平面的方程

1 平面的点法式方程
已知平面上的一点及该平面的一个,可得出该 平面的点法式方程 (Point-normal form equation of a plane):

下面通过图像来解释上述定理,在下图中有某平面,及该平面上的某点和任意点,这两点组成了一个。还有该平面的一个。

根据可知于该平面内的任意直线,结合上,所以有:

2 平面的一般方程
如下代数式为某 平面的一般方程 (Point-normal form equation of a plane):

根据平面的点法式方程,可得:

令,所以有:

分析平面的一般方程的系数,可得到以下一系列结论:

  • 是该平面的一个。比如下图中的平面的一般方程为,是该平面的一个(为了方便展示,这里缩短了该,之后类似的情况不再特别说明)
  • 时该平面过原点。比如下图中过原点的平面的一般方程为,是该平面的一个。
  • 时,即平面的一般方程为时,其法向量于轴,所以这是一个平行于(或包含)轴的平面。其中于轴是根据得出的,即:

    比如下图中的平面的一般方程为,其既于轴,又于该平面,该平面平行于轴。

    同理,时或时,即平面的一般方程为或时,分别表示平行于(或包含)轴或轴的平面。

  • 时,即平面的一般方程为时,该平面同时平行于(或包含)轴和轴,故这是平行于(或重合于)面的平面。比如下图中的平面的一般方程为,其于轴和轴,或者说这是轴的,该平面是平行于面的平面。

    同理,时或时,即平面的一般方程为或时,分别表示平行于(或重合于)面或面的平面。

3 平面的截距式方程
如下代数式为某 平面的截距式方程 (Intercept form equation of a plane):

其中、、分别为该平面在、、轴上的 截距 (Intercept)。

上述定理说的是,如果、、分别为某平面在、、轴上的截距,即该平面在、、轴上的交点依次为、、,其中、、,如下图所示。那么该平面的方程为,

下面是推导过程,假设所求平面的一般方程为,因、、三点都在平面上,所以有:

回代,可得:

4 平面的参数方程
已知某平面上不共线的三点、和,可得出该 平面的参数方程 (Parametric equation of a plane):

这里解释下上述定理的推导过程。下图中是某平面上不共线的三点、和,它们可组成不共线的、。

需要注意的是,、其实是过原点的,,它们的可以表示下图中的过原点的平面。

将该过原点的平面平移,使其变为过点,就得到了要求的平面,如下图所示。

上述过程可通过代数来描述:

  • 过原点的平面可通过来表示
  • 将过原点的平面平移为过点的平面,就是将该过原点的平面加上

所以要求的平面可通过集合表示如下:

其中表示平面上的任意点,所以。又根据定理中的条件可得:

因此:

关注马同学
马同学高等数学
微信公众号:matongxue314