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两直线间的距离公式是什么

2025-11-22 09:34:23

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2025-11-22 09:34:23

两直线间的距离公式是什么】在解析几何中,两直线之间的距离是一个重要的概念,尤其在平面几何和空间几何中都有广泛的应用。根据两直线的位置关系(平行或相交),它们之间的距离计算方式也有所不同。

一、总结

当两条直线平行时,可以计算它们之间的垂直距离;而当两条直线相交时,它们之间的距离为0,因为它们有一个公共点。

因此,只有在两直线平行的情况下,才有意义讨论它们之间的距离。下面将详细介绍不同情况下两直线间距离的计算方法,并以表格形式进行对比。

二、两直线间距离公式总结表

情况 直线方程形式 距离公式 说明
平行直线 $L_1: Ax + By + C_1 = 0$
$L_2: Ax + By + C_2 = 0$
$d = \frac{C_1 - C_2}{\sqrt{A^2 + B^2}}$ A 和 B 必须相同,表示两直线方向一致
空间中平行直线 $L_1: \vec{r} = \vec{a}_1 + t\vec{u}$
$L_2: \vec{r} = \vec{a}_2 + s\vec{u}$
$d = \frac{\vec{a}_2 - \vec{a}_1 \times \vec{u}}{\vec{u}}$ $\vec{u}$ 是方向向量,$\vec{a}_1$ 和 $\vec{a}_2$ 是直线上任意点
相交直线 任意直线 $d = 0$ 因为有交点,距离为零

三、具体应用示例

1. 平面内平行直线的距离

例如:

直线 $L_1: 3x + 4y + 5 = 0$

直线 $L_2: 3x + 4y - 7 = 0$

则两直线之间的距离为:

$$

d = \frac{5 - (-7)}{\sqrt{3^2 + 4^2}} = \frac{12}{5} = 2.4

$$

2. 空间中平行直线的距离

设直线 $L_1$ 经过点 $(1, 2, 3)$,方向向量为 $\vec{u} = (2, 1, 0)$

直线 $L_2$ 经过点 $(4, 5, 6)$,方向向量也为 $\vec{u} = (2, 1, 0)$

则两直线之间的距离为:

$$

\vec{a}_2 - \vec{a}_1 = (3, 3, 3)

$$

$$

(\vec{a}_2 - \vec{a}_1) \times \vec{u} = \begin{vmatrix}

\mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\

3 & 3 & 3 \\

2 & 1 & 0 \\

\end{vmatrix} = (3 \cdot 0 - 3 \cdot 1)\mathbf{i} - (3 \cdot 0 - 3 \cdot 2)\mathbf{j} + (3 \cdot 1 - 3 \cdot 2)\mathbf{k} = (-3, 6, -3)

$$

$$

\vec{a}_2 - \vec{a}_1 \times \vec{u} = \sqrt{(-3)^2 + 6^2 + (-3)^2} = \sqrt{9 + 36 + 9} = \sqrt{54}

$$

$$

\vec{u} = \sqrt{2^2 + 1^2 + 0^2} = \sqrt{5}

$$

$$

d = \frac{\sqrt{54}}{\sqrt{5}} = \sqrt{\frac{54}{5}} \approx 3.286

$$

四、总结

两直线间的距离公式主要适用于平行直线的情况,而相交直线的距离为0。在实际应用中,可以根据直线的具体表达式选择合适的公式进行计算。

通过以上分析可以看出,理解两直线之间距离的定义和计算方法对于解决几何问题具有重要意义。

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