題目
Problem
(8) 令 E 為包含直線
⎩⎨⎧x=ty=tt∈Rz=−t+1
及點 (1,0,0) 的平面,E 上有一以 (0,−1,1) 為圓心、半徑為 1 之圓 C。試問點 P(0,0,−3) 到圓 C 上那一點的距離最長?到圓 C 上那一點的距離最短?
解答
解法一
思路
展開
- 先由平面內的一條直線和另一點求出平面方程,再確認圓心確實在此平面。
- 點到圓上各點的距離,只取決於圓心到點的距離及圓上半徑方向;最遠與最近方向都在圓心和點的連線上。
答題過程
展開
直線上一點為 (0,0,1),方向向量為 (1,1,−1);連到 (1,0,0) 的向量為 (1,0,−1)。兩者叉積為 (−1,0,−1),故平面為
E:x+z−1=0.
圓心 O=(0,−1,1) 在此平面內。令 H 為 P=(0,0,−3) 到平面的垂足,則沿法向量計算得
H=(2,0,−1),PH=22,OH=3.
圓上離 P 最近、最遠的點都在平面內的直線 OH 上。因
∣OH∣OH=31(2,1,−2),
最近點與最遠點分別為
Qmin=Qmax=O+31(2,1,−2)=(32,−32,31),O−31(2,1,−2)=(−32,−34,35).
由直角三角形 POH,;PO=(22)2+32=17。故距離的最小、最大值分別是 17−1 與 17+1;題目所問的圓上點為上述 Qmin、Qmax。