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实用微积分:曲面及其方程-定义与关系

时间:2023-11-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:在平面解析几何中,我们把平面曲线看作是平面上按照一定规律运动的点的轨迹.类似地,在空间解析几何中,也可把曲面看作是空间中按照一定规律运动的点的轨迹.因此,正如平面曲线与二元方程一样,空间曲面与三元方程也有类似的关系.定义1 如果曲面S和三元方程F(x,y,z) =0 满足:(1)曲面S上任意一点的坐标(x,y,z)都满足方程F(x,y,z) =0;(2)不在曲面S上的点的坐标都不满足方程F(x,y

实用微积分:曲面及其方程-定义与关系

在平面解析几何中,我们把平面曲线看作是平面上按照一定规律运动的点的轨迹.类似地,在空间解析几何中,也可把曲面看作是空间中按照一定规律运动的点的轨迹.因此,正如平面曲线与二元方程一样,空间曲面与三元方程也有类似的关系.

定义1 如果曲面S和三元方程F(x,y,z) =0 满足:

(1)曲面S上任意一点的坐标(x,y,z)都满足方程F(x,y,z) =0;

(2)不在曲面S上的点的坐标都不满足方程F(x,y,z) =0;

则称方程F(x,y,z) =0 是曲面S的方程,而称曲面S是方程F(x,y,z) =0 的图形.

关于曲面与方程,通常讨论下面两类问题:

(1)已知方程,作出该方程的图形.

(2)已知曲面,建立该曲面的方程.

已知曲面,建立该曲面的方程,一般有以下几个步骤:

1)建立适当的空间直角坐标系;

2)设曲面上的动点为M(x,y,z);

3)根据已知条件建立含有x,y,z的等式;

4)把此等式化简,即得所求的曲面方程.

【例5】 求与点A(1,1,0)和B(2,0,1)等距离的点的轨迹方程.

解 设动点坐标为M(x,y,z),则有|MA|=|MB|,由两点间距离公式,得

两边平方后化简得2x-2y+2z-3 =0,此方程即为所求动点M的轨迹方程.

立体几何可知,所求的轨迹是线段AB的中垂面,它的方程是三元一次方程.

一般地,可以证明,空间平面的方程为Ax+By+Cz+D=0,其中A、 B、 C、 D都是常数,且A、 B、 C、 D不全为0.

下面给出方程Ax+By+Cz+D=0 的一些特殊情形.(www.xing528.com)

若D=0,则方程Ax+By+Cz=0 表示通过原点的平面(图6-6 (a)).

图6-6

若A=0,D≠0,则方程By+Cz+D=0是平行于x轴的平面(图6-6 (b));若A=D=0,则方程By+Cz=0 是通过x轴的平面(图6-6 (c)).类似地,可讨论B或C为零的情形.

若A=B=0,D≠0,则方程Cz+D=0 是平行于xOy坐标面的平面(图6-6 (d));若B=C=0,D≠0,则方程Ax+D=0 是平行于zOx坐标面的平面;若C=A=0,D≠0,则方程By+D=0 是平行于xOz坐标面的平面.

【例6】 求过点M1(a,0,0),M2(0,b,0)和M3(0,0,c)的平面方程(其中abc≠0).

解 设所求平面方程为

根据题意,有

解之得

图6-7

代入平面方程,有

上式称为平面的截距式方程,其中a,b,c分别为平面在x轴,y轴,z轴上的截距(图6-7).

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