高中点到直线距离公式是解析几何中的重要内容,用于计算平面内一点到直线的最短距离。以下是公式的详细说明:
一、公式表达式
对于直线 $Ax + By + C = 0$ 和点 $P(x_0, y_0)$,点 $P$ 到直线的距离 $d$ 计算公式为: $$d = \frac{|Ax_0 + By_0 + C|}{\sqrt{A^2 + B^2}}$$
二、公式推导说明
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垂线段最短原理
连接直线外一点与直线上各点的所有线段中,垂线段最短。通过向量或解析几何方法可证明该性质。
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几何推导
设直线 $L$ 的方程为 $Ax + By + C = 0$,点 $P(x_0, y_0)$。过点 $P$ 作直线 $L$ 的垂线,垂足为 $Q$,则 $Q$ 的坐标可通过联立直线方程与垂线方程求得,再利用两点间距离公式计算 $PQ$ 的长度。
三、公式应用要点
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直线方程形式
公式要求直线方程为一般式 $Ax + By + C = 0$,若直线为斜截式或点斜式,需先转化为一般式。
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距离取绝对值
因距离为非负值,公式中需对 $Ax_0 + By_0 + C$ 取绝对值。
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扩展应用
该公式可推广至三维空间,计算点 $(x_0, y_0, z_0)$ 到平面 $Ax + By + Cz + D = 0$ 的距离。
四、示例计算
例 :求点 $P(1, 2)$ 到直线 $2x - y + 3 = 0$ 的距离。 $$d = \frac{|2 \cdot 1 - 1 \cdot 2 + 3|}{\sqrt{2^2 + (-1)^2}} = \frac{|3|}{\sqrt{5}} = \frac{3\sqrt{5}}{5}$$
五、总结
该公式通过几何意义和代数推导结合,是高中数学中解决最短路径问题的重要工具,同时为后续学习向量、线性代数等知识奠定基础。