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平面のベクトル方程式
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(1)
空間内の平面
π
上に
3
点
A
,
B
,
C
があり、
,
,
が
1
次独立であるとき、
で定まる点
P
が平面
π
上に存在する条件は、
(
この条件をこのウェブサイトでは、
共面条件
と呼ぶことにする
)
(2)
空間内の
3
点
A
,
B
,
C
を通る平面
π
のベクトル方程式は、平面上の点
P
の位置ベクトルを
,点
A
の位置ベクトルを
,
,
,また、
s
,
t
を実数として、
(3)
平面
π
上の点
の点が満たす平面
π
の方程式は、法線ベクトルを
として、
点
と平面
π
との距離
d
は、
(1)
平面
π
上のベクトル
,
は一次独立です。やはり平面
π
上に存在するベクトル
は、適当な実数
s
,
t
を用いて、
・・・@ と書くことができます。
,
,
より、
整理すると、
ここで、
,
,
とすれば、
(
逆は、いまの式変形を逆にたどることにより、@式のように書けるので、点
P
は
3
点
A
,
B
,
C
が位置する平面
π
上に存在します
)
(2) (1)
の@式より、
よって、平面
π
上の点
P
の位置ベクトルがみたす方程式として、
・・・A
が得られます。
ここで、
と
のいずれにも垂直なベクトルを
(
これを平面
π
の法線ベクトルと言います。法線ベクトルの見つけ方は
外積
を参照
)
として、これをAの両辺にかけると、
より、
・・・B
B式も平面を表す方程式です。
,
として、Bは、
・・・C とおくと、
∴
・・・D
D式が座標空間における平面の方程式です。平面の方程式の
x
,
y
,
z
の係数を
x
成分、
y
成分、
z
成分とするベクトル
が、この平面の法線ベクトルです。
点
として、
から平面
π
に垂線
を下ろすと、
,
,
H
は
π
上の点なので、平面の方程式Bを満たします。よって、
∴
(
∵
C
)
点
と平面
π
との距離
は、
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