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输入计算

数学公式

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结果

平面方程
11x + 16y + 14z - 15 = 0
ax + by + cz + d = 0
a(x 的系数) 11
b(y 的系数) 16
c(z 的系数) 14
d(常数项) -15

这个计算器能做什么

本工具可以求出三维空间中经过给定三个点 A、B、C 的平面方程,结果以标准的一般式 \(ax + by + cz + d = 0\) 表示。其中 \((a, b, c)\) 是与平面垂直的法向量,\(d\) 则决定了平面在空间中的具体位置。只要三个点不共线,就能唯一确定一个平面——这正是本计算器要为你算出的结果。

如何使用

分别输入三个点的 x、y、z 坐标。这些数值就是普通的实数(正数、负数或零均可),无需换算任何单位。点击「计算」后,工具会返回 a、b、c、d 四个系数,以及完整格式化的平面方程。如果你输入的三个点恰好落在同一条直线上(或其中两个点重合),就无法确定唯一的平面,此时计算器会给出相应提示。

公式详解

首先构造三角形的两条边向量:\(\vec{u} = B - A\),\(\vec{v} = C - A\)。它们的叉乘 \(\vec{n} = \vec{u} \times \vec{v}\) 就是平面的法向量,其各分量正是系数 a、b、c:

$$a = u_y v_z - u_z v_y,\quad b = u_z v_x - u_x v_z,\quad c = u_x v_y - u_y v_x.$$

由于点 A 在平面上,代入即可解出 d:$$d = -(a\cdot x_A + b\cdot y_A + c\cdot z_A).$$需要注意的是,方程整体乘以任意非零常数所表示的仍是同一个平面,因此直接由叉乘得到的系数完全有效。

三维空间中确定一个平面的三个点 A、B、C,以及边向量 u、v 和垂直于该平面的法向量 n
法向量 n 是边向量 u 和 v 的叉积,这两个向量位于经过点 A、B、C 的平面内。

实例演算

设 \(A = (1, 2, -2)\),\(B = (3, -2, 1)\),\(C = (5, 1, -4)\)。则 \(\vec{u} = (2, -4, 3)\),\(\vec{v} = (4, -1, -2)\)。叉乘得到 $$a = (-4)(-2) - (3)(-1) = 11,$$ $$b = (3)(4) - (2)(-2) = 16,$$ $$c = (2)(-1) - (-4)(4) = 14.$$ 最后 $$d = -(11\cdot 1 + 16\cdot 2 + 14\cdot(-2)) = -15.$$ 因此平面方程为 \(11x + 16y + 14z - 15 = 0\)。代入点 B 验证:\(33 - 32 + 14 - 15 = 0\),结果正确。

常见问题

如果三个点共线怎么办? 此时叉乘结果为零向量 \((0, 0, 0)\),包含这条直线的平面有无穷多个,不存在唯一解,因此计算器会提示这种退化情况。

为什么我的答案和别的工具不一样? 很可能只是系数的比例或正负号不同。所有系数同时乘以同一个非零数,所表示的平面完全相同。例如 \(11x + 16y + 14z - 15 = 0\) 与 \(-22x - 32y - 28z + 30 = 0\) 其实是同一个平面。

可以输入小数吗? 当然可以——任意实数坐标都支持,计算器会根据你的输入精确算出系数。

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