接棒數學
高二下📐 空間與形狀

空間直線方程式

Lines in Space

公式

參數式 (x,y,z) = (x₀,y₀,z₀) + t(a,b,c)

空間中的直線要用「一點 + 方向向量」描述,寫成參數式最通用。

練這學期的計算題
先修

白話解釋

平面上一條直線可以寫成 y = mx + k,但空間中不行——那個式子在空間裡表示的是一個平面。

空間直線要用**一點 + 方向向量**來定:從點 (x₀,y₀,z₀) 出發,沿方向 (a,b,c) 走 t 倍。寫成**參數式**: x = x₀ + at、y = y₀ + bt、z = z₀ + ct。

把 t 消掉可得**對稱比例式** (x−x₀)/a = (y−y₀)/b = (z−z₀)/c。但要注意:**分母為 0 時這個寫法會失效**(例如方向向量是 (1,0,2)),這時只能寫成 y = y₀ 搭配另外兩式。參數式沒有這個問題,所以通用性更好。

**兩直線的關係**在空間中有三種(比平面多一種): 方向向量平行 → **平行**或重合; 不平行且有交點 → **相交**; 不平行也沒交點 → **歪斜**(skew)。

判斷時要小心:光看方向向量不平行**不能**斷定相交,還必須真的解出交點。把兩條直線的參數式聯立,若解得出來就相交、解不出來就歪斜。這一步最常被跳過。

(兩條直線各自用不同的參數符號,例如一條用 t、一條用 s,否則會誤判。)

什麼時候用

空間中的位置關係、求交點、3D 建模與碰撞偵測。

最容易錯的地方

例題 · 3

先自己算,再看解答——這樣才有效。

  1. 1

    過點 (1,2,3)、方向向量 (2,0,1),當 t = 2 時 x 座標是多少?

  2. 2

    承上,t = 2 時 y 座標是多少?

  3. 3

    兩直線方向向量不平行且無交點,稱為什麼?

學完這個,接下來可以學

高二下 還有這些

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