求空间中圆与直线的最短距离下的座标?

圆心o = (0.3501, -0.0881, -4.8466)
圆的法向量n = (0.4163, -0.8326, -0.3653)
圆的半径r=1.34954
直线上两点:
a=(3.1932, -0.9005, 0.8082)
b=(1.9885, -0.9691, -0.8353)

求圆上一点p,离直线ab的距离最近时的座标

由于圆与直线不共面,垂足f到圆心o的连线到圆的投影不再是最短距离,如右侧视角所示,在直线ab的垂直面k做圆,与圆o在k上的投影相交的位置才是最短距离。

我这样理解正确吗?p点的座标该怎么求解?

请用python编写代码并只使用numpy。

谢谢。

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问题分析

该问题要求在三维空间中找到一个点P,使得P到直线AB的距离最短。这里的直线AB由两点A和B定义,而圆O的圆心为O,半径为r。

思路分析

  1. 确定直线AB的方向向量:方向向量d = B - A。
  2. 确定圆心O到直线AB的垂线向量:这个向量是d的垂线,记作d_perp。
  3. 计算d_perp的长度:这是圆心O到直线AB的最短距离。
  4. 找到与d_perp垂直且通过圆心O的平面:这个平面上与圆O相交的点即为所求的点P。

数学模型

- 点A: (3.1932, -0.9005, 0.8082)
- 点B: (1.9885, -0.9691, -0.8353)
- 圆心O: (0.3501, -0.0881, -4.8466)
- 圆心O到直线AB的垂线向量d_perp的长度 = |d · d_perp| / |d| = r
- d_perp的方向与d垂直,其长度为sqrt(1 - r^2)
- 在与d_perp垂直且通过圆心O的平面上,取一点P,其坐标为(x, y, z)。由于P在圆上,因此满足以下方程:(x - h)^2 + (y - k)^2 = r^2。其中,(h, k)是点P在平面上的投影。
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