《曲面及其方程》PPT课件.ppt

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1、2023/7/18,1,第三节 曲面及其方程,第六章,四、二次曲面,一、曲面方程的概念,二、旋转曲面,三、柱 面,五、小结与思考练习,2023/7/18,2,一、曲面方程的概念,求到两定点A(1,2,3)和B(2,-1,4)等距离的点的,化简得,即,说明:动点轨迹为线段 AB 的垂直平分面.,引例:,1:显然在此平面上的点的坐标都满足此方程,2:不在此平面上的点的坐标不满足此方程.,解:设轨迹上的动点为,轨迹方程.,2023/7/18,3,如果曲面 S 与方程 F(x,y,z)=0 有下述关系:,(1)曲面 S 上的任意点的坐标都满足此方程;,则 F(x,y,z)=0 叫做曲面 S 的方程,曲

2、面 S 叫做方程 F(x,y,z)=0 的图形.,两个基本问题:,(1)已知一曲面作为点的几何轨迹时,(2)不在曲面 S 上的点的坐标不满足此方程,求曲面方程.,(2)已知方程时,研究它所表示的几何形状,(必要时需作图).,定义1,2023/7/18,4,故所求方程为,方程.,特别,当M0在原点时,球面方程为,解:设轨迹上动点为,即,依题意,距离为 R 的轨迹,表示上(下)球面.,例1 求动点到定点,2023/7/18,5,解:配方得,此方程表示:,说明:,如下形式的三元二次方程(A 0),都可通过配方研究它的图形.,的曲面.（课本 例3）,表示怎样,半径为,的球面.,球心为,例2 研究方程,

3、2023/7/18,6,定义2 一条平面曲线,二、旋转曲面,绕其平面上一条定直线旋转,一周,所形成的曲面叫做旋转曲面.,该定直线称为旋转,轴,旋转曲线叫做旋转曲面的母线.,例如:,2023/7/18,7,故旋转曲面方程为,当绕 z 轴旋转时,若点,给定 yoz 面上曲线 C:,则有,则有,该点转到,建立yoz面上曲线C 绕 z 轴旋转所成曲面的方程:,2023/7/18,8,求旋转曲面方程时,平面曲线绕某坐标轴旋转,则该坐,标轴对应的变量不变,而曲线方程中另一变量写成,该变量与第三变量平方和的正负平方根.,思考：当曲线 C 绕 y 轴旋转时，方程如何？,2023/7/18,9,的圆锥面方程.（

4、课本 例4）,解:在yoz面上直线L 的方程为,绕z 轴旋转时,圆锥面的方程为,两边平方,例3 试建立顶点在原点,旋转轴为z 轴,半顶角为,2023/7/18,10,分别绕 x,轴和 z 轴旋转一周所生成的旋转曲面方程.,解:绕 x 轴旋转,绕 z 轴旋转,这两种曲面都叫做旋转双曲面.,所成曲面方程为,所成曲面方程为,例4 求坐标面 xoz 上的双曲线,(旋转双叶双曲面）,(旋转单叶双曲面）,（习题6-3 5）,2023/7/18,11,三、柱面,引例 分析方程,表示怎样,的坐标也满足方程,解:在 xoy 面上,表示圆C,沿曲线C平行于 z 轴的一切直线所形成的曲面称为圆,故在空间,过此点作,

5、柱面.,对任意 z,平行 z 轴的直线 l,表示圆柱面,在圆C上任取一点,其上所有点的坐标都满足此方程,的曲面?,2023/7/18,12,平行定直线并沿定曲线 C 移动的直线 l 形成,的轨迹叫做柱面.,表示抛物柱面,母线平行于 z 轴;,准线为xoy 面上的抛物线.,z 轴的椭圆柱面.,z 轴的平面.,表示母线平行于,(且 z 轴在平面上),表示母线平行于,C 叫做准线,l 叫做母线.,定义3,2023/7/18,13,柱面,柱面,平行于 x 轴;,平行于 y 轴;,平行于 z 轴;,准线 xoz 面上的曲线 l3:H(z,x)=0.,母线,柱面,准线 xoy 面上的曲线 l1:F(x,y

6、)=0.,母线,准线 yoz 面上的曲线 l2:G(y,z)=0.,母线,一般地,在三维空间,2023/7/18,14,四、二次曲面,三元二次方程,适当选取直角坐标系可得它们的标准方程,下面仅,就几种常见标准型的特点进行介绍.,研究二次曲面特性的基本方法:截痕法,其基本类型有:,椭球面、抛物面、双曲面、锥面,的图形通常为二次曲面.,(二次项系数不全为 0),2023/7/18,15,椭圆,在平面 x0 或 y0 上的截痕为过原点的两直线.,(椭圆锥面也可由圆锥面经 x 或 y 方向的伸缩变换,得到,见书 P202),1.椭圆锥面,2023/7/18,16,(1)范围：,(2)与坐标面的交线：椭

7、圆,2.椭球面,2023/7/18,17,与,的交线为椭圆：,(4)当 ab 时为旋转椭球面;,同样,的截痕,及,也为椭圆.,当abc 时为球面.,(3)截痕:,为正数),2023/7/18,18,3.抛物面,(1)椭圆抛物面,(2)双曲抛物面（鞍形曲面）,特别,当a=b时为绕 z 轴的旋转抛物面.,2023/7/18,19,(1)单叶双曲面,椭圆.,时,截痕为,(实轴平行于x 轴；,虚轴平行于z 轴）,平面,上的截痕情况:,双曲线:,4.双曲面,2023/7/18,20,虚轴平行于x 轴）,时,截痕为,时,截痕为,(实轴平行于z 轴;,相交直线:,双曲线:,2023/7/18,21,双曲线,

8、椭圆,注意单叶双曲面与双叶双曲面的区别:,双曲线,单叶双曲面:系数二项正,一项为负.,双叶双曲面:系数一项正,二项负.,图形,(2)双叶双曲面,（a、b、c 是正数）,2023/7/18,22,内容小结,1.空间曲面,三元方程,球面,旋转曲面,如,曲线,绕 z 轴的旋转曲面:,柱面,如,曲面,表示母线平行 z 轴的柱面.,又如,椭圆柱面,双曲柱面,抛物柱面等.,2023/7/18,23,三元二次方程,椭球面,抛物面:,椭圆抛物面,双曲抛物面,双曲面:,单叶双曲面,双叶双曲面,椭圆锥面:,2.二次曲面,2023/7/18,24,课外练习,P204 习题63 1；3(2)(4);4;6（奇数题）；7；8（2）（3）；9,2023/7/18,25,斜率为1的直线,平面解析几何中,空间解析几何中,方 程,平行于 y 轴的直线,平行于 yoz 面的平面,圆心在(0,0),半径为 3 的圆,以 z 轴为中心轴的圆柱面,平行于 z 轴的平面,思考与练习,1.指出下列方程的图形:,2023/7/18,26,2023/7/18,27,3.习题6-3 8,题8答案:,在 xoy 面上,