (const CVecter2D& vecter); void operator *= (const double& fScalar); void operator /= (const double& fScalar); //-----------操作------------------------ public: void Normalized(); //归一化 double Dot(const CVecter2D& vecter); //点积 double GetAngle(const CV ecter2D& vecter); //夹角 int IsVertical(const CVecter2D& vecter); //0--垂直,1--大于90度,-1小于90度bool IsParallel(const CVecter2D& vecter); //是否平行 void Inverted(); //求反 CVecter2D GetV ertical(bool bClockwise = false); //获取正交向量 //-----------属性------------------------ public: bool IsAffine(); //是否为仿射组合 bool IsConvex(); //是否为凸组合 double GetLength(); //长度 };
空间直线与平面的方程及其位置关系
空间直线与平面的方程及其位置关系
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空间直线与平面的方程以及位置关系 高天仪 20101105295 数学科学学院 数学与应用数学专业 １0级汉二班 指导教师 李树霞 摘 要 解析几何中,在建立平面与空间直线的方程与讨论他们的性质时，充分运用了向量这一工具,通过向量来处理这类问题的好处是与坐标的选取是无关的。平面与空间直线方程的建立，就使得有关平面与空间直线的几何问题转化为这些稽核对象的方程的代数问题了。 关键词 空间直线、方向向量、参数方程、方向数 1 空间直线的方程 1.１ 直线的对称式（点向式)方程 空间给定了一点0M 与一个非零向量v ,那么通过点0M 且与向量v 平行的直线l 就被唯一确定,向量v 叫直线l 的方向向量. 任何一个与直线l 平行的非零向量都可以作为直线l 的方向向量. 直线l 过点),,(0000z y x M ,方向向量{}Z Y X v ,,= .设),,(z y x M 为l 上任意一 点,00r OM =, r OM =,由于M M 0与v （非零向量)共线, 则 v t r r =-0 即 v t r r +=0 （1.1－1） 叫做直线l 的向量式参数方程,（其中ｔ为参数)。 如果设},,{0000z y x r = ，},,{z y x r = 又设},,{Z Y X v = ,那么 （１.1-1）式得 ?? ? ??+=+=+=Zt z z Yt y y Xt x x 000 （１.１-2) （1.１－1)叫做直线l 的坐标式参数方程。
点、直线、平面之间的位置关系知识点总结
点、直线、平面之间的位置关系 一、线、面之间的平行、垂直关系的证明 书中所涉及的定理和性质可分为以下三类： 1、平行关系与平行关系互推； 2、垂直关系与垂直关系互推； 线面垂直判定定理 线面垂直的定义 两平面的法线垂 直则两平面垂直 面面垂直判定定理 线面平行判定定理 线面平行性质定理 线面平行转化 面面平行判定定理 面面平行性质定理
3、平行关系与垂直关系互推。 以线或面为元素，互推的本质是以某一元素为中介，通过另外两元素与中介元素的垂直或平行关系，推导出该两元素的关系，总共有21种情况，能得出结论的有以下9种情况。 线线平行传递性：b c c a b a //////?? ??； 面面平行传递性：γαβγβα//////?? ??； 线面垂直、线面垂直?线面平行： ααββα//a a a ??? ????⊥⊥； 线面垂直?线线平行（线面垂直性质定理）：b a b a //?? ??⊥⊥αα； 线面垂直?面面平行：βαβα//?? ??⊥⊥a a ； 线面垂直、面面平行?线面垂直：βαβα⊥?? ??⊥a a //； 线线平行、线面垂直?线面垂直：αα⊥?? ??⊥b a b a //； 线面垂直、线面平行?面面垂直：βααβ⊥?? ??⊥a a //。 备注：另外证明平行关系时可以从最基本的定义交点入手，证明垂直关系时可以从最基本的定义角度入手。 符号化语言一览表 ①线面平行ααα////a a b b a ????????；αββα////a a ?????；ααββα//a a a ??? ????⊥⊥； ②线线平行:////a a a b b α βαβ??????=?；b a b a //????⊥⊥αα；////a a b b αβαγβγ??=???=? ；b c c a b a //////????； ③面面平行:,////,//a b a b O a b αααβββ????=????；βαβα//????⊥⊥a a ；γαβγβα//////????；
点、直线、圆与圆的位置关系
点、直线、圆与圆的位置关系 【要点梳理】 要点一、点和圆的位置关系 1．点和圆的三种位置关系： 由于平面上圆的存在，就把平面上的点分成了三个集合，即圆内的点，圆上的点和圆外的点，这三类点各具有相同的性质和判定方法；设⊙O的半径为r，点P到圆心的距离为d，则有 2．三角形的外接圆 经过三角形的三个顶点的圆叫做三角形的外接圆，外接圆的圆心是三角形三条边垂直平分线的交点，叫做三角形的外心. 三角形的外心到三角形三个顶点的距离相等. 要点诠释： （1）点和圆的位置关系和点到圆心的距离的数量关系是相对应的，即知道位置关系就可以确定数量关系；知道数量关系也可以确定位置关系； （2）不在同一直线上的三个点确定一个圆. 要点二、直线和圆的位置关系 1．直线和圆的三种位置关系： (1) 相交：直线与圆有两个公共点时，叫做直线和圆相交．这时直线叫做圆的割线． (2) 相切：直线和圆有唯一公共点时，叫做直线和圆相切．这时直线叫做圆的切线，唯一的公共点叫做切点． (3) 相离：直线和圆没有公共点时，叫做直线和圆相离． 2．直线与圆的位置关系的判定和性质． 直线与圆的位置关系能否像点与圆的位置关系一样通过一些条件来进行分析判断呢？ 由于圆心确定圆的位置，半径确定圆的大小，因此研究直线和圆的位置关系，就可以转化为直线和点(圆心)的位置关系．下面图(1)中直线与圆心的距离小于半径；图(2)中直线与圆心的距离等于半径；图(3)中直线与圆心的距离大于半径．
如果⊙O的半径为r，圆心O到直线的距离为d，那么 要点诠释： 这三个命题从左边到右边反映了直线与圆的位置关系所具有的性质；从右边到左边则是直线与圆的位置关系的判定． 要点三、切线的判定定理、性质定理和切线长定理 1．切线的判定定理： 经过半径的外端并且垂直于这条半径的直线是圆的切线. 要点诠释： 切线的判定定理中强调两点：一是直线与圆有一个交点，二是直线与过交点的半径垂直，缺一不可. 2．切线的性质定理： 圆的切线垂直于过切点的半径. 3．切线长： 经过圆外一点作圆的切线，这点和切点之间的线段的长，叫做这点到圆的切线长. 要点诠释： 切线长是指圆外一点和切点之间的线段的长，不是“切线的长”的简称.切线是直线，而非线段. 4．切线长定理： 从圆外一点可以引圆的两条切线，它们的切线长相等，这一点和圆心的连线平分两条切线的夹角. 要点诠释： 切线长定理包含两个结论：线段相等和角相等. 5．三角形的内切圆： 与三角形各边都相切的圆叫做三角形的内切圆. 6．三角形的内心： 三角形内切圆的圆心是三角形三条角平分线的交点，叫做三角形的内心. 三角形的内心到三边的距离都相等. 要点诠释： (1) 任何一个三角形都有且只有一个内切圆，但任意一个圆都有无数个外切三角形； (2) 解决三角形内心的有关问题时，面积法是常用的，即三角形的面积等于周长与内切圆半径乘积的一半，即(S为三角形的面积，P为三角形的周长，r为内切圆的半径). 名称确定方法图形性质
点与直线、直线与直线的位置关系
第二节 点与直线、直线与直线的位置关系 一、基础练习： 1．已知两条直线y ＝a 2 x －2和x-ay ＋1＝0互相垂直，则a 等于________．-1或0 2．直线x ＋ay ＋3＝0与直线ax ＋4y ＋6＝0平行的充要条件是a ＝________.-2 3．已知点P (3,2)与点Q (1,4)关于直线l 对称，则直线l 的方程为______________．X-y+1=0 4．若点P (a,3)到直线4x －3y ＋1＝0的距离为4，且点P 在不等式2x ＋y －3<0表示的平面区域内，则实数a 的值为________．-3 5．在平面直角坐标系中，定义平面内与直线垂直的非零向量称为直线的法向量，若直线l 过点A (－2,3)，且法向量为n ＝(1，－2)，则直线l 的方程为______________．X-2y+8=0 二、重点知识： 1、判断两直线的关系 例1：已知两条直线l 1：ax-by ＋4＝0，直线l 2：(a-1)x ＋y ＋b ＝0，求满足下列条件的a 、b 的值。 （1）21l l ⊥，且1l 过点)1,3(--；a=b=2（2）21//l l ，且原点到这两直线的距离相等。a=2,b=-2; a=3 2 ,b=2 规律：已知两条直线l 1：ax ＋by ＋c ＝0，直线l 2：mx ＋ny ＋p ＝0。 （1）若l 1∥l 2，则_____________________________________； （2）若l 1⊥l 2，则____________________________________； 练习题：1.已知两条直线l 1：ax ＋by ＋c ＝0，直线l 2：mx ＋ny ＋p ＝0，则an ＝bm 是直线l 1∥l 2的________________条件．必要不充分 2．已知{(x ，y)|(m+3)x+y=3m-4}∩{(x ，y)|7x+(5-m)y-8=0}=φ，则直线(m+3)x+y=3m+4与坐标轴围成的三角形面积是_________________。2 3.若三条直线l 1：x ＋y ＝7，l 2：3x －y ＝5，l 3：2x ＋y ＋c ＝0不能围成三角形，则c 的值为________．-10 4．过点P (1,2)作直线l ，使直线l 与点M (2,3)和点N (4，－5)距离相等，求直线l 的方程。 4x+y-6=0,3x+2y-7=0 5．设a 、b 、c 、分别是△ABC 中∠A 、∠B 、∠C 所对边的边长，则直线x sin A ＋ay ＋c ＝0与bx －y sin B ＋sin C ＝0的位置关系是______．垂直 6．已知0 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 点、直线与抛物线之间的位置关系(学生用) 一．点与抛物线的位置关系： 已知点p （x 0,y 0）和焦点为F 抛物线2y =2px （p>0） （1）点p （x 0,y 0）在抛物线2y =2px （p>0）? 2o y <2p 0x （p>0） （2）点p （x 0,y 0）在抛物线2y =2px （p>0）上? 2o y =2p 0x （p>0） （3）点p （x 0,y 0）在抛物线2y =2px （p>0）外? 2o y >2p 0x （p>0） 二．直线和抛物线线之间的关系： 已知抛物线C:2y =2px （p>0）直线l ：Ax+By+C=0 抛物线C 和直线l 相离： （1）抛物线C 和直线l 相离?抛物线C 和直线l 无交点?方程组22x y =0 y px A B C =++?? ?无解，消去y 得 关于x 的方程设为 A 2x 2 +2(AC-pB)x+C=0 （1）(或消去x 得关于y 的方程,Ay 2 +2pBy+C=0… ⑵)?方程（1）（或方程（2）无解）? 方程（1）中的 判别式?<0(方程（2） 中的 判别式00. 若抛物线C 和直线l 有两个交点A （x 1,y 1）,B （x 2,y 2））.C ()00,y x 是AB 的中点，则直线AB 的斜率0 y p k AB = 则 当直线l 斜率是k 时12|AB y y = =- 直线l 倾斜角为α 时1212|||AB x x y y =-=- 精锐教育学科教师辅导讲义讲义编号_ D所成的角， 2 = 3 D C P A B 解析：∵AP ⊥BP ，PA ⊥PC ，∴AP ⊥PBC 连PD ，则PD 就是AD 在平面PBC 上的射影 ∴∠PDA 就是AD 与平面PBC 所成角 又∵∠ABP =∠ACP =60o，PB =PC =2BC ，D 是BC 中点， ∴PD= BC 27, PA=6BC ∴AD=BC 2 31 ∴31 217 cos ==∠AD PD PDA ∴AD 与平面PBC 所成角的余弦值为31 217 巩固练习： 1 选择题 （1）一条直线和平面所成角为θ，那么θ的取值范围是（ ） （A ）（0o,90o） （B ）[0o,90o] （C ）[0o,180o] （D ）[0o,180o) （2）两条平行直线在平面内的射影可能是①两条平行线；②两条相交直线；③一条直线；④两个点. 上述四个结论 中，可能成立的个数是 （ ） （A ）1个 （B ）2个 （C ）3个 （D ）4个 （3）从平面外一点P 引与平面相交的直线，使P 点与交点的距离等于1，则满足条件的直线条数不可能是（ ） （A ）0条或1条 （B ）0条或无数条 （C ）1条或2条 （D ）0条或1条或无数条 答案：（1）B (2)C (3)D 2．填空题 （1）设斜线与平面α所成角为θ，斜线长为l ，则它在平面内的射影长是 . ∵AO OE ⊥ ∴2tan 2AO AEO OE ∠= = ∴2 arctan 2 AEO ∠= 即二面角A BC D --的大小为2 arctan 2 （3）取AC 的中点E ，连接,EF OF ，则//,//EF AB OE CD ∴OE 与EF 所成的锐角或直角即为异面直线AB 和CD 所成角 易求得45OEF ∠= 即异面直线AB 和CD 所成角为45 例5、设P 是△ABC 所在平面M 外一点，当P 分别满足下列条件时，判断点P 在M 内的射影的位置． （1）P 到三角形各边的距离相等． （2）P 到三角形各顶点的距离相等． （3）PA 、PB 、PC 两两垂直． 解析：设P 在平面M 内的射影是O ． （1）O 是△ABC 的内心； （2）O 是△ABC 的外心； （3）O 是△ABC 的垂心． 平面空间直线及其方程 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020 一、向量的向量积：b a ? 二、平面及其方程 一、平面的点法式方程 1．平面的法线向量定义：垂直于一平面的非零向量叫做平面的法线向量。 平面内的任一向量均与该平面的法线向量垂直。 2．平面的点法式方程 已知平面上的一点),,(0000z y x M 和它的一个法线向量},,{C B A =n ，对平面上的任一点),,(z y x M ，有向量⊥M M 0n ，即 00M M ?=n 代入坐标式，有： 0)()()(000=-+-+-z z C y y B x x A 此即平面的点法式方程。 【求平面方程的方法】 233231131221{, , }. a b a b a b a b a b a b a b ?=---;(1)在平面上找出一个点.(2)找出一个与平面垂直的非零向量(法向) 二、平面的一般方程 任一平面都可以用三元一次方程来表示。 平面的一般方程为： +D Cz By Ax + = + 几个平面图形特点： 1）D＝0：通过原点的平面。 2）A＝0：法线向量垂直于x轴，表示一个平行于x轴的平面。 同理：B＝0或C＝0：分别表示一个平行于y轴或z轴的平面。 3）A ＝B ＝0：方程为0=+D C Z ，法线向量},0,0{C ，方程表示一个平行于xoy 面的平面。 同理：0=+D A X 和0=+D B Y 分别表示平行于yoz 面和xoz 面的平面。 4）反之：任何的三元一次方程，例如：011765=+-+z y x 都表示一个平面，该平面的法向量为}7,6,5{-=n 例2：设平面过原点及点)2,3,6(-，且与平面824=+-z y x 垂直，求此平面方程。 解：设平面为0=+++D Cz By Ax ，由平面过原点知 0=D 由平面过点)2,3,6(-知 0236=+-C B A ， {4,1,2}⊥-n 024=+-∴C B A C B A 3 2-==? 所求平面方程为0322=-+z y x 三、空间直线及其方程 一、空间直线的一般方程 空间直线可以看成是两个平面的交线。故其一般方程为： ???=+++=+++002222 1111D z C y B x A D z C y B x A 二、空间直线的对称式方程与参数方程 平行于一条已知直线的非零向量叫做这条直线的方向向量。 第二章点、直线、平面之间的位置关系 知识点总结 1、平面的性质 一、空间点、直线、平面之间的位置关系 四个公理： 公理1 文字语言： 符号语言： 公理2： 文字语言： 符号语言： 公理3： 文字语言： 符号语言： 推论： （1）过一条直线及直线外一点，有且只有一个平面。 （2）过两条相交直线，有且只有一个平面。 （3）过两条相互平行的直线，有且只有一个平面。 2、空间中直线与直线之间的位置关系 异面直线： 空间中两条直线有且只有三种位置关系（它们的特征）： 相交直线： 平行直线： 异面直线： 公理4 ：（平行线的传递性） 文字语言： 符号语言： 等角定理： 异面直线所成的角： 3、空间中直线与平面与直线间的位置关系 （1）直线在平面内： （2）直线与平面相交： （3）直线与平面平行： 4、平面与平面之间的位置关系 （1）两个平面平行： （2）两个平面相交： 二、直线、平面平行的判定的判定及其性质 1、直线与平面平行的判定及其性质 （1）直线与平面平行的判定（线线平行，则线面平行）： 符号语言： （2）直线与平面平行的性质（线面平行，则线线平行）： 符号语言： 2、平面与平面平行的判定及其性质 （1）平面与平面平行的判定（线线平行，则面面平行）: 符号语言： （2）平面与平面平行的性质（面面平行，则线线平行）： 符号语言： 三、直线、平面垂直的判定及其性质 1、直线平面垂直的的判断及其性质 （1）直线与平面垂直的定义： （2）直线与平面垂直的判定2、2（线线垂直，则线面垂直）： 符号语言： （3）直线与平面垂直的性质： 符号语言： （4）平面与直线所成角的角： 一、向量的向量积：b a ? 二、平面及其方程 一、平面的点法式方程 1．平面的法线向量定义：垂直于一平面的非零向量叫做平面的法线向量。 平面内的任一向量均与该平面的法线向量垂直。 2．平面的点法式方程 已知平面上的一点) , , ( z y x M和它的一个法线向量} , , {C B A = n，对平面上的任一点) , , (z y x M，有向量⊥ M M n，即 M M ?= n 代入坐标式，有： ) ( ) ( ) ( = - + - + -z z C y y B x x A此即平面的点法式方程。 【求平面方程的方法】 233231131221 {,,}. a b a b a b a b a b a b a b ?=--- ; (1)在平面上找出一个点. (2)找出一个与平面垂直的非零向量(法向) 二、 平面的一般方程 任一平面都可以用三元一次方程来表示。 平面的一般方程为： 0=+++D Cz By Ax 几个平面图形特点： 1）D ＝0：通过原点的平面。 2）A ＝0：法线向量垂直于x 轴，表示一个平行于x 轴的平面。 同理：B ＝0或C ＝0：分别表示一个平行于y 轴或z 轴的平面。 3）A ＝B ＝0：方程为0=+D C Z ，法线向量},0,0{C ，方程表示一个平行于xoy 面的平面。 同理：0=+D A X 和0=+D B Y 分别表示平行于yoz 面和xoz 面的平面。 4）反之：任何的三元一次方程，例如：011765=+-+z y x 都表示一个平面，该平面的法向量为}7,6,5{-=n 例2：设平面过原点及点)2,3 ,6(-，且与平面8 2 4= + -z y x垂直，求此平面方程。 解：设平面为0 = + + +D Cz By Ax，由平面过原点知0 = D 由平面过点)2,3 ,6(-知0 2 3 6= + -C B A， {4,1,2} ⊥- n0 2 4= + - ∴C B A C B A 3 2 - = = ? 所求平面方程为0 3 2 2= - +z y x 三、空间直线及其方程 一、空间直线的一般方程 空间直线可以看成是两个平面的交线。故其一般方程为： ? ? ? = + + + = + + + 2 2 2 2 1 1 1 1 D z C y B x A D z C y B x A 二、空间直线的对称式方程与参数方程 平行于一条已知直线的非零向量叫做这条直线的方向向量。 已知直线上的一点) , , ( z y x M和它的一方向向量} , , {p n m = s，设直线上任一点为) , , (z y x M，那么 M 与s平行，由平行的坐标表示式有： p z z n y y m x x - = - = - 此即空间直线的对称式方程（或称为点向式方程）。 . 的直线 为方向向量 ) 3 , 0,2 ( 且以 ) 3,2,1( 表示过点 3 - 3 2 2 1 例如- - = - = - s z y x 一、向量的向量积：b a ? 二、平面及其方程 一、平面的点法式方程 1．平面的法线向量定义：垂直于一平面的非零向量叫做平面的法线向量。 平面内的任一向量均与该平面的法线向量垂直。 2．平面的点法式方程 已知平面上的一点),,(0000z y x M 和它的一个法线向量},,{C B A =n ，对平面上的任一点),,(z y x M ，有向量⊥M 0n ，即 00M M ?=n 代入坐标式，有： 此即平面的点法式方程。 【求平面方程的方法】 233231131221{, , }. a b a b a b a b a b a b a b ?=---;(1)在平面上找出一个点. (2)找出一个与平面垂直的非零向量(法向) 二、 平面的一般方程 任一平面都可以用三元一次方程来表示。 平面的一般方程为： 几个平面图形特点： 1）D ＝0：通过原点的平面。 2）A ＝0：法线向量垂直于x 轴，表示一个平行于x 轴的平面。 同理：B ＝0或C ＝0：分别表示一个平行于y 轴或z 轴的平面。 3）A ＝B ＝0：方程为0=+D C Z ，法线向量},0,0{C ，方程表示一个平行于xoy 面的平面。 同理：0=+D A X 和0=+D B Y 分别表示平行于yoz 面和xoz 面的平面。 4）反之：任何的三元一次方程，例如：011765=+-+z y x 都表示一个平面，该平面的法向量为}7,6,5{-=n 例2：设平面过原点及点)2,3,6(-，且与平面824=+-z y x 垂直，求此平面方程。 解：设平面为0=+++D Cz By Ax ，由平面过原点知 0=D 由平面过点)2,3,6(-知 0236=+-C B A ， {4,1,2}⊥-n 024=+-∴C B A C B A 3 2-==? 所求平面方程为0322=-+z y x 空间中直线与平面、平面与平面之间的位置关系 （一）教学目标 1．知识与技能 （1）了解空间中直线与平面的位置关系； （2）了解空间中平面与平面的位置关系； （3）培养学生的空间想象能力. 2．过程与方法 （1）学生通过观察与类比加深了对这些位置关系的理解、掌握； （2）让学生利用已有的知识与经验归纳整理本节所学知识. （二）教学重点、难点 重点：空间直线与平面、平面与平面之间的位置关系. 难点：用图形表达直线与平面、平面与平面的位置关系. （三）教学方法 借助实物，让学生观察事物、思考等，讲练结合，较好地完成本节课的教学目标. 有几种位置关系？：有三种位置关系： ）直线与平面平行 图形语言是： 直线a与面α相交的 直线a与面α ∥α. 图形语言是： ′C′D′的六 平面与平面平行的符号语 .图形语言是： （1）AB没有被平面 备用例题 例1 直线与平面平行的充要条件是这条直线与平面内的（） A．一条直线不相交 B．两条直线不相交 C．任意一条直线都不相交 D．无数条直线都不相交 【解析】直线与平面平行，那么直线与平面内的任意直线都不相交，反之亦然；故应选C. 例2 “平面内有无穷条直线都和直线l平行”是“α // l”的（）. A．充分而不必要条件 B．必要而不充分条件 C．充分必要条件 D．即不充分也不必要条件 【解析】如果直线在平面内，直线可能与平面内的无穷条直线都平行，但直线不与平面 平行，应选B. 例3 求证：如果过一个平面内一点的直线平行于与该平面平行的一条直线，则这条直线在这个平面内. 已知：l∥α，点P∈α，P∈m，m∥l 求证：mα ?. 证明：设l与P确定的平面为β，且αβ= m′，则l∥m′. 又知l∥m，m m P '=， 第七章 解析几何（一）直线及其方程 四、点与线（1） 两点距离公式、中点坐标公式、点到直线的距离公式 一、学习目标 1、了解点与点、点与线的位置关系； 2、掌握两点距离公式、中点坐标公式、点到直线的距离公式 二、学习过程 （一）【实例探究】 探究1：已知两点12(1,2),(3,5)P P -， 则线段12PP 的长度为 ；设点P 为线段12PP 的 中点，则点P 的坐标为 探究2：已知点(2,2)P ，直线:34120l x y ++=，则点P 到直线l 的距离d = （二）【构建新知】 练习： 1、两点((3,0)A B -之间的距离为 2、(2,3)P 是线段),3(m A ，)1,(-n B 的中点，则m n += 3、点(1,1)P - 到直线10x y -+=的距离是 （三）【例题分析】 例1、在ABC ?中，A 点坐标为(2,1),BC 边在直线2y x =上，则BC 边上的高为 例2、过点()2,1P 的直线l 与两点()3,2A 、()5,4-B 的距离相等，则直线l 的方程为 例3、已知ABC ?的顶点坐标为(1,5),(2,1),(4,3)A B C ---，M 是BC 边上的中点 （1）求中线AM 的长；（2）求ABC ?的面积 三、巩固练习 1、点(0,4)M -到直线21y x =+的距离是 2、已知点(2,0),(3,5),(1,3)A B C --，则BC 的中点与点A 之间的距离为 3、点(4,)t 到直线431x y -=的距离不大于3，则t 的取值范围是 4、点(,)P x y 在直线40x y +-=上，则22 x y +的最小值是 5、求过点()4,3-M 且与()3,1-A 、()2,2B 两点等距离的直线方程 空间点，直线和平面的位置关系 一，线在面内的性质： 定里1. 如果一条直线的两点在一个平面内，那么这条直线上所有点都在这个平面内。 二，平面确定的判定定理： 定里2. 经过不在同一直线上的三点有且只有一个平面。 定里3.经过一条直线和直线外一点，有且只有一个平面。 定里4. 经过两条相交直线有且只有一个平面。 定里5.经过两条平行直线有且只有一个个平面。 三，两面相交的性质： 定里6. 如果两个平面有一个公共点，那么还有其它公共点，则这些公共点的集合是一条直线。 四，直线平行的判定定理： 定里7. 平行于同一直线的两直线平行。 五，等角定理： 定里8.如果一个角的两边和另一个角的两边分别平行且同向，那么这两个角相等。 六，异面直线定义： 不同在任何一个平面内的两条直线叫异面直线。（异面直线间的夹角只能是：锐角或直角） 七，直线和平面平行的判定定理： 定理9. 平面外一条直线与平面内一条直线平行，那么这条直线与这个平面平行。 符合表示： β ββ////a b a b a ???????? 推理1. 如果一条直线与平面平行，经过这条直线的平面和这个平面相交，那么这条直线和交线平行。 符号表示： b a b a a a ////??? ? ????=??βαβαα 八，平面与平面平行判定定理： 定理1. 如果一个平面内有两条相交直线分别平行于另一个平面，那么这两个平面平行。 符号表示： β αββαα //////??????????=??b a M b a b a 推论1：如果一个平面内有两条相交直线分别平行于另一个平面内的两条相交直线，那么这两个平面平行。 九，平面与平面平行的性质： 定理1. 如果两个平面平行同时与第三个平面相交，那它们的交线平行。 符号表示： d l d l ////??? ???==γβγαβα 学习过程 一、复习预习 1平面含义：平面是无限延展的2平面的画法及表示 （1）平面的画法：水平放置的平面通常画成一个平行四边形，锐角画成450，且横边画成邻边的2倍长（如图） D C B A α （2）平面通常用希腊字母α、β、γ等表示，如平面α、平面β等，也可以用表示平面的平行四边形的四个顶点或者相对的两个顶点的大写字母来表示，如平面AC 、平面ABCD 等。 3三个公理： （1）公理1：如果一条直线上的两点在一个平面内，那么这条直线在此平面内 符号表示为 A ∈L B ∈L=>L α A ∈α B ∈α 公理1作用：判断直线是否在平面内 （2）公理2：过不在一条直线上的三点，有且只有一个平面。 符号表示为：A 、B 、C 三点不共线=>有且只有一个平面α， 使A ∈α、B ∈α、C ∈α。 公理2作用：确定一个平面的依据。 （3）公理3：如果两个不重合的平面有一个公共点，那么它们有且只有一条过该点的公共直线。 符号表示为：P ∈α∩β=>α∩β=L ，且P ∈L L A · α C · B · A · α P · α L β 公理3作用：判定两个平面是否相交的依据 二、知识讲解 考点/易错点1空间中直线与直线之间的位置关系 1空间的两条直线有如下三种关系： 相交直线：同一平面内，有且只有一个公共点； 平行直线：同一平面内，没有公共点； 异面直线：不同在任何一个平面内，没有公共点。 2公理4：平行于同一条直线的两条直线互相平行。 符号表示为：设a 、b 、c 是三条直线 a ∥ b c ∥b 强调：公理4实质上是说平行具有传递性，在平面、空间这个性质都适用。 公理4作用：判断空间两条直线平行的依据。 3等角定理：空间中如果两个角的两边分别对应平行，那么这两个角相等或互补 4注意点： ①a'与b'所成的角的大小只由a 、b 的相互位置来确定，与O 的选择无关，为简便，点O 一般取在两直线中的一条上； ②两条异面直线所成的角θ∈(0，)； 共面直 =>a ∥c 2 科目：数学 课题§2.1.3空间中直线与平面、平面与平面 之间的关系 课型新课 教学目标（1）了解空间中直线与平面的位置关系；（2）了解空间中平面与平面的位置关系；（3）培养学生的空间想象能力. 教学过程教学内容备 注 一、自主学习 1.空间点与直线，点与平面分别有哪几种位置关系？空间两直线有哪几种位置关系？ 2.就空间点、线、面位置关系而言，还有哪几种类型有待分析？ 二、质疑提问思考1:一支笔所在的直线与一个作业本所在的平面，可能有哪几种位置关系？ 思考2:对于一条直线和一个平面，就其公共点个数来分类有哪几种可能？ 思考3:如图，线段A′B所在直线与长方体ABCD-A′B′C′D′的六个面所在的平面有几种位置关系？ 思考4:通过上面的观察和分析，直线与平面有三种位置关系，即直线在平面内，直线与平面相交，直线与平面平行.这些位置关系的基本特征是什么? （1）直线在平面内---有无数个公共点； （2）直线与平面相交---有且只有一个共点； （3）直线与平面平行---没有公共点. 思考5:下图表示直线与平面的三种位置，如何用符号 语言描述这三种位置关系？ 思考6:直线与平面相交或平行的情况统称为直线在平面外. 用符号语言怎样表述？ 思考7:过平面外一点可作多少条直线与这个平面平行？若直线l平行于平面α，则直线l与平面α内的直线的位置关系如何？ 思考1:拿出两本书，看作两个平面，上下、左右移动和翻转，它们之间的位置关系有几种变化？ 思考2:如图，围成长方体ABCD-A′B′C′D′的六个面，两两之间的位置关系有几种？ 思考3：由上面的观察和分析可知，两个平面的位置关系只有两种，即两个平面平行，两个平面相交.这两种位置关系的基本特征是什么？ （1）两个平面平行---没有公共点； （2）两个平面相交---有一条公共直线. 思考4:下图表示两平面之间的两种位置，如何用符号语言描述这两种位置关系？ 点直线平面之间的位置关系知识点总结 Coca-cola standardization office【ZZ5AB-ZZSYT-ZZ2C-ZZ682T-ZZT18】 点、直线、平面之间的位置关系 一、线、面之间的平行、垂直关系的证明 书中所涉及的定理和性质可分为以下三类： 1、平行关系与平行关系互推； 2、垂直关系与垂直关系互推； 线面垂直判定定线面垂直的定面面垂直性质定理（需加线线 两平面的法线 垂 面面垂直判定定垂直的两平面的法线互相线面平行判定定线面平行性质定面面平行定义（交线面平行转面面平行判定定 面面平行性质定 两平面内分别垂直于交线的直线互相 两平面内分别垂直于交线的直线互相垂直，则两 面面垂直定 3、平行关系与垂直关系互推。 以线或面为元素，互推的本质是以某一元素为中介，通过另外两元素与中介元素的垂直或平行关系，推导出该两元素的关系，总共有21种情况，能得出结论的有以下9种情况。 线线平行传递性：b c c a b a //////?? ??； 面面平行传递性：γαβγβα//////?? ??； 线面垂直、线面垂直?线面平行： ααββα//a a a ??? ????⊥⊥； 线面垂直?线线平行（线面垂直性质定理）：b a b a //?? ??⊥⊥αα； 线面垂直?面面平行：βαβα//?? ??⊥⊥a a ； 线面垂直、面面平行?线面垂直：βαβα⊥?? ??⊥a a //； 线线平行、线面垂直?线面垂直：αα⊥?? ??⊥b a b a //； 线面垂直、线面平行?面面垂直：βααβ⊥?? ??⊥a a //。 备注：另外证明平行关系时可以从最基本的定义交点入手，证明垂直关系时可以从最基本的定义角度入手。 符号化语言一览表 ①线面平行ααα////a a b b a ????????；αββα////a a ?????；ααββα//a a a ??? ????⊥⊥； 第 1 页 共 2 页 1 空间中直线与平面、平面与平面之间的位置关系 一、教学目标： 1、知识与技能 （1）了解空间中直线与平面的位置关系； （2）了解空间中平面与平面的位置关系； （3）培养学生的空间想象能力。 2、过程与方法 （1）学生通过观察与类比加深了对这些位置关系的理解、掌握； （2）让学生利用已有的知识与经验归纳整理本节所学知识。 二、教学重点、难点 重点：空间直线与平面、平面与平面之间的位置关系。 难点：用图形表达直线与平面、平面与平面的位置关系。 三、学法与教学用具 1、学法：学生借助实物，通过观察、类比、思考等，较好地完成本节课的教学目标。 2、教学用具：投影仪、投影片、长方体模型 四、教学思想 （一）创设情景、导入课题 教师以生活中的实例以及课本P 48的思考题为载体，提出了：空间中直线与平面有多少种位置关系？（板书课题） （二）研探新知 1、引导学生观察、思考身边的实物，从而直观、准确地归纳出直线与平面有三种位置关系： （1）直线在平面内 —— 有无数个公共点 （2）直线与平面相交 —— 有且只有一个公共点 （3）直线在平面平行 —— 没有公共点 指出：直线与平面相交或平行的情况统称为直线在平面外，可用a α来表示 a α a ∩α=A a ∥α 例4（投影） 师生共同完成例4 例4的给出加深了学生对这几种位置关系的理解。 2、引导学生对生活实例以及对长方体模型的观察、思考，准确归纳出两个平面之间有两种位置关系： （1）两个平面平行 —— 没有公共点 （2）两个平面相交 —— 有且只有一条公共直线 用类比的方法，学生很快地理解与掌握新内容，这两种位置关系用图形表示为 α β α β L空间平面方程的求法_论文
点、直线与抛物线之间的位置关系(学生用)
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