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5.4 两平行平面间的距离

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 两平行平面间距离定义为夹在两平面间的公垂线段的长度,即从一平面上任一点到另一平面的垂线段长。

从哪来 本知识点建立在“点到平面的距离”这一已有知识之上。

为什么 因为两平面平行,所以它们之间处处“等距”。若从平面 $\alpha$ 上任意一点 $P$ 向平面 $\beta$ 作垂线,垂足为 $Q$,则线段 $PQ$ 的长度即为两平面间的距离。这是因为平行平面间的公垂线段长度是固定的,不随起点 $P$ 在平面 $\alpha$ 上的位置变化而变化,故可转化为“点到平面的距离”来求解。

几何法(向量基底法)** **适合学生类型
空间想象力强、擅长逻辑推理、对向量运算不敏感的学生。 讲解逻辑: 1. 强调“公垂线”概念:找到同时垂直于两个平面的向量 $\vec{n}$。 2. 在两个平面上各取一点 $A$ 和 $B$。 3. 利用投影公式:距离 $d = |\vec{AB} \cdot \vec{e}|$,其中 $\vec{e}$ 是法向量 $\vec{n}$ 的单位向量。 4. 核心在于理解:$\vec{AB}$ 在法向量方向上的投影长度就是两平面间的垂直距离。
坐标法(点面距公式)** **适合学生类型
计算能力强、喜欢程序化步骤、空间想象稍弱但代数基础好的学生。 讲解逻辑: 1. 建立空间直角坐标系。 2. 求出两个平面的法向量 $\vec{n} = (a, b, c)$。 3. 在其中一个平面上任取一点 $P(x_0, y_0, z_0)$。 4. 利用点到平面的距离公式 $d = \frac{|ax_0 + by_0 + cz_0 + D|}{\sqrt{a^2 + b^2 + c^2}}$ 直接计算。 5. 强调:因为平行,法向量相同(或共线),只需算一个点到另一个平面的距离即可。
类比迁移法(二维类比)** **适合学生类型
抽象思维较弱、需要直观理解、容易混淆“距离”与“线段”概念的学生。 讲解逻辑: 1. 先回顾二维平面中“两平行直线间的距离”:就是公垂线段的长度。 2. 类比到三维空间:两平行平面间的距离,就是“公垂线段”的长度。 3. 指出本质:无论平面多大,只要平行,中间“空隙”的宽度是均匀的。 4. 引导思考:如何找到这条“公垂线”?——沿着法向量方向走。
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练一道
基础题
已知平面 $\alpha: x + 2y - 2z + 3 = 0$ 与平面 $\beta: 2x + 4y - 4z + 1 = 0$ 平行,求两平面间的距离。
变式
在正方体 $ABCD-A_1B_1C_1D_1$ 中,棱长为 2,求平面 $AB_1C$ 与平面 $A_1C_1D$ 之间的距离。
试试手自己判
检测题
已知平面 $\alpha: 3x - 4y + 12z - 5 = 0$,平面 $\beta: 6x - 8y + 24z + 7 = 0$,求两平面间的距离。
看答案和判分标准
答案:$\frac{12}{13}$
判对标准:
1. 学生能识别出两平面平行(法向量成比例)。
2. 学生能将两平面方程化为法向量系数一致的形式(如都化为 $3x-4y+12z+D=0$ 或 $6x-8y+24z+D=0$)。
3. 正确代入距离公式并计算出 $\frac{12}{13}$。
4. 若学生未化简系数直接计算,但结果正确(如通过向量投影法),也判对,但需指出其方法更复杂。
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