点到平面的距离的几种求法人教版

1点到平面的距离的几种求法云南会泽实验高中方强摘要线面距离及面面距离通常都是转化为点面距离进行求解.异面直线的距离也常常须转化为线面距离，进而转化为点面距离求解.所以点面距离是学习其它空间距离的基础.弄清点到平面的距离的概念及理解一些相关定理是掌握点面距离的前提条件,在教学过程中让学生掌握点面距离与线面距离、面面距离之间的相互转化是教学的重点.关键词点平面距离AbstractThedistancebetweenalineandaplaneortwoplanesisalwaysturnedintothedistancebtweenapointandaplanetosolve.Thedistancebetweentwotolineswhichareindifferentplanesisalsoneedtobeturendintothedistancebetweenlineandplanes,andthenpointandplanetosolve.sothedistancebetweenpointandplaneisthebasicoflearningotherkindsofspacedistance,Clarifyingtheconceptionofthedistancebetweenpointandplaneandunderstandingsomerelaticetheomsofitarethesuppositionofmasteringthedistancebetweenpointandlane.Duringteachingprocess,itisthefocalpointtoletstudentsmasterthetransformthetransformofdistancesbetweenpointandplane,lineandplane,planeandplane.Keywordspointplanedistance1引言立体几何中的距离是建立在弄清概念、恰当作图、严格论证的基础上的.空间中的距离有八种点与点、点到直线、点到平面、两平行直线、两异面直线、平行平面、平行于平面的直线与该平面、两点间的球面距离；其中点与点、点到直线、点到平面的距离是基础，而异面直线的距离、线面平行的距离一般均可通过化为点到平面的距离来求.这些知识点及处理能力均为高考的重要内容，因此熟练掌握求点到平面的距离的常用方法是立体几何中应重视的课题.点到平面的距离的求法是研究得比较多的一个问题，也是一个很陈旧的问题，在国内外探索“点面距离求法”通常是建立在定义的基础之上.通过一些例题进而总结出一些基本方法.2基本概念从平面外一点引一个平面的垂线，这个点和垂足间的距离叫做这个点到这个平面的距2离.这点和垂足间的线段叫做这点到平面的垂线段.其实点到平面的距离就是这点到平面的垂线段长.例：（如图1）若PA⊥α于A，则P点到平面α的距离就是线段PA的长．点到平面的距离有如下三条性质：(1)存在性对于任意一个平面和这个平面外任意一点都存在着距离.(2)唯一性一个平面和平面外一点间的距离是唯一的.(3)最小性平面外一点的距离是这点到这个平面内任意一点的连接线段长度的最小值.3例题求解已知ＡＢＣＤ是边长为4的正方形，Ｅ、Ｆ分别是ＡＢ、ＡＤ的中点，ＧＣ垂直于ＡＢＣＤ所在平面，且ＧＣ＝２，求点B到平面ＥＦＧ的距离.3.1直接用定义求点到平面的距离3.1.1直接作出所求距离求其长解法一：（如图2）为了作出点B到平面EFG的距离，延长FE交CB的延长线于Ｍ，连结GM，作ＢＮ⊥ＢＣ，交ＧＭ于Ｎ，则有ＢＮ∥ＣＧ∴ＢＮ⊥平面ABCD∴ＢＮ⊥ＥＭ作ＢＰ⊥ＥＭ，交EM于P∴平面ＢＰＮ⊥平面EFG作ＢＱ⊥ＰＮ，垂足为Ｑ∴ＢＱ⊥平面ＥＦＧ∴ＢＱ是点Ｂ到平面EFG的距离易求出ＢＮ＝２/３，ＢＰ＝2，32222BNBPPN在PBNRt中BNPBBQPN11112BQ3.1.2不直接作出所求距离间接求之(1)利用二面角的平面角图13引理1：（如图3）若二面角NCDM的大小为α，MA，CDAB，aAB点Ａ到平面Ｎ的距离ＡＯ＝ｄ，则有sinad（1）其中的α也就是二面角的大小，而并不强求要作出经过ＡＢ的二面角的平面角.解法二：（如图4）过点Ｂ作EFBP，交ＦＥ的延长线于Ｐ，易知2BP，这就是点Ｂ到二面角Ｃ-ＥＦ-Ｇ的棱ＥＦ的距离．连结ＡＣ交ＥＦ于Ｈ，连结ＧＨ易证∠ＧＨＣ就是二面角Ｃ-ＥＦ-Ｇ的平面角．∵ＧＣ＝２，ＡＣ＝24，ＡＨ＝2，∴ＣＨ＝23，ＧＨ＝22∴222sinGHC，于是由（1）得所求之距离111122222sinGHCBPd(2)利用斜线和平面所成的角引理2（如图5）OP为平面α的一条斜线，OPA，lOA，OP与α所成的角为θ，Ａ到平面α的距离为ｄ，则有sinld（2）注：经过OP与α垂直的平面与α相交，交线与OP所成的锐角就是θ，这里并不强求要作出点Ａ在α上的射影Ｂ，连结OB得θ．解法三：（如图6），设Ｍ为ＦＥ与ＣＢ的延长线的交点，作GMBR，Ｒ为垂足．图3图4图54又EBGM∵平面ＢＥＲ⊥平面ＥＦＧ又ＥＲ为它们的交线∴∠ＲＥＢ就是ＥＢ与平面ＥＦＧ所成的角θ由△ＭＲＢ∽△ＭＣＧ，可得102MGCGMBRBMGMBCGRB，在Ｒｔ△ＲＥＢ中1111sinsinERBRBER于是由（2）得所求之距离11112sinsinBEREBld（3）利用三棱锥的体积公式解法四：（如图7）设点B到平面EFG的距离为d,连结BF，则有体积关系：BEFGEFGBVV连结BF，则GHEF，于是有GCBEAFdGHEF)21(31)21(312221BDEF，2GCBEAF22)43(22222ACCHGCGH111122222222GHEFGCBEAFd3.1.3利用点到平面的距离公式引理3(如图8)PO为平面的垂线段，PA为斜线段，n是平面的法向量，则有：nnAPnAPAPPO,cos图6图75证明：n,//POnOAn又OAPOPAnOAnPOnPAnPOnPAnPOnPOnPA,cosPOn//nPOnPA即：nnAPPO解法五：（如图9）以C为原点，CB所在直线为X轴，DC所在直线为Y轴，CG所在直线为Z轴建立空间直角坐标系xyzC.设B（4，0，0），则E（4，-2，0），F（2，-4，0），G（0，0，2），从而有BE（0，-2，0），GE（4，-2，-2）GF（2，-4，-2）设n=（X，Y，Z）为平面EFG的法向量，则由nGF，有0nGF，即2X-4Y-2Z=0nGE，有0nGE，即4X-2Y-2Z=0图8图96得X=-Y而ZY31，故得n=（ZZZ,31,31）.故点B到平面DEF的距离11112)0,32,0(311)0,32,0(ZZnnBEd3.2不经过该点间接确定点到平面的距离(1)利用直线到平面的距离确定解法六（如图10）连结BD，AC，EF.BD分别交EF于H,O.因为ABCD是正方形.E,F分别为AB和AD的中点,故EF//BD,H为AO的中点BDEF//∴BD//平面EFGBD和平面EFG的距离就是点B到平面EFG的距离ACBDHCEFGC平面ABCDGCEFEF平面HCG∴面EFG面HCG,HGS是这两个垂直平面的交线作OKHG交HG于点K,由两平面垂直的性质定理知OK平面EFG∴线段OK的长就是点B到平面EFG的距离正方形ABCD的边长为4,GC=2AC=24,HO=2,HC=23∴在HCGRt中222)23(22HGHCGHKO~∴111122222HGGCHOOK(2)利用平行平面的距离确定图107解法七(如图11)把平面EFG补成一个正四棱柱的截面所在的平面.则面GMT是正四棱柱ABCD—A1B1C1D1经过F、E、G的截面所在的平面.MG交BB1于N，TG交DD1于Q.作BP//MG，交CG于P，连结DP.则有平面GTM//平面PDB它们之间的距离就是所求之距离.于是可以把点B平移到平面PDB上任何一个位置.而这两个平行平面的距离d又同三棱柱GQN—PDB的体积有关，所以可以利用三棱柱的体积确定所求之距离.则有三棱柱GQN—PDB的体积V的关系式：BNSdSVCDBPDB（3）易求出BN=2/3，CP=4/3，PB=PD=3/104BD=24，3/118PBDS，8CDBS由关系式（3）可得3283118d于是平行平面间的距离11112d即点B到面EFG的距离为11/1124方法总结求点到平面的距离的常用方法有：(1)定义法过平面外一点作平面的垂线，直接求出这点到垂足的距离.（2）射影定位法根据已知条件，确定平面外一点在平面内射影的位置.再求这两点的距离.(3)转化法通常情况下求点到平面的距离可转化为下面三种形式10点线距离在平面内找出（或作出）一条直线使平面外的点和这条直线所确定的新平面和原平面垂直，则这点到这条直线的距离.即为点到平面的距离.20线面距离若能够找出过一点的一条直线与平面平行，则这条直线到平面的距离等于点到平面的距离.30面面距离过平面外一点作出一个平面和已知平面平行，则这两平行平面的距离等于点到平面的距离.(4)等体积法将点到平面的距离视为一个几何体的高，又能够容易求出这个几何体的图118体积及高所对的底面面积.则可求出点到平面的距离.（5）公式法建立恰当的坐标系，能够确定平面的方程及点的坐标.运用点到平面的距离公式即可求出距离.参考文献[1]聂文喜,周家山.点到平面距离的求解策略[J].数学通讯,2004.6:12~13[2]优奋强.点到平面的距离[J].数学通讯,1996.10:1~3.[3]李惠珠.从点到平面的距离谈发散性思维[J].高等数学研究,2004.7:11~13.[4]朱宏志.点面距离两面观[J].新疆石油教育学院学报,2003.10:12~13.[5]乐敬英.用向量求距离的统一解法[J].数学教学,2003.10:34~36.[6].吕林根,许子道.解析几何[M].成都:高等教育出版社,1992:131~142.[7]刘增利.高中数学教材知识资料包[M].北京:北京教育出版社,2004:256~271.[8]刘伯虎.立体几何中点面距离的求法[J].数学教学研究,2003.3:30~31.