求点到平面的距离的方法

如题所述

下面将会求点到平面的距离的方法,实际上也很简单的。例:已知ABCD是边长为4的正方形,E、F分别是AB、AD的中点,GC垂直于ABCD所在平面,且GC=2,求点B到平面EFG的距离.
一、直接通过该点求点到平面的距离
1.直接作出所求之距离,求其长.
解法1.如图1,为了作出点B到平面EFG的距离,延长FE交CB的延长线于M, 连 结GM,作BN⊥BC,交GM于N,则有BN∥CG,BN⊥平面ABCD.作BP⊥EM,交EM于P,易证平面BPN⊥平面EFG.作BQ⊥PN,垂足为Q,则BQ⊥平面EFG.于 是BQ是点B到平面EFG的距离.易知BN=,BP=,PZ=,由BQ·PN=PB·BN,得BQ=.

图1 图2
2.不直接作出所求之距离,间接求之.
(1)利用二面角的平面角.
课本P.42第4题,P.46第2题、第4题给出了“二面角一个面内的一个点,它到棱的距离、到另一个面的距离与二面角的大小之间所满足的关系”.如图2,二面角M-CD-N的大小为α,A∈M,AB⊥CD,AB=a,点A到平面N的距离AO=d, 则有d=asinα. ①
①中的α也就是二面角的大小,而并不强求要作出经过AB的二面角的平面角.
解法2.如图3,过B作BP⊥EF,交FE的延长线于P,易知BP=,这就是点B到二面角C-EF-G的棱EF的距离.连结AC交EF于H,连结GH,易证∠GHC就是二面角C-EF-G的平面角.∵ GC=2,AC=4,AH=,∴ CH=3,GH=,sin∠GHC=2/,于是由①得所求之距离d=BP·sin∠GHC=· =.解略.

(2)利用斜线和平面所成的角.
如图4,OP为平面α的一条斜线,A∈OP,OA=l,OP与α所成的角为θ,A到平面α的距离为d,则由斜线和平面所成的角的定义可知,有d=lsinθ.②
经过OP与α垂直的平面与α相交,交线与OP所成的锐角就是②中的θ,这里并不强求要作出点A在α上的射影B,连结OB得θ.
解法3.如图5,设M为FE与CB的延长线的交点,作BR⊥GM,R为垂足.又GM⊥EB,易得平面BER⊥平面EFG,ER为它们的交线,所以∠REB就是EB与平面EFG所成的角θ.由△MRB∽△MCG,可得BR=,在Rt△REB中,∠B=90°,BR=,EB=2,所以sinθ=BR/ER=,于是由②得所求之距离d=.

图5   图6
(3)利用三棱锥的体积公式
解法4.如图6,设点B到平面EFG的距离为d,则三棱锥B-EFG的体积V=(1/3)S△EFG·d.另一方面又可得这个三棱锥的体积V=(1/3)S△FEB·CG,可求得S△FEB=(1/4)S△DAB=2,S△EFG=,所以有1/3··d=1/3·2·2,得d=.
二、不经过该点间接确定点到平面的距离
1.利用直线到平面的距离确定
解法5.如图7,易证BD∥平面EFG,所以BD上任意一点到平面EFG的距离就是点B到平面EFG的距离.由对称思想可知,取BD中点O,求点O到平面EFG的距离较简单.AC交EF于H,交BD于O.易证平面GHC⊥平面EFG,作OK⊥HG,K为垂足,OK=为所求之距离.

图7  图8
2.利用平行平面间的距离确定
如图8,把平面EFG补成一个正四棱柱的截面所在的平面,可使题设中的点、线、面之间的位置关系更加明朗.面GMT是正四棱柱ABCD-A1B1GD1经过F、E、G的截面所在的平面.MG交BB1于N,TG交DD1于Q,作BP∥MG,交CG于P,连结DP,则有平面GTM∥平面PDB.它们之间的距离就是所求之距离.于是可以把点B平移到平面PDB上任何一个位置,哪里方便就在哪里求.
温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
第1个回答  2020-11-25
平面的一般式方程

Ax +By +Cz + D = 0

其中n = (A, B, C)是平面的法向量,D是将平面平移到坐标原点所需距离(所以D=0时,平面过原点)

向量的模(长度)

给定一个向量V(x, y, z),则|V| = sqrt(x * x + y * y + z * z)

向量的点积(内积)

给定两个向量V1(x1, y1, z1)和V2(x2, y2, z2)则他们的内积是

V1V2 = x1x2 + y1y2 + z1z2

点到平面的距离

有了上面的准备知识,则求点到直线的距离不再是难事,有图有真相

如果法相量是单位向量的话,那么分母为1

ORGE中的实现

顺便看一下Ogre中的实现

Real Plane::getDistance (const Vector3& rkPoint) const
{
return normal.dotProduct(rkPoint) + d;
}
可见Ogre默认法相量为单位向量,且没有对结果取绝对值,根据注释,当点与法相量的方向在同一侧时,结果为正,否则为负。
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