平面波は３次元波動の最も単純な例である。平面波の等位相面(ある時刻に一定の位相をもつ面)は、伝搬方向に垂直な平面となる。
3次元空間中の任意点の位置ベクトルをrとすると、
ここで、iˆ, jˆ, kˆはそれぞれ、直交座標x, y, z方向の基本ベクトルである（図（a））。
位置ベクトルr0で示される点を含みかつ、所定のベクトルkに垂直な平面を考た時、任意点の位置ベクトルをrとすると次式が成立する。
…式1
図（b）からわかるように、r–r0は点r0から点rへ至るベクトルである。よって、上式はベクトルr–r0がkと直交することを示している。
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