点到平面的距离公式为:
\[ d = \frac{|Ax_0 + By_0 + Cz_0 + D|}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}} \]
其中:
\( A, B, C \) 是平面的法向量的分量。
\( D \) 是平面方程中的常数项。
\( (x_0, y_0, z_0) \) 是点 \( P \) 的坐标。
这个公式表示点 \( P \) 到平面 \( Ax + By + Cz + D = 0 \) 的距离。当点 \( P \) 在平面内时,该距离为 0。
解释
公式推导:
点到平面的距离是点 \( P \) 到平面 \( Ax + By + Cz + D = 0 \) 的最短距离。
通过平面的法向量 \( (A, B, C) \) 和点 \( P \) 的坐标 \( (x_0, y_0, z_0) \),可以计算出一个向量 \( \overrightarrow{AP} = (Ax_0 + By_0 + Cz_0 + D, 0, 0) \)。
该向量在平面上的投影长度即为点到平面的距离,计算公式为 \( d = \frac{|\overrightarrow{AP}|}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}} \)。
特殊情况
当点 \( P \) 在平面内时,点 \( P \) 到平面的距离为 0,因为此时点 \( P \) 到平面上任意一点的距离都等于 0。
应用示例
假设平面方程为 \( x + 2y - z + 1 = 0 \),点 \( P \) 的坐标为 \( (1, 1, 1) \),则:
\( A = 1, B = 2, C = -1, D = 1 \)
\( x_0 = 1, y_0 = 1, z_0 = 1 \)
代入公式得:
\[ d = \frac{|1 \cdot 1 + 2 \cdot 1 - 1 \cdot 1 + 1|}{\sqrt{1^2 + 2^2 + (-1)^2}} = \frac{2}{\sqrt{6}} = \frac{\sqrt{6}}{3} \]
因此,点 \( (1, 1, 1) \) 到平面 \( x + 2y - z + 1 = 0 \) 的距离为 \( \frac{\sqrt{6}}{3} \)。