点到直线的垂足公式

点到直线的垂足公式‌用于计算一个点向一条直线作垂线时,垂足(垂线与直线的交点)的坐标。‌关键亮点‌包括:‌适用于任意直线方程形式(一般式、斜截式等)‌,‌通过向量投影或代数方法求解‌,且‌结果可直接用坐标表示‌。

  1. 一般式直线方程下的垂足公式
    若直线方程为 Ax+By+C=0Ax + By + C = 0,点 P(x0,y0)P(x_0, y_0) 的垂足坐标 (x,y)(x, y) 为:

    x=x0AAx0+By0+CA2+B2,y=y0BAx0+By0+CA2+B2x = x_0 - A \cdot \frac{Ax_0 + By_0 + C}{A^2 + B^2}, \quad y = y_0 - B \cdot \frac{Ax_0 + By_0 + C}{A^2 + B^2}

    公式分子部分实质是点代入直线方程的值,分母为直线法向量的模平方。

  2. 斜截式直线方程的简化形式
    若直线为 y=kx+by = kx + b,垂足公式可转化为:

    x=x0+k(y0b)1+k2,y=kx+bx = \frac{x_0 + k(y_0 - b)}{1 + k^2}, \quad y = k \cdot x + b

    此形式通过斜率 kk 直接关联点的坐标,适合快速计算。

  3. 向量投影法的几何解释
    将直线方向向量 d\vec{d} 和点 PP 到直线上某点的向量 v\vec{v} 作投影,垂足坐标为:

    垂足=直线上基点+(vddd)d\text{垂足} = \text{直线上基点} + \left( \frac{\vec{v} \cdot \vec{d}}{\vec{d} \cdot \vec{d}} \right) \vec{d}

    该方法适用于参数化直线或空间几何场景。

总结‌:垂足公式通过代数或几何方法统一解决点与直线的垂直交点问题,选择公式时需根据直线方程形式灵活应用,计算结果可直接用于距离、对称等衍生问题。

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