关于点到直线的向量公式,综合不同维度的推导结果,主要分为以下两种情况:
一、二维平面情况
设直线方程为 $Ax + By + C = 0$,点 $P(x_0, y_0)$ 到直线的距离公式为: $$d = \frac{|Ax_0 + By_0 + C|}{\sqrt{A^2 + B^2}}$$
推导思路 :通过构造直线的法向量 $\mathbf{n} = (A, B)$,利用向量投影公式计算点 $P$ 到直线的垂直距离。
二、空间直线情况
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一般式直线
设直线方程为 $Ax + By + Cz + D = 0$,点 $P(x_0, y_0, z_0)$ 到直线的距离公式为: $$d = \frac{|Ax_0 + By_0 + Cz_0 + D|}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}}$$
推导思路 :通过直线的方向向量 $\mathbf{v} = (B, -A, 0)$ 和法向量 $\mathbf{n} = (A, B, C)$,利用向量叉乘和点积计算距离。
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参数式直线
设直线过点 $Q(x_1, y_1, z_1)$,方向向量为 $\mathbf{v} = (l, m, n)$,点 $P(x_0, y_0, z_0)$ 到直线的距离公式为: $$d = \frac{|\mathbf{PQ} \cdot (\mathbf{v} \times \mathbf{n})|}{|\mathbf{v}|}$$
其中 $\mathbf{PQ} = (x_0 - x_1, y_0 - y_1, z_0 - z_1)$,$\mathbf{v} \times \mathbf{n}$ 表示向量叉乘。
三、补充说明
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公式验证 :上述公式可通过几何意义(向量投影)或代数方法(法向量法)进行验证。
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应用场景 :二维公式适用于平面几何问题,空间公式则扩展到立体几何场景。
以上公式需注意直线方程需为标准形式(如 $Ax + By + C = 0$),若直线过原点可简化计算。