空间异面直线的距离公式及推导过程(异面直线之间的距离公式推导过程)

空间异面直线的距离公式及推导过程(异面直线之间的距离公式推导过程)

首页维修大全综合更新时间:2024-10-20 00:18:11

空间异面直线的距离公式及推导过程

距离公式:d=|Ax+By+C|/√(A^2+B^2)
推导:
将坐标点(x0,y0)带入式子,有Ax0+By0+C=0
两侧同时乘以√(A^2+B^2)
√(A^2+B^2)(Ax0+By0+C)=0
√(A^2+B^2)⋅|Ax0+By0+C|=|√(A^2+B^2)⋅(Ax0+By0+C)|=0
反推出公式 d=|Ax0+By0+C|/√(A^2+B^2)

(1)距离公式 $$d=frac{|mathbf{a}cdot mathbf{x}_0+b|}{||mathbf{a}||}$$

(2)推导过程:

令$M$为垂直于$mathbf{a}cdot mathbf{x}+b=0$的异面直线上任意一点,$P$为未知点,围成一个三角形$MOP$,依次求解3边就可求解$OP$。

由于$MP$和$MO$垂直,$angle PMO=90°$,之后由余弦定理可表示为:$$cos P=frac{MO^2+MP^2-OP^2}{2MOcdot MP}$$

因此:$$egin{aligned} OP^2&=MO^2+MP^2-2MOcdot MPcdotcos P &={left(mathbf{x}_0cdot mathbf{a} ight)}^2+MP^2-2mathbf{x}_0cdot mathbf{a}cdot mathbf{MP}cdot cos P end{aligned}$$

由于$mathbf{a}cdot mathbf{x}+b=0$,获得:$$mathbf{MP}cdot mathbf{a}=-mathbf{x}_0cdot mathbf{a}$$

代入公式得:$$egin{aligned} OP^2&={left(mathbf{x}_0cdot mathbf{a} ight)}^2+MP^2+2mathbf{x}_0cdot mathbf{a}cdot mathbf{MP}cdot cos P &={left(mathbf{x}_0cdot mathbf{a} ight)}^2+MP^2-2{left(mathbf{x}_0cdot mathbf{a} ight)}^2cdot cos P &={left(mathbf{x}_0cdot mathbf{a} ight)}^2cdot left(1- cos P ight) end{aligned}$$

由余弦定理可知:$$cos P = frac{mathbf{x}_0 cdot mathbf{a}+b}{||mathbf{x}_0||cdot ||mathbf{a}||}$$

代入上式得:$$OP^2={left(mathbf{x}_0cdot mathbf{a} ight)}^2cdot left(1- frac{mathbf{x}_0 cdot mathbf{a}+b}{||mathbf{x}_0||cdot ||mathbf{a}||} ight)$$

整理得:$$ OP= sqrt{left(mathbf{x}_0cdot mathbf{a} ight)}^2cdot sqrt{1- frac{mathbf{x}_0 cdot mathbf{a}+b}{||mathbf{x}_0||cdot ||mathbf{a}||}}=frac{|mathbf{a}cdot mathbf{x}_0+b|}{||mathbf{a}||} $$

因此距离公式为:$$d=frac{|mathbf{a}cdot mathbf{x}_0+b|}{||mathbf{a}||}$$

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