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空间中平面与点的相关位置,有且只有两种情况,就是点在平面上,或点不在平面上,点在平面上的条件是点的坐标满足平面的方程。下面我们在直角坐标系下来讨论点不在平面上的情况。
1.点与平面间的距离
在求点与平面间的距离之前,我们先引进点关于平面的离差的概念。
定义1 如果自点引平面
的垂线,其垂足为
,那么矢量
在平面
的单位法矢量
上的射影叫做点
与平面
间的离差,记做
射影
(3.2-1)
容易看出,空间的点与平面
间的离差,当且仅当点
位于平面
的单位法矢量
所指向的一侧(即
与
同向(图3-6))时,离差
;在平面
的另一侧(即
与
方向相反(图3-7))时,离差
;当且仅当
在平面
上时,离差
。
显然,离差的绝对值,就是点
与平面
之间的距离
。
定理1 点与平面(3.1-13)间的离差为
(3.2-2)
这里。
证 根据定义3.2.1(图形3-6或图形3-7)得
而在平面(3.1-13)上,因此
,所以
推论1 点与平面(3.1-14)间的离差是
(3.2-3)
推论2 点与平面
间的距离为
(3.2-4)
2.平面划分空间问题、三元一次不等式的几何意义。
设平面的一般方程式为
那么,空间任何一点对平面的离差为
式中为平面
的法化因子,所以有
(3.2-5)
对于平面同侧的点,
的符号相同,对于在
异侧的点,
有不同的符号。这是因为当
与
是
同侧的点时,
与
同向;当
与
是
异侧的点时
与
方向相反(图3-9)。因此由(3.2-5)式可以知道平面
把空间划分为两部分,对于某一部分的点
;而对于另一部分的点,则有
,在平面
上的点
。