发布网友 发布时间:2022-05-13 18:11
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热心网友 时间:2023-10-19 22:34
与空间解析几何相似,为了确定空间中任意一点的位置,需要在空间中引进坐标系,最常用的坐标系是空间直角坐标系。
空间任意选定一点O,过点O作三条互相垂直的数轴Ox,Oy,Oz,它们都以O为原点且具有相同的长度单位。这三条轴分别称作x轴(横轴),y轴(纵轴),z轴(竖轴),统称为坐标轴。它们的正方向符合右手规则,即以右手握住z轴,当右手的四个手指x轴的正向以
角度转向y轴正向时,大拇指的指向就是z轴的正向。这样就构成了一个空间直角坐标系,称为空间直角坐标系O-xyz。定点O称为该坐标系的原点。与之相对应的是左手空间直角坐标系。一般在数学中更常用右手空间直角坐标系,在其他学科方面因应用方便而异。
任意两条坐标轴确定一个平面,这样可确定三个互相垂直的平面,统称为坐标面。其中x轴与y轴所确定的坐标面称为xOy面,类似地有yOz面和zOx面。三个坐标面把空间分成八个部分,每一部分称为一个卦限。如右图所示,八个卦限分别用字母Ⅰ、Ⅱ、...、Ⅷ表示,其中含x轴、y轴和z轴正半轴的是第Ⅰ卦限,在xOy面上的其他三个卦限按逆时针方向排定,依次为第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ卦限;在xOy面下方与第Ⅰ卦限相邻的为第Ⅴ卦限,然后也按逆时针方向排定依次为第Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ卦限。
取定空间直角坐标系O-xyz后,就可以建立空间的点与一个有序数组之间的一一对应关系。
设点M为空间的一点,过点M分别作垂直于x轴、y轴和z轴的平面。设三个平面与x轴、y轴和z轴的交点依次为P、Q、R,点P、Q、R分别称为点M在x轴、y轴和z轴上的投影。又设点P、Q、R在x轴、y轴和z轴上的坐标依次为x、y、z,于是点M确定了一个有序数组x,y,z。反之,如果给定一个有序数组x,y,z,可以在x轴上取坐标为x的点P,在y轴上取坐标为y的点Q,在z轴上取坐标为z的点R,然后点P、Q、R分别作垂直于x轴、y轴和z轴的三个平面,它们相交于空间的一点M,点M就是由有序数组x,y,z所确定的点。这样一来,空间的点M与有序数组x,y,z之间就建立了一一对应的关系。把有序数组x,y,z称为点M的坐标,记作M(x,y,z),其中x称为横坐标、y称为纵坐标、z称为竖坐标。
原点的坐标为(0,0,0);若点M在x轴上,则其坐标为(x,0,0);同样对于y轴上的点,其坐标是(0,y,0);对于z轴上的点,其坐标为(0,0,z);同样,位于xOy平面上的点,其坐标为(x,y,0);位于yOz平面上的点,其坐标为(0,y,z);位于xOz平面上的点,其坐标为(x,0,z)。可见,位于坐标轴上、坐标面上和各卦限内的点,其坐标各有特点。
利用点的坐标,可求出空间中两点间的距离。
设A(x1,y1,z1)和B(x2,y2,z2)是空间两点,过A和B各作三个分别垂直于坐标轴的平面,这六个平面围成一个以AB为对角线的长方体,它的三条棱长分别是
,由于A和B之间的距离d就是该长方体对角线AB的长度,且
和
都是直角三角形,故由勾股定理得
这就是空间两点间的距离公式。
特殊地,空间的点M(x,y,z)与原点O(x,y,z)之间的距离为
希望我能帮助你解疑释惑。