异面直线的距离
数学定义
和两条异面直线都垂直相交的直线叫做两条异面直线的公垂线,公垂线与两条直线相交的点所形成的线段,叫做这两条异面直线的公垂线段。两条异面直线的公垂线段的长度,叫做这两条异面直线的距离。
有关定理
定理一:任意两条异面直线有且只有一条公垂线
定理二:两条异面直线的公垂线段长(异面直线的距离)是分别连结两条异面直线上两点的线段中最短的一条。
常用计算方法
(1)找出(或作出)公垂线,计算公垂线段的长度。
(2)转化为求线面间的距离。
过其中一条直线b上的任一点作另一条直线a的平行线c,b和c所决定的平面α与a之间的距离就是异面直线的距离。
(3)转化为求平行平面间的距离。
过两条异面直线作两个互相平行的平面,这两个平面间的距离就是异面直线的距离。
(4)向量方法:先求两异面直线的公共法向量,再求两异面直线上任意两点的连结线段在公共法向量上的射影长。
公共法向量可以运用向量积找到,设任意两点所连成的向量为,它们的夹角为,则异面直线的距离
该公式可以这样理解:设异面直线AM和BN,其中AB是公垂线,M、N是两条直线上任意的两点。明显地,MA⊥AB,NB⊥AB,根据射影的定义可知,是的射影,而就是异面直线的距离。
(5)若两条异面直线在某一平面上的射影互相平行(或为一点和一直线),则可以求平行线的距离(或点到直线的距离),该距离就是异面直线的距离。
(6)几何公式法:设有两条异面直线a, b,a, b的公垂线AB长为d。在a上找另一点C,b上找另一点D,AC=m,BD=n,CD=l,异面直线AC和BD所成角为θ。则 。注意正负号的使用,当二面角C-AB-D为θ时取+,为π-θ时取-。
第二公式:设异面直线a、b分别位于二面角α-l-β的半平面上,a与l交点为M,b与l交点为N,且MN=t。a与l的夹角为θ1,b与l夹角为θ2,二面角大小为θ3,a、b所成角为θ,则a、b之间距离为
(7)向量公式法:设两条异面直线方向向量为和,是两条直线上任意一点的连线的向量,则异面直线的距离
该公式具有明显的几何意义。分子是、和所构成的平行六面体的体积,分母是该平行六面体的底面积,异面直线的距离就是平行六面体的高。根据体积公式得。
参考(4)的求法,我们可以发现恰好就是两条异面直线的公共法向量,所以这两条公式从本质上来说是一样的,只不过解读的角度不同而已。
参考资料
最新修订时间:2024-04-24 18:00
目录
概述
有关定理
常用计算方法
参考资料