空间解析几何 / 平面方程
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三基详解 · 空间解析几何

平面方程

本页给出标准定义、定理条件、可执行步骤,并用图示梳理从识别到应用的关系。

一、基本概念

标准定义

平面由一点 P₀ 和一个非零法向量 n 确定;平面内任意方向向量都与 n 正交。

n·(r−P₀)=0 → Ax+By+Cz+D=0 → n≠0

二、基本定理

条件与结论

点法式 n·(r−P₀)=0;若 n=(A,B,C),展开为 Ax+By+Cz+D=0,且 (A,B,C)≠(0,0,0)。

条件检查

定理只在上述连续性、可导性、定义域、方向或收敛条件满足时使用。

三、基本方法

题目中的执行顺序
  1. 先确定已知点和法向量。
  2. 写点法式,展开并整理。
  3. 把已知点代回检查常数项。

例题提示:代入已知点不成立说明常数项有误;法向量的三个分量不能同时为 0。

四、推广应用

综合题中的连接

可推广到点面距离、切平面和线面关系。

五、易错辨析

反例与边界

易错与例子:代入已知点不成立说明常数项有误;法向量的三个分量不能同时为 0。

检查条件、变量/方向、边界与等号条件,再确认结论没有超出题设。

平面方程:从定义到应用n·(r−P₀)=0Ax+By+Cz+D=0n≠0
平面方程的识别、条件核对与计算路径

公式速查

公式、条件、场景

直线与平面

直线:r=r0+ts
平面:n·(r−r0)=0

条件:s 为非零方向向量,n 为非零法向量。

场景:平行、垂直、交点和参数方程。

距离与夹角

cosθ=(a·b)/(|a||b|)
d(P,Ax+By+Cz+D=0)=|Ax₀+By₀+Cz₀+D|/√(A²+B²+C²)

条件:距离取非负值,向量不能为零。

场景:点面、线面、线线距离和夹角。

曲面与切平面

F(x,y,z)=c:∇F(P)·(r−P)=0

条件:∇F(P)≠0。

场景:曲面切平面、法线和空间区域。

使用边界

公式必须和适用条件一起使用;遇到边界、端点、方向或定义域问题,先检查条件再代入。