05.01空间向量及空间直角坐标系
给巡检点一个地址封面场景

空间向量及空间直角坐标系 · 沉浸式数学故事

给巡检点一个地址

无人机报回一个故障点,只写东西与南北位置还不够。空间中的地址,少一个数就会落到错误楼层。

第 5 章 · 向量代数与空间解析几何 · 5 幕故事 · 1 个训练

给巡检点一个地址:平面上找到了,楼顶却没有人。

测绘实训 · 报点

平面上找到了,楼顶却没有人。

无人机发现设备异常,先回传东西方向与南北方向两个读数。巡检员按平面坐标赶到位置,却站在一层地面仰望屋顶。

平面地址:(x,y)两个数只能锁定同一竖线上所有点。
给巡检点一个地址:高度一写清,点才被真正钉住。

补上第三个数

高度一写清,点才被真正钉住。

把地面设为 z=0,再加入高度 z,空间中唯一的巡检点被确定为 P(x,y,z)。

P(x,y,z)三条坐标轴两两垂直,分别描述三个独立方向。
给巡检点一个地址:位置也能写成一支箭,终点就是巡检点。

从原点出发

位置也能写成一支箭,终点就是巡检点。

从坐标原点 O 指向 P 的有向线段记为位置向量。它的三个分量,正是终点坐标减起点坐标。

OP⃗=(x,y,z)一般地,AB⃗=(x₂−x₁,y₂−y₁,z₂−z₁)。
给巡检点一个地址:三次勾股,把空间折成一个长度。

直线距离

三次勾股,把空间折成一个长度。

先在水平面合成 x、y,再与高度 z 合成,得到位置向量的模。

|OP⃗|=√(x²+y²+z²)向量的模是长度,不带方向。
给巡检点一个地址:三个数给地址,一支向量给方向与距离。

巡检抵达

三个数给地址,一支向量给方向与距离。

巡检员按坐标导航到屋顶,再用两点距离核对无人机航线。空间坐标不只是标点,也是后续向量运算的共同语言。

d(A,B)=√[(x₂−x₁)²+(y₂−y₁)²+(z₂−z₁)²]先选坐标系,再解释每个分量的单位与方向。
给巡检点一个地址训练场景

尾声 · 带着方法进课堂

故事落幕,判断才刚开始。

把这一课的条件、公式与易错点带进最后一次判断。

空间点 P(3,4,12) 到原点的距离是多少?
再读一遍

互动实验 · 空间里的一个巡检点P(x, y, z)

平面两个数不够,还得再报一个高度

地面上一个位置要 (x, y) 两个数;可管廊里的巡检点还有高低,得再加一个 z。三个数一报,点在空间里唯一确定。从原点到它的位置向量 OP⃗=(x,y,z),长度 |OP⃗|=√(x²+y²+z²) 就是它到原点的直线距离。拖三个滑块,看点在空间里游走,地址和距离随之更新。

3D 坐标空间 · 等距视图 x y z