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5.2 点到平面的距离

空间向量及其在立体几何中的应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 空间中一点到平面的垂线段长度,即该点到平面上所有点距离中的最小值。

从哪来 本节为高二立体几何起点,无前置知识点记录。需基于初中已掌握的“点到直线距离”及“垂直”概念进行拓展。

为什么 在空间中,过一点作平面的垂线,垂足到该点的线段长度最短。这是因为垂线段是直角三角形的一条直角边,而斜线段(点到平面上其他任意点的连线)是斜边,根据“直角三角形中斜边大于直角边”的几何性质,垂线段长度即为最小距离。这体现了“垂线段最短”这一公理在三维空间中的推广。

直观演示法
利用实物模型(如书本代表平面,笔尖代表点),让学生观察并测量不同角度的连线长度,发现垂直时最短。
适合:空间想象力较弱、依赖直观感知、对抽象定义理解困难的学生。
代数推导法
建立空间直角坐标系,设点 $P(x_0, y_0, z_0)$ 和平面方程 $Ax+By+Cz+D=0$,通过向量法推导距离公式 $d = \frac{|Ax_0+By_0+Cz_0+D|}{\sqrt{A^2+B^2+C^2}}$。
适合:代数运算能力强、喜欢逻辑推导、对几何直观不敏感的学生。
几何转化法
将“点到平面的距离”转化为“线面垂直”问题,强调“找垂足”是关键。通过三垂线定理或面面垂直性质确定垂线位置,再计算长度。
适合:几何逻辑清晰、擅长综合法解题、对纯代数计算排斥的学生。
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练一道
基础题
已知点 $P(1, 2, 3)$ 和平面 $\alpha: x + y + z - 6 = 0$,求点 $P$ 到平面 $\alpha$ 的距离。
变式
已知平面 $\beta$ 过点 $A(1,0,0)$ 且法向量为 $\vec{n}=(2, -1, 2)$,求原点 $O(0,0,0)$ 到平面 $\beta$ 的距离。
试试手自己判
检测题
已知点 $M(2, -1, 3)$ 到平面 $3x + 4y + 12z + D = 0$ 的距离为 1,求 $D$ 的值。
看答案和判分标准
答案:$D = 1$ 或 $D = -29$。
判对标准:
1. 正确写出距离公式并代入已知数值(得 $\frac{|6-4+36+D|}{13} = 1$)。
2. 正确解绝对值方程 $|38+D| = 13$。
3. 得出两个解 $38+D=13$ 或 $38+D=-13$,即 $D=-25$ 或 $D=-51$?
*更正计算*:
分母 $\sqrt{3^2+4^2+12^2} = \sqrt{9+16+144} = \sqrt{169} = 13$。
分子 $|3(2) + 4(-1) + 12(3) + D| = |6 - 4 + 36 + D| = |38 + D|$。
方程:$\frac{|38+D|}{13} = 1 \Rightarrow |38+D| = 13$。
情况1:$38+D = 13 \Rightarrow D = -25$。
情况2:$38+D = -13 \Rightarrow D = -51$。
*重新检查题目意图*:通常此类题会有整数解或简单解。若题目设计为 $D$ 使得分子为 $\pm 13$,则上述解正确。
*再次核对*:$3\times2=6, 4\times(-1)=-4, 12\times3=36$。$6-4+36=38$。没错。
所以答案是 $D=-25$ 或 $D=-51$。
修正后的答案:$D = -25$ 或 $D = -51$。
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