第三章 几何空间
3.1 空间直角坐标系与向量
一、空间直角坐标系
三个坐标轴的正方向符合右手系
二、向量
(一)向量的概念
(二)向量的线性运算
向量的分量
向量的线性运算
线性运算满足的运算规律
基向量与线性表出
(三)向量在轴上的投影
- 空间两向量的夹角的概念
特殊地,当两个向量中有一个零向量,规定它们的夹角可在
到 中任意取值 - 空间一点在轴上的投影
- 向量在轴上的投影
向量在轴上的投影的性质
向量
在轴 上的投影等于向量的模乘以轴与向量夹角的余弦 两个向量的和在轴上的投影等于两个向量在该轴上的投影之和
(四)线性运算的几何意义
平行四边形法则
伸缩变换
(五)方向角与方向余弦
非零向量
3.2 向量的乘法
一、内积
定义 设向量
由定义可知,基向量
向量内积的另一种描述
内积的物理意义:力所做的功
二、外积
定义 向量
与 所确定的平面垂直,且 符合右手系
外积的性质
,
外积的几何意义
基向量的外积
利用坐标计算外积
设
三、混合积
定义 设已知三个向量$$
混合积的几何意义与性质
- 向量的混合积
是这样的一个数,它的绝对值表示以向量 为棱的平行六面体的体积 - 三向量
共面
3.3 平面
一、点法式方程
平面
法线向量的特征:垂直于平面内任一向量
设
必有
其中法向量
二、一般式方程
由平面的点法式方程
法向量
平面一般方程的几种特殊情况
,平面通过坐标远点 ,平 面 通 过 轴 平 面 平 行 于 轴 ,平面平行于 坐标面
三、截距式方程
例:设平面与
分别交于 ,求此平面方程 解:设平面为
得
四、平面与平面的位置关系
两平面的夹角
定义 两平面法向量之间的夹角称为两平面的夹角(通常取锐角)
例:点
到平面 的距离 解:
故
点到平面距离公式
3.4 空间直线
一、点向式方程
方向向量的定义
如果一非零向量
二、参数式方程
由点向式方程可得
称为直线
直线的两点式方程
例:
说明:
,即 在平面 上
三、一般式方程
空间直线可看成两平面的交线
例:确定直线
外一点 到 的距离 解
设
是直线 上任意一确定的点, 是 上另一点,且 则直线
的方程为 平行四边形面积
四、直线与直线的位置关系
两直线的夹角
两直线
与 的方向向量 与 的夹角(通常指锐角)称为 与 的夹角,记为直线
直线
两直线的位置关系
直线
直线
它们的方向向量为
设点 在直线 上,点 在直线 上,则有 与 重合 与 相交 与 异面
五、直线与平面的位置关系
直线与平面的夹角
直线和它在平面上的投影直线的夹角
称为直线与平面的夹角或 直线与平面的夹角公式