1.2平面及其方程三版ppt课件

1、第四节第四节 平面及其方程平面及其方程 点的轨迹点的轨迹.方程的概念方程的概念 平面的点法式方程平面的点法式方程 平面的一般方程平面的一般方程 两平面的夹角两平面的夹角一、点的轨迹一、点的轨迹.方程的概念方程的概念 平面解析几何把平面曲线当作点的轨迹，平面解析几何把平面曲线当作点的轨迹，在空间解析几何中，任何曲面或曲线都看作点的在空间解析几何中，任何曲面或曲线都看作点的几何轨迹。几何轨迹。水桶的表面、台灯的罩子面等水桶的表面、台灯的罩子面等曲面在空间解析几何中被看成是点的几何轨迹曲面在空间解析几何中被看成是点的几何轨迹曲面方程的定义：曲面方程的定义：如如果果曲曲面面S与与三三元元方方程程0),

2、( zyxF有有下下述述关关系系：（1 1） 曲曲面面S上上任任一一点点的的坐坐标标都都满满足足方方程程；（2 2）不不在在曲曲面面S上上的的点点的的坐坐标标都都不不满满足足方方程程；那那么么，方方程程0),( zyxF就就叫叫做做曲曲面面S的的方方程程，而而曲曲面面S就就叫叫做做方方程程的的图图形形曲面的实例：曲面的实例：曲面方程的概念曲面方程的概念以下给出几例常见的曲面以下给出几例常见的曲面.例例 1 1 建建立立球球心心在在点点),(0000zyxM、半半径径为为R的的球球面面方方程程.解解设设),(zyxM是是球球面面上上任任一一点点，RMM |0根据题意有根据题意有 Rzzyyxx

3、202020 2202020Rzzyyxx 所求方程为所求方程为特殊地：球心在原点时方程为特殊地：球心在原点时方程为2222Rzyx 例例 2 2 求与原点求与原点O及及)4 , 3 , 2(0M的距离之比为的距离之比为2:1的的点的全体所组成的曲面方程点的全体所组成的曲面方程.解解设设),(zyxM是是曲曲面面上上任任一一点点，,21|0 MMMO根据题意有根据题意有 ,21432222222 zyxzyx .911634132222 zyx所求方程为所求方程为例例 3 3 已已知知)3 , 2 , 1(A，)4 , 1, 2( B，求求线线段段AB的的垂垂直直平平分分面面的的方方程程.设设

4、),(zyxM是是所所求求平平面面上上任任一一点点，根据题意有根据题意有|,|MBMA 222321 zyx ,412222 zyx化简得所求方程化简得所求方程. 07262 zyx解解zxyo例例4 4 方程方程 的图形是怎样的？的图形是怎样的？1)2()1(22 yxz根据题意有根据题意有1 z用用平平面面cz 去去截截图图形形得得圆圆：)1(1)2()1(22 ccyx 当当平平面面cz 上上下下移移动动时时，得得到到一一系系列列圆圆圆心在圆心在), 2 , 1(c，半径为，半径为c 1半径随半径随c的增大而增大的增大而增大.图形上不封顶，下封底图形上不封顶，下封底解解c以上几例表明研究

5、空间曲面有两个基本问题：以上几例表明研究空间曲面有两个基本问题：（2 2已知坐标间的关系式，研究曲面形状已知坐标间的关系式，研究曲面形状（讨论旋转曲面）（讨论旋转曲面）（讨论柱面、二次曲面）（讨论柱面、二次曲面）（1 1已知曲面作为点的轨迹时，求曲面方程已知曲面作为点的轨迹时，求曲面方程xyzo0MM 如果一非零向量垂直如果一非零向量垂直于一平面，这向量就叫做于一平面，这向量就叫做该平面的法线向量该平面的法线向量法线向量的特征：法线向量的特征： 垂直于平面内的任一向量垂直于平面内的任一向量知知,CBAn ),(0000zyxM设平面上的任一点为设平面上的任一点为),(zyxMnMM 0必有必有

6、00 nMM二、平面的点法式方程二、平面的点法式方程n,0000zzyyxxMM 0)()()(000 zzCyyBxxA平面的点法式方程平面的点法式方程 平面上的点都满足上方程，不在平面上的平面上的点都满足上方程，不在平面上的点都不满足上方程，上方程称为平面的方程，点都不满足上方程，上方程称为平面的方程，平面称为方程的图形平面称为方程的图形其中法向量其中法向量,CBAn 已知点已知点).,(000zyx例例 1 1 求求过过三三点点)4 , 1, 2( A、)2, 3 , 1( B和和)3 , 2 , 0(C的的平平面面方方程程.解解6, 4, 3 AB1, 3, 2 AC取取ACABn ,

7、1, 9,14 所求平面方程为所求平面方程为, 0)4()1(9)2(14 zyx化简得化简得. 015914 zyx由平面的点法式方程由平面的点法式方程0)()()(000 zzCyyBxxA0)(000 CzByAxCzByAxD 0 DCzByAx平面的一般方程平面的一般方程法向量法向量.,CBAn 三、平面的一般方程三、平面的一般方程平面一般方程的几种特殊情况：平面一般方程的几种特殊情况：, 0)1( D平面通过坐标原点；平面通过坐标原点；, 0)2( A , 0, 0DD平面通过平面通过 轴；轴；x平面平行于平面平行于 轴；轴；x, 0)3( BA平面平行于平面平行于 坐标面；坐标面

8、；xoy类似地可讨论类似地可讨论 情形情形.0, 0 CBCA0, 0 CB类似地可讨论类似地可讨论 情形情形. 下表给出几种平面的特殊情况：下表给出几种平面的特殊情况： 条件例子特点条件例子特点 1 D=0 Ax+By+Cz=0 平面过原点平面过原点 2 A，B，C 中有一个为中有一个为0 Ax+Cz+D=0 平面与平面与y轴平行轴平行 Ax+Cz=0 平面过平面过y轴轴 3 A，B，C 中有二个为中有二个为0 Ax+D=0 平面平行于平面平行于yoz坐标面坐标面 Ax=0 平面即为平面即为yoz坐标面坐标面例例 2 2 求求过过点点)1 , 1 , 1(，且且垂垂直直于于平平面面7 zyx

9、和和051223 zyx的的平平面面方方程程.,1, 1, 11 n12, 2, 32 n取法向量取法向量21nnn ,5,15,10 , 0)1(5)1(15)1(10 zyx化简得化简得. 0632 zyx所求平面方程为所求平面方程为解解例例 3 3 设设平平面面过过原原点点及及点点)2, 3, 6( ，且且与与平平面面824 zyx垂垂直直，求求此此平平面面方方程程.设平面为设平面为, 0 DCzByAx由平面过原点知由平面过原点知, 0 D由由平平面面过过点点)2, 3, 6( 知知0236 CBA,2 , 1, 4 n024 CBA,32CBA . 0322 zyx所求平面方程为所求

10、平面方程为解解例例 4 4 设设平平面面与与zyx,三三轴轴分分别别交交于于)0 , 0 ,(aP、)0 , 0(bQ、), 0 , 0(cR（其其中中0 a，0 b，0 c） ，求求此此平平面面方方程程.设平面为设平面为, 0 DCzByAx将三点坐标代入得将三点坐标代入得 , 0, 0, 0DcCDbBDaA,aDA ,bDB .cDC 解解,aDA ,bDB ,cDC 将将代入所设方程得代入所设方程得1 czbyax平面的截距式方程平面的截距式方程x轴轴上上截截距距y轴轴上上截截距距z轴轴上上截截距距例例 5 5 求求平平行行于于平平面面0566 zyx而而与与三三个个坐坐标标面面所所围

11、围成成的的四四面面体体体体积积为为一一个个单单位位的的平平面面方方程程.设平面为设平面为, 1 czbyaxxyzo, 1 V, 12131 abc由所求平面与已知平面平行得由所求平面与已知平面平行得,611161cba （向量平行的充要条件）（向量平行的充要条件）解解,61161cba 化简得化简得令令tcba 61161,61ta ,1tb ,61tc ttt61161611 代入体积式代入体积式,61 t, 1, 6, 1 cba. 666 zyx所求平面方程为所求平面方程为定义定义（通常取锐角）（通常取锐角）1 1n2 2n 两平面法向量之间的夹角称为两平面的两平面法向量之间的夹角称为

12、两平面的夹角夹角. ., 0:11111 DzCyBxA, 0:22222 DzCyBxA,1111CBAn ,2222CBAn 四、两平面的夹角四、两平面的夹角按照两向量夹角余弦公式有按照两向量夹角余弦公式有222222212121212121|cosCBACBACCBBAA 两平面夹角余弦公式两平面夹角余弦公式两平面位置特征：两平面位置特征：21)1( ; 0212121 CCBBAA21)2( /.212121CCBBAA 例例6 6 研究以下各组里两平面的位置关系：研究以下各组里两平面的位置关系：013, 012)1( zyzyx01224, 012)2( zyxzyx02224, 0

13、12)3( zyxzyx解解)1(2222231)1(2)1(|311201|cos 601cos 两平面相交，夹角两平面相交，夹角.601arccos )2(,1 , 1, 21 n2, 2, 42 n,212142 两平面平行两平面平行21)0 , 1 , 1()0 , 1 , 1( MM两平面平行但不重合两平面平行但不重合)3(,212142 21)0 , 1 , 1()0 , 1 , 1( MM两平面平行两平面平行两平面重合两平面重合.例例7 7 设设),(0000zyxP是是平平面面ByAx 0 DCz外外一一点点，求求0P到到平平面面的的距距离离. ),(1111zyxP|Pr|0

14、1PPjdn 1PNn0P 00101PrnPPPPjn ,10101001zzyyxxPP 解解 2222222220,CBACCBABCBAAn00101PrnPPPPjn 222102221022210)()()(CBAzzCCBAyyBCBAxxA ,)(222111000CBACzByAxCzByAx 0111 DCzByAx)(1 P 01PrPPjn,222000CBADCzByAx .|222000CBADCzByAxd 点到平面距离公式点到平面距离公式平面的方程平面的方程（熟记平面的几种特殊位置的方程）（熟记平面的几种特殊位置的方程）两平面的夹角两平面的夹角.点到平面的距离公

15、式点到平面的距离公式.点法式方程点法式方程.一般方程一般方程.截距式方程截距式方程. （注意两平面的位置特征）（注意两平面的位置特征）五、小结五、小结思考题思考题 若若平平面面02 zkyx与与平平面面032 zyx的的夹夹角角为为4 ，求求? k思考题解答思考题解答,1)3(2)2(112)3(214cos222222 kk,1453212 kk.270 k一、一、 填空题：填空题：1 1、 平面平面0 CzByAx必通过必通过_， （其中（其中 CBA,不全为零） ；不全为零） ；2 2、平面、平面0 DCzBy_x轴；轴；3 3、平面、平面0 CzBy_x轴；轴；4 4、通过点、通过点)

16、1,0,3( 且与平面且与平面012573 zyx平平 行的平面方程为行的平面方程为 _ _；5 5、通过、通过),0,0()0,0()0,0,(cba、三点的平面方三点的平面方 _；6 6、 平面平面0522 zyx与与xoy面的夹角余弦为面的夹角余弦为_ _ _，与，与yoz面的夹角余弦为面的夹角余弦为_， 与与zox面的夹角的余弦为面的夹角的余弦为_；练练 习习 题题二、二、 指出下列各平面的特殊位置，并画出各平面：指出下列各平面的特殊位置，并画出各平面：1 1、 0632 yx；2 2、 1 zy；3 3、 056 zyx. .三、三、 求过点求过点)2,2,2( ,)1,1,1( 和和)2,1,1( 三点的三点的 平面方程平面方程 . .四、四、 点点)1,0,1( 且平行于向量且平行于向量 1,1,2 a和和 0,1,1 b的平面方程的平面方程 . .五五、 求求通通过过Z轴轴和和点点)2,1,3( 的的平平面面方方程程 . .六六、 求求与与已已知知平平面面0522 zyx平平 行行且且与与 三三坐坐标标面面所所构构成成的的四四面面