3절 직선과 평면의 방정식
평면에서 한점
으로 구할 수 있다.
직선의 방정식
공간에서의 직선의 방정식도 직선 위의 한 점과 직선의 방향을 알면 구할 수 있다. 3차원 공간에서의 방향은 벡터로 표현할 수 있으므로 직선과 평행한 벡터를
인 실수 t가 존재한다.

이라고 하면 식 (1.5)는 다음과 같이 쓸 수 있다.
이 식을 직선의 벡터방정식(vector equation)이라고 한다. 또한 식 (1.5)를 성분별로 나타내면
이므로 직선의 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있다.
이 식을 직선의 매개변수방정식(parametric equation)이라고 한다. 또한 매개변수방정식에서 매개변수 t를 소거하여
로 나타낼 수도 있다. 이 방정식은 직선의 대칭방정식(symmetric equation)이라고 한다. 만약 a,b,c 중에서 0 이 있어도 매개방정식 (1.6)에서 매개변수를 소거하는 것이 가능하다.

꼬인 직선
평면에서 두 직선은 평행하지 않은 직선은 한 점에서 만난다. 그러나 공간에서의 두 직선은 평행하지 않아도 만나지 않는 경우가 생긴다. 이런 경우 두 직선은 꼬인 위치에 있다고 한다.
평면의 벡터방정식
평면에서 직선의 방정식은 기울기와 한 점을 알면 구할 수가 있었다. 마찬가지로 공간에서 평면의 방정식은 평면의 방향과 한 점을 알면 구할 수 있다. 그러나 평면의 방향은 직선과는 달리 평면과 평행한 하나의 벡터로는 구할 수가 없으며 두 개의 벡터(서로 평행하지 않은), 또는 일직선 상에 있지 않은 세개의 점이 필요하다. 평행하지 않은 두 벡터

따라서
으로 나타낼 수 있다. 여기서
이라고 하면 식(1.7) 은 다음과 같이 쓸 수 있다.
이 식을 평면의 벡터방정식(verctor equation)이라고 한다. 또한,
이므로 평면의 방정식을 다음과 같이 쓸 수 있다.
이 식을 평면의 매개변수방정식(parametric equation)이라고 한다.

법선 벡터를 이용한 평면의 방정식
평면과 평행인 두 벡터 대신 평면과 수직인 벡터를 안다면 역시 평면의 방정식을 구할 수 있다. 이때, 평면과 수직인 벡터를 평면의 법선벡터(normal vector)라고 한다. 이제 공간의 한 점
은 평면에 포함되는 벡터이고 따라서 n과 수직이다.

그러므로 평면 위의 임의의 점
이 성립한다. 이 식을 평면의 일반방정식(general equation)이라고 한다.

두 평면의 위치
각각의 법선벡터가 평행한 두 평면은 평행하다(parallel)고 한다. 평행한 두 평면은 일치하거나 만나지 않는다. 평행하지 않은 두 평면은 직선에서 만난다. 평행하지 않은 두 평면의 각은 각 평면의 법선벡터들의 사잇각으로 정의한다.

점과 평면 사이의 거리
이제 평면에서 한 점과 직선 사이의 거리를 구한 것과 같은 방법으로 평면과 한 점 사이의 거리를 구할 수 있다. 공간의 한 점
평면의 임의의 점
라고 하면
이다.

에서
이고
이다.

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