平面与点的相关位置.
平面直角坐标系的基本概念
平面直角坐标系的基本概念在数学中，平面直角坐标系是用来描述平面上点的位置的一种方法。
它由两条互相垂直的直线组成，称为x轴和y轴，它们的交点被定义为原点O。
下面将介绍平面直角坐标系的基本概念和相关术语。
1. 坐标轴和原点：平面直角坐标系由两条相交于原点的直线组成，水平的直线称为x 轴，垂直的直线称为y轴。
原点O表示坐标轴的交点，同时也是平面上所有坐标的起点。
2. 坐标和有序对：在平面直角坐标系中，每个点都可以用一个有序对(x, y)表示。
其中，x是该点在x轴上的投影距离，y是该点在y轴上的投影距离。
有序对(x, y)的x称为横坐标或x坐标，y称为纵坐标或y坐标。
通过横纵坐标的组合，可以唯一确定平面直角坐标系上的每个点。
3. 象限：平面直角坐标系将平面分为四个象限，分别记作第一象限、第二象限、第三象限和第四象限。
第一象限位于x轴和y轴的正半轴部分，第二象限位于y轴的正半轴和x轴的负半轴部分，第三象限位于x轴和y轴的负半轴部分，第四象限位于x轴的正半轴和y轴的负半轴部分。
4. 距离公式：在平面直角坐标系中，两点之间的距离可以使用距离公式来计算。
设两点的坐标分别为(x1, y1)和(x2, y2)，则两点之间的距离d可以通过以下公式计算：d = √[(x2 - x1)² + (y2 - y1)²]5. 中点公式：中点公式用于计算连接两点的线段的中点坐标。
设两点的坐标分别为(x1, y1)和(x2, y2)，则中点的坐标为：(x, y) = [(x1 + x2) / 2, (y1 + y2) / 2]6. 斜率公式：斜率公式用于计算两点之间连线的斜率。
设两点的坐标分别为(x1, y1)和(x2, y2)，则连线的斜率k可以通过以下公式计算：k = (y2 - y1) / (x2 - x1)7. 图形的方程：在平面直角坐标系中，各种图形（如直线、曲线、抛物线等）可以通过方程来表示。
例如，一条直线的方程可表示为y = mx + b，其中m 为斜率，b为y轴截距。
解析几何-吕林根-课后习题解答一到五
第一章矢量与坐标§1.1 矢量的概念1.下列情形中的矢量终点各构成什么图形？（1）把空间中一切单位矢量归结到共同的始点；（2）把平行于某一平面的一切单位矢量归结到共同的始点；（3）把平行于某一直线的一切矢量归结到共同的始点；（4）把平行于某一直线的一切单位矢量归结到共同的始点.解：2. 设点O是正六边形ABCDEF的中心，在矢量OA、OB、OC、OD、OE、OF、AB、BC、CD、DE、EF和FA中，哪些矢量是相等的？[解]：图1-13. 设在平面上给了一个四边形ABCD，点K、L、M、N分别是边ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＡ的中点，求证：KL＝NM. 当ABCD是空间四边形时，这等式是否也成立？[证明]：.4. 如图1-3，设ABCD-EFGH是一个平行六面体，在下列各对矢量中，找出相等的矢量和互为相反矢量的矢量：(1) AB、CD; (2) AE、CG; (3) AC、EG;(4) AD、GF; (5) BE、CH.解：§1.2 矢量的加法1.要使下列各式成立，矢量b a ,应满足什么条件？ （1=+ （2+=+ （3-=+ （4+=- （5= 解：§1.3 数量乘矢量1 试解下列各题．⑴ 化简)()()()(→→→→-⋅+--⋅-b a y x b a y x ．⑵ 已知→→→→-+=3212e e e a ，→→→→+-=321223e e e b ，求→→+b a ，→→-b a 和→→+b a 23．⑶ 从矢量方程组⎪⎩⎪⎨⎧=-=+→→→→→→by x ay x 3243，解出矢量→x ，→y ．解：2 已知四边形ABCD 中，→→→-=c a AB 2，→→→→-+=c b a CD 865，对角线→AC 、→BD 的中点分别为E 、F ，求→EF ． 解：3 设→→→+=b a AB 5，→→→+-=b a BC 82，)(3→→→-=b a CD ，证明：A 、B 、D 三点共线． 解：4 在四边形ABCD中，→→→+=baAB2，→→→--=baBC4，→→→--=baCD35，证明ABCD为梯形．解：6. 设L、M、N分别是ΔABC的三边BC、CA、AB的中点，证明：三中线矢量AL, BM, CN可以构成一个三角形.7. 设L、M、N是△ABC的三边的中点，O是任意一点，证明OBOA++OC=OL+OM+ON.解：8. 如图1-5，设M是平行四边形ABCD的中心，O是任意一点，证明OA+OB+OC+OD＝4OM.解：9在平行六面体ABCDEFGH（参看第一节第4题图）中，证明→→→→=++AGAHAFAC2．证明：．10.用矢量法证明梯形两腰中点连续平行于上、下两底边且等于它们长度和的一半．解11. 用矢量法证明，平行四边行的对角线互相平分.解12. 设点O 是平面上正多边形A 1A 2…A n 的中心，证明: 1OA +2OA +…+n OA ＝0.解,13．在12题的条件下，设P 是任意点，证明 证明：§1.4 矢量的线性关系与矢量的分解1．在平行四边形ABCD 中，（1）设对角线,,b BD a AZ ==求.,,,DA CD BC AB 解（2）设边BC 和CD 的中点M 和N ，且q AN P AM ==,求CD BC ,。
平面直角坐标系中的点与直线的关系
平面直角坐标系中的点与直线的关系在平面直角坐标系中，点和直线之间有着密切的关系。
本文将从点到直线的不同关系进行探讨，并阐述其性质和特点。
一、点与直线的位置关系在平面直角坐标系中，点与直线的位置关系可分为三种情况：点在直线上、点在直线外部且在直线同侧、点在直线外部且在直线异侧。
1. 点在直线上当一个点的坐标恰好满足直线的方程时，我们说这个点在直线上。
以一条直线的一般方程为例，设直线的方程为Ax + By + C = 0，点的坐标为(x0, y0)，如果将点的坐标带入方程后等号成立，即有Ax0 + By0 + C = 0，则点(x0, y0)在该直线上。
2. 点在直线外部且在直线同侧当一个点的坐标带入直线方程后不等号成立，且点与直线的关系满足特定条件时，我们说这个点在直线外部且在直线同侧。
以直线的斜截式方程为例，设直线方程为y = kx + b，点的坐标为(x0, y0)，如果将点的坐标带入方程后不等号成立，即有y0 > kx0 + b 或 y0 < kx0 + b，且不等号的方向与直线的斜率有关，那么点(x0, y0)在直线的同侧。
3. 点在直线外部且在直线异侧当一个点的坐标带入直线方程后不等号成立，且点与直线的关系满足特定条件时，我们说这个点在直线外部且在直线异侧。
以直线的一般方程为例，设直线方程为Ax + By + C = 0，点的坐标为(x0, y0)，如果将点的坐标带入方程后不等号成立，即有Ax0 + By0 + C > 0 或 Ax0 + By0 + C < 0，那么点(x0, y0)在直线的异侧。
二、点与直线之间的距离关系在平面直角坐标系中，点与直线之间的距离关系有着重要的意义。
点到直线的距离可以通过线段的长度来表示，即点到直线上的垂线段的长度。
1. 点到直线的距离公式设直线的一般方程为Ax + By + C = 0，点的坐标为(x0, y0)，点到直线的距离为d。
在平面中的方位关系
距离对方位描述的影响
距离越近，方位描述越精确
距离越远，方位描述越模糊
距离变化会影响方位描述的准确 性
距离变化会影响方位描述的难度
平面中的坐标系
坐标系的建立
判断距离：通过参照物可以判断物 体的距离
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描述位置：通过参照物可以描述物 体的位置
确定角度：通过参照物可以确定物 体的角度
平面中的方向变化
方向是相对的，取决于观察者的位 置和视角
方向的相对性
方向可以用坐标表示，如x轴、y轴、 z轴等
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方向可以用角度表示，如东、南、 西、北、东南、东北、西南、西北 等
参照物的选择
选择具有明显特征的物体作为参照物，如建筑物、树木等 选择与目标物体距离较近的物体作为参照物，以便于观察和测量 选择与目标物体方向一致的物体作为参照物，以便于判断目标物体的方位 选择与目标物体大小相当的物体作为参照物，以便于比较和判断目标物体的大小
参照物在描述方位中的作用
确定方向：通过参照物可以确定物 体的方向
北：北极星的方向 ，代表夜晚和寒冷
上下左右
上：位于头顶方向，与地面垂直 下：位于脚底方向，与地面垂直 左：位于身体左侧，与身体垂直 右：位于身体右侧，与身体垂直
平面中的相对方位
相对方位的描述
相对方位是指两个物体在平面上的相对位置关系 相对方位可以分为上下、左右、前后等方向 相对方位可以通过坐标轴、角度等方法进行描述 相对方位在平面几何、地图绘制等领域有广泛应用
平面与点相关位置教学中若干问题的探讨
［ 关键 词 ］ 离 差 ； 面与 点 ； 行 平 面 平 平
［ 图 分 类 号］ （１ ２ 中 ） ７
［ 献标识码］ｃ 文
［ 章 编 号 ］ １ ７—４ ４ ２０ ｝３０ ８—４ 文 ６ ２１５ （０ ８ ０— １１０
１ 引
言
离差 是探 讨平 面与 点相关 位 置 的最 基本 概念 ， 经 分析 发 现教 材 ［ ］ 给定 义 并 不完 善． 但 １所 同时对 于 平 面划分 空间 问题 ， 教材 ［ ］ 解较 少 ； 于 两平行 平 面相关 位 置 ， 材 ［ ］ 曾提及 ． 使学生 对平 面与 １讲 对 教 １未 这
点位 置关 系 的理解及 解题 带来 一定 的困难． 文 首先 完善 了 离差概 念 ， 后对 平 面划分 空 间问题及 两平 本 然 行平 面相关 位置 进行 了探 讨 ， 通 过实 例说 明该探 讨 有利 于学 生准 确理 解平 面与点 相关 位置 ， 而提高 并 进
学 生 的解题 能力 ．
面 ７ 的法矢 量 的方 向； ｔ － 当平 面 ７通过 原点 时 ，。的正 向在垂 直于 平 面 ７的 两个 方 向 中任 意取定 一 个． ｔ － ｎ ｔ － 因 此 当平 面 ７通 过原 点 时 ， ｔ － 由于 ｎ 。的不 确定 ， 从而 导致 定义 １中离 差 一Ｐ ｏ ｏ 取值 的不惟 一． ｒｊ Ｑ 这表 明 离 差概念 有待 进一 步完 善． 因而 当平 面 ７ Ａ ｒ ＋Ｂ ： ＋Ｃ ＋Ｄ一０通 过 原点 时 ， 定义 １ 如下补 充规定 ： 对 作 （ ｉ ）若 Ｃ ≠０ 即平 面 ７不过 轴 时 ， 定 ｎ ， ｔ ＂ 规 。的正 向为 与 轴夹 角成锐 角 或零度 角 ；
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点与平面的位置关系
点与平面的位置关系在数学中，点和平面是常见的几何概念，并且它们之间有着密切的位置关系。
本文将探讨点与平面之间的位置关系及其相关性质。
一、点在平面内部当一个点在平面内部时，我们可以将其描述为点属于平面。
具体而言，如果一个点的坐标满足平面方程，则该点在平面内。
例如，对于一个二维平面方程为ax+by+c=0，如果一个点(x,y)满足该方程，则该点在平面内部。
二、点在平面外部同样地，当一个点在平面外部时，我们可以将其描述为点不属于平面。
即该点的坐标无法满足平面方程。
如果一个点不满足平面方程，那么我们可以断定该点在平面外部。
三、点在平面上在数学中，点也可以位于平面上。
如果一个点同时满足平面方程，那么我们说该点位于平面上。
平面上的点与平面的关系可以用平面的方程来判断。
例如，对于一个二维平面方程为ax+by+c=0，如果一个点(x,y)满足该方程，则该点在平面上。
四、点与平面的距离点与平面之间的距离是一个重要的度量，它可以帮助我们理解点与平面之间的位置关系。
点到平面的距离是指从该点到平面上的任意一点的最短距离。
为了计算点到平面的距离，我们可以使用点到平面的法向量与点的坐标之间的关系。
具体计算公式如下：设点P(x0,y0,z0)为平面外的一点，平面的方程为ax+by+cz+d=0。
平面法向量为N(a,b,c)。
点P到平面的距离d可用公式d = |ax0+by0+cz0+d| / √(a^2+b^2+c^2) 计算得出。
五、点与平面的位置关系点与平面之间的位置关系可以分为以下几种情况：1. 点在平面上当一个点在平面上时，它既属于平面，也位于平面上。
在点和平面的相互关系中，该情况是最直观的，因为点正好与平面重合。
2. 点在平面内部如果一个点在平面内部，说明它属于平面并且位于平面内部，根据平面上点的定义，该点与平面的位置关系无疑是最紧密的。
3. 点在平面外部当一个点在平面外部时，它既不属于平面，也不位于平面上。
这种情况下，点与平面之间存在明显的分离。
解析几何第三章知识点
第三章 平面与空间直线版权所有，侵权必究§3.1 平面的方程1．平面的点位式方程在空间给定了一点M 0与两个不共线的向量a ，b 后，通过点M 0且与a ，b 平行的平面π 就惟一被确定. 向量a ，b 叫平面π 的方位向量. 任意两个与π 平行的不共线的向量都可作为平面π 的方位向量.取标架{}321,,;e e e O ，设点M 0的向径0r =0OM ={}000,,z y x ，平面π 上任意一点M 的向径为r =OM = {x ，y ，z }（如图）. 点M 在平面π上的充要条件为向量M M 0与向量a ，b 共面. 由于a ，b 不共线，这个共面的条件可以写成M M 0= u a ＋v b而M M 0= r －r 0，所以上式可写成r = r 0＋u a ＋v b(3.1－1)此方程叫做平面π 的点位式向量参数方程，其中u ，v 为参数.若令a = {1X ，1Y ，1Z }，b = {2X ，2Y ，2Z }，则由(3.1－1)可得⎪⎩⎪⎨⎧++=++=++=vZ u Z z z v Y u Y y y vX u X x x 210210210 (3.1－2)此方程叫做平面π 的点位式坐标参数方程，其中u ，v 为参数.(3.1－1)式两边与a ×b 作内积，消去参数u ，v 得(r －r 0，a ，b ) = 0(3.1－3)此即222111000Z Y X Z Y X z z y y x x ---=0 (3.1－4)这是π 的点位式普通方程.已知平面π上三非共线点i M （i = 1，2，3）. 建立坐标系{O ；e 1, e 2, e 3}，设r i = i OM ={i x ，i y ，i z }，i = 1，2，3. 对动点M ，设r =OM ={x ，y ，z }，取21M M 和31M M 为方位向量，M 1为定点，则平面π的向量参数方程，坐标参数方程和一般方程依次为r = 1r ＋u(2r －1r )＋v(3r －r 1)(3.1－5) ⎪⎩⎪⎨⎧-+-+=-+-+=-+-+=)()()()()()(131211312113121z z v z z u z z y y v y y u y y x x v x x u x x(3.1－6)131313121212111z z y y x x z z y y x x z z y y x x ---------= 0(3.1－7)(3.1－5)，(3.1－6)和(3.1－7)统称为平面的三点式方程.特别地，若i M 是π 与三坐标轴的交点，即1M (a ，0，0)，2M (0，b ，0)，3M (0，0，c )，其中abc ≠0，则平面π 的方程就是caba z y a x 00---=0 (3.1－8)即1=++czb y a x (3.1－9)此方程叫平面π的截距式方程，其中a ，b ，c 称为π 在三坐标轴上的截距.2．平面的一般方程在空间任一平面都可用其上一点M 0(x 0，y 0，z 0)和两个方位向量a = {1X ，1Y ，1Z }，b = {2X ，2Y ，2Z }确定，因而任一平面都可用方程将其方程(3.1－4)表示. 将(3.1－4)展开就可写成Ax ＋By ＋Cz ＋D = 0(3.1－10)其中A =2211Z Y Z Y ，B =2211X Z X Z ，C =2211Y X Y X由于a = {1X ，1Y ，1Z }与b = {2X ，2Y ，2Z }不共线，所以A ，B ，C 不全为零，这说明空间任一平面都可用关于a ，b ，c 的一三元一次方程来表示.反之，任给一三元一次方程(3.1－10)，不妨设A ≠0，则(3.1－10)可改写成02=++⎪⎭⎫ ⎝⎛+ACz ABy A D x A即000=--+ACA B zy AD x 它显然表示由点M 0 (－D / A ，0，0)和两个不共线的向量{B ，－A ，0}和{C ，0，－A }所决定的平面. 于是有定理3.1.1 空间中任一平面的方程都可表为一个关于变数x ，y ，z 的三元一次方程；反过来，任一关于变数x ，y ，z 的三元一次方程都表示一个平面.方程(3.1－10) 称为平面π 的一般方程. 3．平面的法式方程若给定一点M 0和一个非零向量n ，则过M 0且与n 垂直的平面π也被惟一地确定. 称n 为π的法向量. 在空间坐标系{O ；i ，j ，k }下，设0r = 0OM ={x 0，y 0，z 0}，n = {A ，B ，C }，且平面上任一点M 的向径r =OM ={x ，y ，z }，则因总有M M 0⊥n ，有n (r －r 0) = 0(3.1－11) 也就是A (x －x 0)＋B (y －y 0)＋C (z －z 0) = 0(3.1－12)方程(3.1－11)和(3.1－12)叫平面π 的点法式方程. (3.1－12)中的系数A ，B ，C 有简明的几何意义，它们就是平面π 的一个法向量的分量.特别地，取M 0为自O 向π 所作垂线的垂足，而n 为单位向量. 当平面不过原点时，取n 为与OP 同向的单位向量n 0，当平面过原点时取n 0的正向为垂直与平面的两个方向中的任一个.设|OP | = p ，则OP = p n 0，由点P 和n 0确定的平面的方程为 n 0(r －p n 0) = 0式中r 是平面的动向径. 由于1)(20=n ，上式可写成n 0r －p = 0(3.1－13)此方程叫平面的向量式法式方程.若设r = {x ，y ，z }，n 0 = {cos α，cos β，cos γ}，则由(3.1－13)得x cos α＋y cos β＋z cos γ－p = 0(3.1－14)此为平面的坐标法式方程，简称法式方程.平面的坐标法式方程有如下特征：1°一次项系数是单位向量的分量，其平方和等于1； 2°常数项－p ≤0（意味着p ≥ 0）. 3°p 是原点到平面的距离. 4．化一般方程为法式方程在直角坐标系下，若已知π的一般方程为Ax ＋By ＋Cz ＋D = 0，则n = {A ，B ，C }是π的法向量，Ax ＋By ＋Cz ＋D = 0可写为nr ＋D = 0(3.1－15)与(3.1－13)比较可知，只要以2221||1CB A ++±=±=n λ 去乘(3.1－15)就可得法式方程λAx ＋λBy ＋λCz ＋λD = 0 (3.1－16)其中正负号的选取，当D ≠0时应使(3.1－16)的常数项为负，D ＝0时可任意选.以上过程称为平面方程的法式化，而将2221CB A ++±=λ叫做法化因子.§3.2 平面与点的相关位置平面与点的位置关系，有两种情形，就是点在平面上和点不在平面上. 前者的条件是点的坐标满足平面方程. 点不在平面上时，一般要求点到平面的距离，并用离差反映点在曲面的哪一侧.1．点与平面间的距离定义3.2.1 自点M 0向平面π 引垂线，垂足为Q . 向量0QM 在平面π的单位法向量n 0上的射影叫做M 0与平面π之间的离差，记作δ = 射影n 00QM(3.2－1)显然δ = 射影n 00QM = 0QM ·n 0 =∣0QM ∣cos ∠(0QM ，n 0) =±∣0QM ∣当0QM 与n 0同向时，离差δ > 0；当0QM 与n 0反向时，离差δ < 0. 当且仅当M 0在平面上时，离差δ = 0.显然，离差的绝对值|δ |就是点M 0到平面π 的距离. 定理3.2.1 点M 0与平面（3.1－13）之间的离差为δ = n 0r 0－p (3.2－2)推论1 若平面π 的法式方程为 0cos cos cos =-++p z y x γβα，则),,(0000z y x M 与π间的离差=δp z y x -++γβαcos cos cos 000(3.2－3)推论2 点),,(0000z y x M 与平面Ax ＋By ＋Cz ＋D = 0间的距离为()2220000,CB A DCz By Ax M d +++++=π (3.2－4)2．平面划分空间问题，三元一次不等式的几何意义 设平面π的一般方程为Ax ＋By ＋Cz ＋D = 0那么，空间任何一点M （x ，y ，z ）与平面间的离差为=δp z y x -++γβαcos cos cos = λ (Ax ＋By ＋Cz ＋D )式中λ为平面π的法化因子，由此有Ax ＋By ＋Cz ＋D =δλ1(3.2－5)对于平面π同侧的点，δ 的符号相同；对于在平面π的异侧的点，δ 有不同的符号，而λ一经取定，符号就是固定的. 因此，平面π：Ax ＋By ＋Cz ＋D = 0把空间划分为两部分，对于某一部分的点M (x ，y ，z ) Ax ＋By ＋Cz ＋D > 0；而对于另一部分的点，则有Ax ＋By ＋Cz ＋D < 0，在平面π上的点有Ax ＋By ＋Cz ＋D = 0.§3.3 两平面的相关位置空间两平面的相关位置有3种情形，即相交、平行和重合. 设两平面π1与π2的方程分别是π1： 11110A x B y C z D +++=(1)π2： 22220A x B y C z D +++=(2)则两平面π1与π2相交、平行或是重合，就决定于由方程（1）与（2）构成的方程组是有解还是无解，或无数个解，从而我们可得下面的定理.定理3.3.1 两平面（1）与（2）相交的充要条件是111222::::A B C A B C ≠(3.3－1)平行的充要条件是11112222A B C D A B C D ==≠(3.3－2)重合的充要条件是11112222A B C D A B C D ===(3.3－3)由于两平面π1与π2的法向量分别为11112222{,,},{,,}n A B C n A B C ==，当且仅当n 1不平行于n 2时π1与π2相交，当且仅当n 1∥n 2时π1与π2平行或重合，由此我们同样能得到上面3个条件.下面定义两平面间的夹角.设两平面的法向量间的夹角为θ，称π1与π2的二面角∠(π1，π2) =θ 或π－θ为两平面间的夹角.显然有12cos (,)ππ∠=±cos θ =(3.3－4)定理3.3.2 两平面（1）与（2）垂直的充要条件是0212121=++C C B B A A(3.3－5)例 一平面过两点 1(1,1,1)M 和2(0,1,1)M -且垂直于平面x ＋y ＋z = 0，求它的方程.解 设所求平面的法向量为n = {A ，B ，C }，由于12{01,11,11}{1,0,2}M M =----=--在所求平面上，有12M M n ⊥， 120M M n ⋅=，即20A C --= .又n 垂直于平面x ＋y ＋z = 0的法线向量{1，1，1}，故有 A ＋B ＋C = 0 解方程组20,0,A C A B C --=⎧⎨++=⎩得2,,A CBC =-⎧⎨=⎩ 所求平面的方程为2(1)(1)(1)0C x C y C z --+-+-=，约去非零因子C 得2(1)(1)(1)0x y z --+-+-=，即2x －y －z =0§3.4 空间直线的方程1．由直线上一点与直线的方向所决定的直线方程在空间给定了一点0000(,,)M x y z 与一个非零向量v = {X ，Y ，Z }，则过点M 0且平行于向量v 的直线l 就惟一地被确定. 向量v 叫直线l 的方向向量. 显然，任一与直线l 上平行的飞零向量均可作为直线l 的方向向量.下面建立直线l 的方程.如图，设M (x ，y ，z ) 是直线l 上任意一点，其对应的向径是r = { x ，y ，z }，而0000(,,)M x y z 对应的向径是r 0，则因M M 0//v ，有t ∈R ，M M 0= t v . 即有r －r 0= t v所以得直线l 的点向式向量参数方程r = r 0＋t v (3.4－1)以诸相关向量的分量代入上式，得⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛Z Y X t z y x z y x 000根据向量加法的性质就得直线l 的点向式坐标参数方程为⎪⎩⎪⎨⎧+=+=+=Ztz z Yt y y Xtx x 000 (3.4－2)消去参数t ，就得直线l 的点向式对称方程为Zz z Y y y X x x 000-=-=- (3.4－3)此方程也叫直线l 的标准方程.今后如无特别说明，在作业和考试时所求得的直线方程的结果都应写成对称式.例1 设直线L 通过空间两点M 1(x 1，y 1，z 1)和M 2(x 2，y 2，z 2)，则取M 1为定点，21M M 为方位向量，就得到直线的两点式方程为121121121z z z z y y y y x x x x --=--=-- (3.4－4)根据前面的分析和直线的方程(3.4－1)，可得到||||||||||00v M M v t =-=r r 这个式子清楚地给出了直线的参数方程(3.4－1)或(3.4－2)中参数的几何意义：参数t 的绝对值等于定点M 0到动点M 之间的距离与方向向量的模的比值，表明线段M 0M 的长度是方向向量v 的长度的 |t | 倍.特别地，若取方向向量为单位向量v 0 = {cos α，cos β，cos γ}则(3.4－1)、(3.4－2)和(3.4－3)就依次变为r = r 0＋t v 0(3.4－5)⎪⎩⎪⎨⎧+=+=+=γβαcos cos cos 000t z z t y y t x x (3.4－6)和γβαcos cos cos 000z z y y x x -=-=- (3.4－7)此时因 |v | = 1，t 的绝对值恰好等于l 上两点M 0与M 之间的距离.直线l 的方向向量的方向角α，β，γ cos α，cos β，cos γ 分别叫做直线l 的方向角和方向余弦.由于任意一个与v 平行的非零向量v'都可作为直线l 的方向向量，而二者的分量是成比例的，我们一般称X ：Y ：Z 为直线l 的方向数，用来表示直线l 的方向.2．直线的一般方程空间直线l 可看成两平面π1和π2的交线. 事实上，若两个相交的平面π1和π2的方程分别为π1： 11110A x B y C z D +++= π2： 22220A x B y C z D +++=那么空间直线l 上的任何一点的坐标同时满足这两个平面方程，即应满足方程组111122220,0.A x B y C z D A x B y C z D +++=⎧⎨+++=⎩ (3.4－8)反过来，如果点不在直线l 上，那么它不可能同时在平面π1和π2上，所以它的坐标不满足方程组(3.4－8).因此，l 可用方程组(3.4－8)表示，方程组(3.4－8)叫做空间直线的一般方程.一般说来，过空间一直线的平面有无限多个，所以只要在无限多个平面中任选其中的两个，将它们的方程联立起来，就可得到空间直线的方程.直线的标准方程(3.4－3)是一般方程的特殊形式. 将标准方程化为一般式，得到的是直线的射影式方程.将直线的一般方程化为标准式，只需在直线上任取一点，然后取构成直线的两个平面的两个法向量的向量积为直线的方向向量即可.例1将直线的一般方程10,2340.x y z x y z +++=⎧⎨-++=⎩ 化为对称式和参数方程.解 令y = 0，得这直线上的一点（1，0，－2）.两平面的法向量为a = {1，1，1}，b = {2，－1，3}因a ×b = {4，－1，－3}，取为直线的法向量，即得直线的对称式方程为12413x y z -+==--令t z y x =-+=-=-32141，则得所求的参数方程为 14,,23.x t y t z t =+⎧⎪=-⎨⎪=--⎩§3.5 直线与平面的相关位置直线与平面的相关位置有直线与平面相交，直线与平面平行和直线在平面上3种情形. 设直线l 与平面π 的方程分别为L ：000x x y y z z X Y Z ---== (1) π ：Ax ＋By ＋Cz ＋D = 0(2)将直线l 的方程改写为参数式⎪⎩⎪⎨⎧+=+=+=tZz z tY y y tX x x 000. (3)将（3）代入（2），整理可得(AX ＋BY ＋CZ )t = －(Ax 0＋By 0＋Cz 0＋D )(4)当且仅当AX ＋BY ＋CZ ≠0时，（4）有惟一解CZBY AX DCz By t +++++-=000Ax这时直线l 与平面π 有惟一公共点；当且仅当AX ＋BY ＋CZ = 0，Ax 0＋By 0＋Cz 0＋D ≠0时，方程（4）无解，直线l 与平面π 没有公共点；当且仅当AX ＋BY ＋CZ = 0，Ax 0＋By 0＋Cz 0＋D = 0时，（4）有无数多解，直线l 在平面π 上. 于是有定理3.5.1 关于直线（1）与平面（2）的相互位置，有下面的充要条件： 1）相交： AX ＋BY ＋CZ ≠02）平行：AX ＋BY ＋CZ = 0，Ax 0＋By 0＋Cz 0＋D ≠03）直线在平面上： AX ＋BY ＋CZ = 0，Ax 0＋By 0＋Cz 0＋D = 0以上条件的几何解释：就是直线l 的方向向量v 与平面π 的法向量n 之间关系. 1）表示v 与n 不垂直；2）表示v 与n 垂直且直线l 上的点（x 0，y 0，z 0）不在平面π 上； 3）表示v 与n 垂直且直线l 上的点（x 0，y 0，z 0）在平面π 上. 当直线l 与平面π 相交时，可求它们的交角. 当直线不与平面垂直时，直线与平面的交角ϕ 是指直线和它在平面上的射影所构成的锐角；垂直时规定是直角.设v = {X ，Y ，Z }是直线l 的方向向量，n = {A ，B ，C }是平面π 的法向量，则令∠(l ，π ) =ϕ，∠(v ，n ) = θ ，就有ϕ=-2πθ 或 ϕ= θ－2π（θ 为锐角） 因而sin ϕ =∣cos θ∣=vn v n ⋅⋅=222222ZY X CB A CZ BY AX ++++++ (3.5－1)§3.6 空间直线与点的相关位置任给一条直线l 的方程和一点M 0，则l 和M 0的位置关系只有两种：点在直线上和点不在直线上。
平面与点的相关位置
ur uuuuur uuur 这里 r0 OM0, p OP .
推论 1 点 M0 x0, y0, z0 与平面 x cos y cos z cos p 0
间的离差是 x0 cos y0 cos z0 cos p . （3.2－3）
推论 2 点 M0 x0, y0, z0 与平面 Ax By Cz D 0 间
求证：
Ax1 By1 Cz1 D .
Ax2 By2 Cz2 D
例3 试求由平面1 : 2x 1y 2z 3 0, 2 : 3x 2 y 6z 1 0 所构成
的二面角的角平分面的方程，在此二面角内有点 M 1, 2, 3 .
说明 判别两点 M1 x1, y1, z1 ， M2 x2, y2, z2 与平面
如果 F1F2 0, F3F4 0 表明点 M1, M 2 在1, 2 所构成的相邻二面角内. F1F2 0, F3F4 0 表明点 M1, M 2 在1, 2 所构成的同一二面角内. F1F2 0, F3F4 0 表明点 M1, M 2 在1, 2 所构成的对顶二面角内.
三、例题
例1 设点 M 2, 4,3 ，平面 : 2x 1y 2z 3 0 ，求点 M
到平面 间的离差与距离.
例2 设平面 为 Ax By Cz D 0 ,它与联结两点 M1 x1, y1, z1 ,
uuuuur uuuuur
M2 x2, y2, z2 的直线相交于点 M ，且 M1M MM2 ，
1 : A1x B1 y C1z D 0 ， 2 : A2 x B2 y C2z D 0 的 位置 关系， 将点 M1, M 2 的坐标分别代入 1, 2 方程左边， 即 F1 A1x1 B1 y1 C1z1 D ， F2 A1x2 B1 y2 C1z2 D ，
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－34－
§3.2 平面与点的相关位置
平面与点的位置关系，有两种情形，就是点在平面上和点不在平面上. 前者的条件是点的坐标满足平面方程. 点不在平面上时，一般要求点到平面的距离，并用离差反映点在曲面的哪一侧.
1．点到平面的距离
定义3.2.1 自点M 0向平面π 引垂线，垂足为Q . 向量0QM 在平面π的单位法向量n 0
上的射影叫做M 0与平面π之间的离差，记作
δ = 射影n 00QM
(3.2－1)
显然
δ = 射影n 00QM = 0QM ·n 0 =∣0QM ∣cos ∠(0QM ，n 0) =±∣0QM ∣
当0QM 与n 0同向时，离差δ > 0；当0QM 与n 0反向时，离差δ < 0. 当且仅当M 0在平面上时，离差δ = 0.
显然，离差的绝对值就是点M 0到平面π 的距离. 定理3.2.1 点M 0与平面（3.1－13）之间的离差为
δ = n 0r 0－p
(3.2－2)
推论 1 若平面π 的法式方程为 0cos cos cos =-++p z y x γβα，则),,(0000z y x M 与π
间的离差
=δp z y x -++γβαcos cos cos 000
(3.2－3)
推论2 点),,(0000z y x M 与平面Ax ＋By ＋Cz ＋D = 0间的距离为
()2
2
2
0000,C
B A D
Cz By Ax M d +++++=
π (3.2－4)
2．平面划分空间问题 三元一次不等式的几何意义
设平面π的一般方程为
Ax ＋By ＋Cz ＋D = 0
则空间中任一点M （x ，y ，z ）与π间的离差为
=δp z y x -++γβαcos cos cos = λ (Ax ＋By ＋Cz ＋D )
－35－
式中λ为平面π的法化因子，由此有
Ax ＋By ＋Cz ＋D =
δλ
1
(3.2－5)
对于平面π同侧的点，δ 的符号相同；对于在平面π的异侧的点，δ 有不同的符号，而λ一经取定，符号就是固定的. 因此，平面π：Ax ＋By ＋Cz ＋D = 0把空间划分为两部分，对于某一部分的点M (x ，y ，z ) Ax ＋By ＋Cz ＋D > 0；而对于另一部分的点，则有Ax ＋By ＋Cz ＋D < 0，在平面π上的点有Ax ＋By ＋Cz ＋D = 0.
P112习题 1，2，5，8。