空间解析几何
空间解析几何的任务是把位置、方向和形状翻译成向量与方程。法向量描述平面,方向向量描述直线,曲面交线通常需要投影或参数化。
完成后应能
- 在点法式、一般式和参数式之间转换
- 计算点线面距离与夹角
- 识别常见二次曲面并求空间曲线投影
直觉
直觉与对象
一个平面由法向量和一点确定,一条直线由方向向量和一点确定。空间曲线经常不是单一显函数,而是两个曲面的交集。
推导
解题主线
夹角问题先取对应向量并统一为锐角或有向角约定;距离问题写投影长度;曲面识别通过配方和标准化;投影曲线通过消去被投影方向变量并附加区域约束。
定义
公式、条件与边界
点到平面距离:
适用条件:平面法向量非零且点与平面使用同一坐标系。
边界检查:距离公式的分子必须取绝对值。
两直线方向夹角:
适用条件:a,b 为非零方向向量且取锐角。
边界检查:有向角时不能取绝对值。
平面束:
适用条件:目标平面过两给定平面的交线。
边界检查:需另查退化成员是否被参数式遗漏。
易错边界
易错边界
两平面法向量平行表示平行或重合,仍需代点判断;消元得到的投影方程可能包含多余部分,必须保留原曲线诱导的不等式范围。
小结
本章掌握标准
- 在点法式、一般式和参数式之间转换
- 计算点线面距离与夹角
- 识别常见二次曲面并求空间曲线投影
公式与边界
点到平面距离
- 适用条件
- 平面法向量非零且点与平面使用同一坐标系
- 边界提醒
- 距离公式的分子必须取绝对值
两直线方向夹角
- 适用条件
- a,b 为非零方向向量且取锐角
- 边界提醒
- 有向角时不能取绝对值
平面束
- 适用条件
- 目标平面过两给定平面的交线
- 边界提醒
- 需另查退化成员是否被参数式遗漏