空间中两平面之间的距离是指平面之间最短的距离。在空间几何中,计算平面之间的距离是非常重要的。这篇文章将介绍两平面间距离公式的推导过程。
假设平面 $ax+by+cz+d_1=0$ 和平面 $Ax+By+Cz+d_2=0$ 之间的距离为 $h$。我们可以通过向量的方法来求解平面之间的距离。
首先,我们需要找到两平面上的任意一点 $P_1(x_1, y_1, z_1)$ 和 $P_2(x_2, y_2, z_2)$。然后,我们可以将这两个点分别带入平面方程中,得到:
$$
\begin
ax_1+by_1+cz_1+d_1=0 \\
Ax_2+By_2+Cz_2+d_2=0
\end
$$
接下来,我们定义向量 $\overrightarrow$,表示从点 $P_1$ 到点 $P_2$ 的向量。则向量 $\overrightarrow$ 在两平面上的投影分别为:
$$
\overrightarrow \cdot \begina \\ b \\ c\end = 0 \\
\overrightarrow \cdot \beginA \\ B \\ C\end = 0
$$
将向量 $\overrightarrow$ 表示为坐标 $(x_2-x_1, y_2-y_1, z_2-z_1)$ 的形式,代入上述公式,得到:
$$
a(x_2-x_1) + b(y_2-y_1) + c(z_2-z_1) = 0 \\
A(x_2-x_1) + B(y_2-y_1) + C(z_2-z_1) = 0
$$
我们可以将以上两个式子组成一个方程组:
$$
\begin
a & b & c \\
A & B & C
\end
\begin
x_2 - x_1 \\
y_2 - y_1 \\
z_2 - z_1
\end
=
\begin
0 \\
0
\end
$$
由此可得,向量 $\overrightarrow$ 与两平面法向量的夹角相等。因此,两平面之间的距离为两个平面法向量的夹角的正弦值与向量 $\overrightarrow$ 的模长的乘积,即:
$$
h = \frac{\left|\begina \\ b \\ c\end \cdot \beginA \\ B \\ C\end\right|}{\left|\begina \\ b \\ c\end\right| \cdot \left|\beginx_2-x_1 \\ y_2-y_1 \\ z_2-z_1\end\right|}
$$
化简上式,可得:
$$
h = \frac}
$$
以上即为空间两平面间的距离公式的推导过程。
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