一、平面方程(点法式/一般式/截距式/三点式/平面束) 二、直线方程(点向式/参数式/两点式/交面式) 三、位置关系与距离


基本概念

概念含义
向量与直线平行(垂直)该向量与直线上的一个向量平行(垂直)
向量与平面平行该向量与平面上的一个向量平行
向量与平面垂直该向量与平面上的任意向量都垂直

一、平面方程

1.1 点法式(方法一)

过定点 且与法向量 垂直:

注:与 平行的所有非零向量均可作法向量(不唯一);由 系数即可读出法向量。

1.2 三向量共面法(方法二,最常用)

过定点 且与两不共线向量 平行:

1.3 三点式

过不共线三点 , , :

1.4 截距式

三轴截距分别为 ():

1.5 一般式

系数与位置关系:

条件含义
过原点
平行于 轴
过 轴
平行于 面()

1.6 平面束(方法四)

过直线 的平面束:

⚠️ 不含第二个平面本身。


二、直线方程

2.1 点向式(对称式/标准式)

过 ,方向向量 :

方向向量不唯一;若某分量 ,表示直线平行于对应坐标面。

2.2 参数式

2.3 两点式

过 , :

2.4 交面式(一般式)

两不同平面相交确定直线:

优点:简单直接;缺点:不够直观,需转为点向式。


三、位置关系

3.1 两平面的关系

设 , ; 同理。

关系条件
平行
重合
相交不满足平行条件
垂直

夹角(取不超过 ):

3.2 两直线的关系

, ,

同理。

共面/异面:

夹角:

;

3.3 直线与平面的关系

, ;,

关系条件
() 且
且
与 相交
(分量成比例)

夹角(直线与平面的夹角 = 直线与投影线的夹角):

投影直线方向向量:


四、距离公式

4.1 点到平面

到 :

4.2 两平行平面间距离

, :

4.3 点到直线

到直线 (方向向量 ,):

4.4 异面直线距离

几何意义:平行六面体体积 ÷ 底面平行四边形面积。


五、例题精讲

例题 1:过原点且与已知向量平行的平面

平面过原点 及点 ,且与向量 平行,求平面方程。

解:

第一步:两个在平面上的方向向量: 和 。

第二步:求法向量 。

第三步:过原点 的点法式。

答案:


例题 2:交面式 → 点向式 + 求与平面的交点

直线 。求 (1) 点向式与参数式;(2) 与平面 的交点。

(1) 求点向式与参数式

解:

第一步:消元。

:

:

第二步:令 ,得参数式:

取点 (),方向向量 。

点向式:

( 固定, 表示直线平行于 面)

(2) 求与平面的交点

代入参数式到 :

答案:


例题 3:异面直线的公垂线

求异面直线 与 的公垂线方程。

解:

第一步:: , ;: ,

第二步:公垂线方向向量 = 。

第三步:含 和 的平面 ,法向量 ,过 。

,即

第四步:含 和公垂线的平面 ,,过 。

,即

第五步:公垂线 = 。


例题 4:过直线且垂直于某平面的平面(平面束法)

直线 ,求过 且垂直于平面 的平面。

解:

第一步:平面束

整理:

法向量

第二步:垂直条件 。

代入:

答案:


例题 5:点到直线的距离

求 到直线 的距离。

解:

第一步:化参数式。令 ,代入:

,

消 :,代入第一式:

第二步: 上取 (),

第三步:

答案:


例题 6:过定点且平行于一平面、与另一直线相交

过点 ,平行于平面 ,又与直线 相交的直线。

解:

第一步:过 作平行于 的平面 (法向量相同)。

第二步:求 与 的交点 。

参数式:

代入 :

交点

第三步:所求直线过 和 。

方向向量

答案:


六、公式速查

方程类型公式
平面点法式
平面一般式
平面截距式
平面束
直线点向式
直线参数式, ,
直线交面式
距离/角度公式
点到平面距离
平行平面间距离
点到直线距离
异面直线距离
两平面夹角
两直线夹角
线面夹角
共面/异面判别 ⇔ 共面