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如何判断平面与平面垂直

更新时间:发布时间:作者:清河许许

如何判断平面与平面垂直】在立体几何中,判断两个平面是否垂直是常见的问题。平面之间的位置关系包括平行、相交和垂直。其中,判断两个平面是否垂直,是通过它们的法向量之间的夹角来确定的。以下是对这一问题的总结性说明,并附有相关知识点的表格。

一、判断平面与平面垂直的方法总结

要判断两个平面是否垂直,通常可以通过以下几种方式:

1. 利用法向量判断

每个平面都有一个法向量(即与该平面垂直的向量)。如果两个平面的法向量互相垂直,则这两个平面也互相垂直。

2. 利用二面角判断

如果两个平面所形成的二面角为90度,则这两个平面垂直。

3. 利用直线与平面的关系

若一个平面内存在一条直线,该直线同时垂直于另一个平面,则这两个平面垂直。

4. 利用空间坐标系中的方程

设两个平面分别为 $ \pi_1: A_1x + B_1y + C_1z + D_1 = 0 $ 和 $ \pi_2: A_2x + B_2y + C_2z + D_2 = 0 $,若满足 $ A_1A_2 + B_1B_2 + C_1C_2 = 0 $,则两平面垂直。

二、关键知识点对比表

判断方法 判断依据 适用条件
法向量法 两平面的法向量点积为0 平面已知其一般式或法向量
二面角法 两平面所成的二面角为90° 需能确定两平面的交线及角度
直线垂直法 一个平面内有一条直线垂直于另一个平面 需能找到该直线并验证其垂直性
坐标方程法 平面的一般式中系数满足 $ A_1A_2 + B_1B_2 + C_1C_2 = 0 $ 适用于已知平面方程的情况

三、实例分析

设平面 $ \pi_1: x + y + z = 0 $,平面 $ \pi_2: 2x - y + z = 0 $,判断它们是否垂直。

- 平面 $ \pi_1 $ 的法向量为 $ \vec{n}_1 = (1, 1, 1) $

- 平面 $ \pi_2 $ 的法向量为 $ \vec{n}_2 = (2, -1, 1) $

计算点积:

$ \vec{n}_1 \cdot \vec{n}_2 = 1 \times 2 + 1 \times (-1) + 1 \times 1 = 2 - 1 + 1 = 2 \neq 0 $

因此,这两个平面不垂直。

四、总结

判断两个平面是否垂直的核心在于理解它们的法向量之间的关系。掌握不同方法的适用场景,有助于在实际问题中灵活运用。无论是通过法向量、二面角、直线关系还是代数公式,都能有效判断平面与平面是否垂直。

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