如何求空间点到平面的距离公式推导离


下面将会求点到平面的距离的方法,实际上也很简单的。例:已知ABCD是边长为4的正方形,E、F分别是AB、AD的中点,GC垂直于ABCD所在平面,且GC=2,求点B到平面EFG的距离.
一、直接通过该点求点到平面的距离
1.直接作出所求之距离,求其长.
解法1.如图1,为了作出点B到平面EFG的距离,延长FE交CB的延长线于M, 连 结GM,作BN⊥BC,交GM于N,则有BN∥CG,BN⊥平面ABCD.作BP⊥EM,交EM于P,易证平面BPN⊥平面EFG.作BQ⊥PN,垂足为Q,则BQ⊥平面EFG.于 是BQ是点B到平面EFG的距离.易知BN=,BP=,PZ=,由BQ·PN=PB·BN,得BQ=.

2.不直接作出所求之距离,间接求之.
(1)利用二面角的平面角.
课本P.42第4题,P.46第2题、第4题给出了“二面角一个面内的一个点,它到棱的距离、到另一个面的距离与二面角的大小之间所满足的关系”.如图2,二面角M-CD-N的大小为α,A∈M,AB⊥CD,AB=a,点A到平面N的距离AO=d, 则有d=asinα. ①
①中的α也就是二面角的大小,而并不强求要作出经过AB的二面角的平面角.
解法2.如图3,过B作BP⊥EF,交FE的延长线于P,易知BP=,这就是点B到二面角C-EF-G的棱EF的距离.连结AC交EF于H,连结GH,易证∠GHC就是二面角C-EF-G的平面角.∵ GC=2,AC=4,AH=,∴ CH=3,GH=,sin∠GHC=2/,于是由①得所求之距离d=BP·sin∠GHC=· =.解略.

(2)利用斜线和平面所成的角.
如图4,OP为平面α的一条斜线,A∈OP,OA=l,OP与α所成的角为θ,A到平面α的距离为d,则由斜线和平面所成的角的定义可知,有d=lsinθ.②
经过OP与α垂直的平面与α相交,交线与OP所成的锐角就是②中的θ,这里并不强求要作出点A在α上的射影B,连结OB得θ.
解法3.如图5,设M为FE与CB的延长线的交点,作BR⊥GM,R为垂足.又GM⊥EB,易得平面BER⊥平面EFG,ER为它们的交线,所以∠REB就是EB与平面EFG所成的角θ.由△MRB∽△MCG,可得BR=,在Rt△REB中,∠B=90°,BR=,EB=2,所以sinθ=BR/ER=,于是由②得所求之距离d=.

(3)利用三棱锥的体积公式.
二、不经过该点间接确定点到平面的距离
1.利用直线到平面的距离确定
解法5.如图7,易证BD∥平面EFG,所以BD上任意一点到平面EFG的距离就是点B到平面EFG的距离.由对称思想可知,取BD中点O,求点O到平面EFG的距离较简单.AC交EF于H,交BD于O.易证平面GHC⊥平面EFG,作OK⊥HG,K为垂足,OK=为所求之距离.

2.利用平行平面间的距离确定
如图8,把平面EFG补成一个正四棱柱的截面所在的平面,可使题设中的点、线、面之间的位置关系更加明朗.面GMT是正四棱柱ABCD-A1B1GD1经过F、E、G的截面所在的平面.MG交BB1于N,TG交DD1于Q,作BP∥MG,交CG于P,连结DP,则有平面GTM∥平面PDB.它们之间的距离就是所求之距离.于是可以把点B平移到平面PDB上任何一个位置,哪里方便就在哪里求.

其中n = (A, B, C)是平面的法向量,D是将平面平移到坐标原点所需距离(所以D=0时,平面过原点)

有了上面的准备知识,则求点到直线的距离不再是难事,有图有真相

如果法相量是单位向量的话,那么分母为1

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1、求点到平面距离的基本方法 求点到平面的距离是立体几何中的一个基本问题,是高考的一个热点,也是同学学习中的一个难点.本文通过对一道典型例题的多种解法的探讨,概括出求点到平面的距离的几种基本方法.例 (2005年福建高考题)如图1,直二面角中,四边形是边长为的正方形,为上的点,且平面.()求证:平面;()求二面角的大小;()求点到平面的距离. 图1()、()解略,()解如下:一、直接法利用两个平面垂直,直接作出点到平面的距离. 如图2, , ,则.为点到平面的距离.图2解:如图3,过点作,连结,则平面平面,平面平面,平面平面,作垂足为,则平面.是点到平面的距离.在中,图3二、平行线法如图4,为上任

2、意一点, ,则.点到平面的距离转化为平行于平面的直线到平面的距离,再转化为直线上任意一点到平面的距离.图4解:如图5,过点作,连结,则平面,点到平面的距离转化为直线到平面的距离,再转化为点到平面的距离.作垂足为,平面平面,平面,是点到平面的距离.在中,图5三、斜线法利用平面的斜线及三角形相似,转化为求斜线上的点到平面的距离. 如图6、7, ,, ,若,则.点到平面的距离转化为求直线上的点到平面的距离. 图6 图7解:如图8,与的交点为,即平面,点到平面的距离与点到平面的距离相等.平面平面,平面,是点到平面的距离.在中,图8四、线面角法如图9,为平面的一条斜线,与所成的角为,到平面的距离为,则由

3、斜线和平面所成的角的定义可知,有.经过与垂直的平面与相交,交线与所成的锐角就是与所成的角,这里并不强求要作出在上的射影,连结得.图9解:如图10,平面,平面平面,为与平面所成的角为,则点到平面的距离.由()知二面角的正弦值为,得.到平面的距离.图10五、二面角法如图11,、所成二面角的大小为,点到平面的距离,则有.也就是二面角的大小,而不强求作出经过的二面角的平面角.图11解:如图12,平面平面,平面,设二面角的大小为,则点到平面的距离.由()知二面角的正弦值为,得.到平面的距离.图12六、体积法解:如图13,过点作交于点,.二面角为直二面角,平面.设到平面的距离为,平面,. 点到平面的距离为图13七、向量法解:如图14,以线段的中点为原点,所在直线为轴,所在直线为轴,过点平行于的直线为轴,建立空间直角坐标系,平面,平面, ,在的中点,, 设平面的一个法向量为,则解得令得是平面的一个法向量.AD/轴,点D到平面的距离.图14

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