高等数学课件D94几何应用.ppt

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1、2023/10/20,高等数学课件,第四节,复习 目录 上页 下页 返回 结束,一、空间曲线的切线与法平面,二、曲面的切平面与法线,微分学的几何应用,第九章,2023/10/20,高等数学课件,一、空间曲线的切线与法平面,过点 M 与切线垂直的平面称为曲线在该点的法,机动 目录 上页 下页 返回 结束,位置.,空间光滑曲线在点 M 处的切线为此点处割线的极限,平面.,点击图中任意点动画开始或暂停,2023/10/20,高等数学课件,1.曲线方程为参数方程的情况,切线方程,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,此处要求,也是法平面的法向量,切线的方向向量:,称为

2、曲线的切向量.,如个别为0,则理解为分子为 0.,机动 目录 上页 下页 返回 结束,不全为0,因此得法平面方程,说明:若引进向量函数,则,处的导向量,就是该点的切向量.,2023/10/20,高等数学课件,例1.,求圆柱螺旋线,对应点处的切线方程和法平面方程.,切线方程,法平面方程,即,即,解:由于,对应的切向量为,在,机动 目录 上页 下页 返回 结束,故,2023/10/20,高等数学课件,2.曲线为一般式的情况,光滑曲线,当,曲线上一点,则有,时,可表示为,处的切向量为,机动 目录 上页 下页 返回 结束,看成参数方程,由于,将T扩大J倍,2023/10/20,高等数学课件,则在点,切

3、线方程,法平面方程,有,得,机动 目录 上页 下页 返回 结束,记忆小窍门,2023/10/20,高等数学课件,也可表为,法平面方程,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,例2.求曲线,在点,M(1,2,1)处的切线方程与法平面方程.,切线方程,解法1 令,则,即,切向量,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,法平面方程,即,机动 目录 上页 下页 返回 结束,解法2.方程组两边对 x 求导,得,解得,方程乘-z加到方程,2023/10/20,高等数学课件,切线方程,即,法平面方程,即,机动 目录 上页 下页 返回 结束,曲线

4、在点 M(1,2,1)处有:,切向量,2023/10/20,高等数学课件,二、曲面的切平面与法线,设 有光滑曲面,通过其上定点,对应点 M,切线方程为,不全为0.,则 在,且,点 M 的切向量为,任意引一条光滑曲线,下面证明:,此平面称为 在该点的切平面.,机动 目录 上页 下页 返回 结束,上过点 M 的任何曲线在该点的切线都,在同一平面上.,2023/10/20,高等数学课件,证:,机动 目录 上页 下页 返回 结束,在 上,得,令,由于曲线 的任意性,表明这些切线都在以,为法向量,的平面上,从而切平面存在.,2023/10/20,高等数学课件,曲面 在点 M 的法向量,法线方程,切平面方

5、程,复习 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,曲面,时,则在点,故当函数,法线方程,令,特别,当光滑曲面 的方程为显式,在点,有连续偏导数时,切平面方程,机动 目录 上页 下页 返回 结束,请注意和全微分的关系哦！,2023/10/20,高等数学课件,法向量,用,将,法向量的方向余弦：,表示法向量的方向角,并假定法向量方向,分别记为,则,向上,复习 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,例3.求椭球面,在点(1,2,3)处,的切平面及法线方程.,解:,所以球面在点(1,2,3)处有:,切平面方程,即,法线方程,法向量,令,机动 目录 上

6、页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,例4.确定正数 使曲面,在点,解:二曲面在 M 点的法向量分别为,二曲面在点 M 相切,故,又点 M 在球面上,于是有,相切.,与球面,机动 目录 上页 下页 返回 结束,因此有,2023/10/20,高等数学课件,1.空间曲线的切线与法平面,切线方程,法平面方程,1)参数式情况.,空间光滑曲线,切向量,内容小结,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,切线方程,法平面方程,空间光滑曲线,切向量,2)一般式情况.,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,空间光滑曲面,曲面

7、在点,法线方程,1)隐式情况.,的法向量,切平面方程,2.曲面的切平面与法线,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,空间光滑曲面,切平面方程,法线方程,2)显式情况.,法线的方向余弦,法向量,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,思考与练习,1.如果平面,与椭球面,相切,提示:设切点为,则,机动 目录 上页 下页 返回 结束,(二法向量平行),(切点在平面上),(切点在椭球面上),2023/10/20,高等数学课件,证明 曲面,上任一点处的,切平面都通过原点.,提示:在曲面上任意取一点,则通过此,2.设 f(u)可微,第七节 目录 上页 下页 返回 结束,证明原点坐标满足上述方程.,点的切平面为,2023/10/20,高等数学课件,1.证明曲面,与定直线平行,证:曲面上任一点的法向量,取定直线的方向向量为,则,(定向量),故结论成立.,的所有切平面恒,练习题,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,2.求曲线,在点(1,1,1)的切线,解:点(1,1,1)处两曲面的法向量为,因此切线的方向向量为,由此得切线:,法平面:,即,与法平面.,机动 目录 上页 下页 返回 结束,