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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 5/7 步:代回勾股恒等式
通俗地说

两边现在用两种方式描述同一个长度的平方,因此可以令其相等并化简。

∣Q∣2−2Q⋅P+d2=3R2−2(Q⋅P+2d2)+3d2|Q|^2-2Q\cdot P+d^2 = 3R^2 - 2(Q\cdot P+2d^2)+3d^2
详细分析

左边是 ∣PQ⃗∣2=∣Q−P∣2|\vec{PQ}|^2=|Q-P|^2;右边是上一步的和 3R2−2(A+B+C)⋅P+3d23R^2-2(A+B+C)\cdot P+3d^2,代入 A+B+C=Q+2PA+B+C=Q+2P 后,得到一个只含 Q⋅PQ\cdot P、∣Q∣2|Q|^2、RR、dd 的方程。