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第2题

在一个固定球的内部取一个固定点 PP。作三条两两垂直的线段 PA,PB,PCPA, PB, PC,其端点 A,B,CA, B, C 都在球面上。以 QQ 为棱作长方体,设 PP 为其中与 PA,PB,PCPA, PB, PC 相对的顶点。当 QQ 取遍所有符合条件的位置时,求点 A,B,CA, B, C 的轨迹。
第 2/7 步:确认两两垂直的棱之和恰为 PQ
通俗地说

长方体的空间对角线 PQ 正是从 P 出发的三条垂直棱之和。

PA⃗+PB⃗+PC⃗=Q−P\vec{PA}+\vec{PB}+\vec{PC} = Q-P
详细分析

由上一步,A+B+C−3P=Q−PA+B+C-3P = Q-P,而左边按定义恰为 PA⃗+PB⃗+PC⃗\vec{PA}+\vec{PB}+\vec{PC},因此这三个两两垂直的向量之和等于 PQ⃗\vec{PQ}。