空间直线及其方程

空间直线的方程和性质直线是空间几何中最基本的图形之一，它具有许多重要的性质和特征。

本文将介绍空间直线的方程和一些主要性质，以便更好地理解和应用直线的概念。

一、空间直线的方程在三维空间中，直线可以用参数方程、对称方程和一般方程来表示。

1. 参数方程：设直线上一点为P(x0, y0, z0)，直线的方向向量为a(m, n, p)。

则直线的参数方程为：x = x0 + mty = y0 + ntz = z0 + pt其中t为参数，表示直线上的任意一点。

2. 对称方程：设直线过一点P(x0, y0, z0)且平行于向量a(m, n, p)。

则直线的对称方程为：(x - x0) / m = (y - y0) / n = (z - z0) / p这个方程表示直线上的所有点满足这个比值关系。

3. 一般方程：直线的一般方程形式为Ax + By + Cz + D = 0，其中A、B、C为不全为零的实数。

通过对这个方程的系数进行标准化处理，可以得到一个方便使用的一般方程。

二、空间直线的性质空间直线具有以下几个重要的性质：1. 直线的方向：直线的方向由其方向向量确定。

对于参数方程和对称方程，直线的方向向量就是其参数的系数。

对于一般方程，直线的方向向量可以通过系数A、B、C来确定。

2. 直线的倾斜类型：直线可以是水平的、竖直的或斜的。

根据直线的方向向量，我们可以判断直线的倾斜类型。

若方向向量的两个分量为0，第三个分量不为0，则直线是竖直的；若第三个分量为0，前两个分量不全为0，则直线是水平的；若前两个分量都不为0，直线是斜的。

3. 直线的截距：对于一般方程Ax + By + Cz + D = 0，直线在三个坐标轴上的截距分别为：x轴截距：x = -D / Ay轴截距：y = -D / Bz轴截距：z = -D / C4. 直线的倾斜角和垂直角：直线的倾斜角是指直线与坐标轴正向之间的夹角。

可以通过方向向量求得各个坐标轴的倾斜角。

第六节 空间直线及其方程教学目的：介绍空间曲线中最常用的直线，与平面同为本章的重点 教学重点：1.直线方程2.直线与平面的综合题教学难点：1.直线的几种表达式2.直线与平面的综合题教学内容：一、空间直线的一般方程空间直线可以看成是两个平面的交线。

故其一般方程为：⎩⎨⎧=+++=+++022221111D z C y B x A D z C y B x A 二、空间直线的对称式方程与参数方程平行于一条已知直线的非零向量叫做这条直线的方向向量。

已知直线上的一点),,(0000z y x M 和它的一方向向量},,{p n m =s ，设直线上任一点为),,(z y x M ，那么M M 0与s 平行，由平行的坐标表示式有：pz z n y y m x x 000-=-=- 此即空间直线的对称式方程（或称为点向式方程）。

（写时参照书上注释）如设t pz z n y y m x x =-=-=-000 就可将对称式方程变成参数方程（t 为参数）⎪⎩⎪⎨⎧+=+=+=ptz z nt y y mtx x 000 三种形式可以互换，按具体要求写相应的方程。

例1：用对称式方程及参数方程表示直线⎩⎨⎧=++-=+++043201z y x z y x ．解：在直线上任取一点),,(000z y x ，取10=x ⎩⎨⎧=--=++⇒063020000z y z y ，解得2,000-==z y ，即直线上点坐标)2,0,1(-．因所求直线与两平面的法向量都垂直，取}3,1,4{--=⨯=21n n s ，对称式方程为：321041-+=--=-z y x 参数方程： ⎪⎩⎪⎨⎧--=-=+=tz t y tx 3241．例2： 一直线过点)4,3,2(-A ，且和y 轴垂直相交，求其方程．解：因为直线和y 轴垂直相交，所以交点为)0,3,0(-B ，于是→==}4,0,2{BA s ，所求直线方程：440322-=+=-z y x 三、两直线的夹角： 两直线的方向向量的夹角（通常指锐角）叫做两直线的夹角。

空间直线及其方程§8.4 空间直线及其方程ü直线的一般方程ü直线的参数方程和对称方程ü两直线的夹角ü直线与平面的夹角一、空间直线的一般方程定义空间直线可看成两平面的交线．Π1:A1x+B1y+C1z+D1Π2:A2x+B2y+C2z+D2A1x+B1y+C1z+D1=0A2x+B2y+C2z+D2=0空间直线的一般方程y注：表示同一直线的一般方程不唯一。

确定空间直线的条件•由两个平面确定一条直线；•由空间的两点确定一条直线；•由空间的一点和一个方向来确定一条直线。

二、空间直线的参数方程与对称式方程r如果一非零向量sr一条已知直线L，向量s线L的方向向量．设定点M0(x0,y0,z0)∈L,方向向量的定义：yr∀M(x,y,z)∈L,0//srs={m,n,p},M0={x−x0,y−y0,z−z0}则{x−x0,y−y0,z−z0}=t{m,n,p} x=x0+mt y=y0+ntz=z+pt0消去参数t，有直线的参数方程x−xy−yz−z==直线的对称式方程mnp直线的一组方向数方向向量的余弦称为直线的方向余弦.注：1. 表示同一直线的对称方程不唯一；2. 对称式方程可转化为一般方程;x=x0,x−x0y−y0z−z0 3.==理解为:y−y=z−z.0np p n4. 任一条直线均可表示为对称式方程.设直线过两点M(x1,y1,z1),N(x2,y2,z2)r则s={x2−x1,y2−y1,z2−z1}x−x1y−y1z−z1直线的对称方程为：==x2−x1y2−y1z2−z1例1用对称式方程及参数方程表示直线x+y+z+1=0.2x−y+3z+4=0解在直线上任取一点(x0,y0,z0)y0+z0+2=0取x0=1⇒,y0−3z0−6=0解得y0=0,z0=−2点坐标(1,0,−2),因所求直线与两平面的法向量都垂直取rrrs=n1×n2={4,−1,−3}, x−1y−0z+2对称式方程==,4−1−3x=1+4t.参数方程y=−tz=−2−3t例2 一直线过点A(2,−3,4)，且和y轴垂直相交，求其方程.解因为直线和y轴垂直相交,所以交点为B(0,−3,0),r取s=={2,0,4},x−2y+3z−4==.所求直线方程204三、两直线的夹角定义两直线的方向向量的夹角称之.（锐角）x−x1y−y1z−z1直线L1:==,p1m1n1x−x2y−y2z−z2直线L2:==,m2n2p2 ^cos(L,L)=12|mm+nn+pp|m1+n1+p1⋅m2+n2+p2两直线的夹角公式222222两直线的位置关系：(1)L1⊥L2⇐⇒m1m2+n1n2+p1p2=0,m1n1p1==,(2)L1//L2⇐⇒m2n2p2r例如，直线L1:s1={1,−4,0},r直线L2:s2={0,0,1},rrrrQs1⋅s2=0,∴s1⊥s2,即L1⊥L2.x−4z=3例3 一直线L过点(-3,2,5)，且和直线2x−y−5z=1平行，求其方程.vi解rrrQs=n1×n2=1vj0vk−4=−{4,3,1}2−1−5∴所求直线方程v方法2:设s={m,n,p}x+3y−2z−5==.431m−4p=0mnpvvvvQs⊥n1,s⊥n2∴⇒==4312m−n−5p=0v取s={4,3,1}………x+1y−1z==例4 一直线过点M0(2,1,3)，且与直线L: 32−1垂直相交，求其方程.解设所求直线为l , 先求两直线的交点。

空间直线的方程与性质一、空间直线的方程在三维空间中，要确定一条直线，我们需要知道直线上的一点和直线的方向。

因此，一般来说，表示空间直线的方程形式为：R: (x-x₁) / l₁ = (y-y₁) / l₂ = (z-z₁) / l₃其中，(x₁, y₁, z₁) 是直线上的一点，l₁, l₂, l₃是直线的方向比例。

二、空间直线的性质1. 直线的方向向量直线上的两个任意点 A(x₁, y₁, z₁) 和 B(x₂, y₂, z₂) ，则直线的方向向量可以表示为：V = [x₂ - x₁, y₂ - y₁, z₂ - z₁]2. 直线的平行与垂直若两个直线的方向向量分别是 V₁=[l₁₁, l₁₂, l₁₃] 和 V₂=[l₂₁,l₂₂, l₂₃]，则有以下条件：- 若 V₁∥ V₂，则直线平行。

- 若 V₁⊥ V₂，则直线垂直。

3. 直线与平面的关系直线与平面相交时，有以下几种情况：- 若直线和平面有且只有一个交点，则交点为直线上的一点。

- 若直线和平面无交点，且直线与平面平行，则直线在平面上。

- 若直线和平面无交点，且直线与平面垂直，则直线与平面互相平行。

4. 直线的距离直线与一点 P (x₀, y₀, z₀) 之间的距离可以通过点到直线的距离公式来计算：d = |(x₀-x₁, y₀-y₁, z₀-z₁) · V| / |V|其中 |·| 表示向量的模，"·" 表示向量的点积。

5. 直线的参数方程若直线的方向向量为 V=[l₁, l₂, l₃]，直线上的一点为 P(x₁, y₁, z₁)，则直线的参数方程形式为：x = x₁ + l₁ * ty = y₁ + l₂ * tz = z₁ + l₃ * t其中 t 为参数。

6. 直线的对称式方程直线的对称式方程形式是通过点和方向向量来表示的，如下：(x - x₁) / l₁ = (y - y₁) / l₂ = (z - z₁) / l₃ = t其中 (x, y, z) 为直线上的任意一点。