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文档简介

第七节偏导数在几何上的应用一、空间曲线的切线和法平面空间曲线的参数方程为,为曲线上一TZYTX00,ZYXP固定点,为曲线上任意点。过两点可作直线YXP,,其方程还可写为000ZZYXXTZZTYYTXX000当(即)时,直线方程可写成0PT000TZZTYYTXX此即为曲线在处的切线方程为点对应的参数。0P向量为曲线在点的切向量。0,TTTT0曲线的法平面方程。00000ZTYTXT例1求曲线在点处的切线2,1,1TZTYT4,23和法平面方程。解点对应的值为。4,23T2,912TX412TY42TZ所求切线方程为41239ZYX法平面方程为023ZYX如果曲线方程为一般方程,无妨设已化为参数方,ZXGF程XZY切线方向向量为X,1ZYXYZYZXGFF,1,YZXYXZXYZIJKFFGG例2求曲线在点处的切线和法平面。01234YXZ1,2解设3,2YXZYZF0,2,ZYXZYXGF1,1,2,31,24ZYXG6,40KJI所求切线方程为1624ZYX法平面方程为0二、曲面的切平面和法线曲面的一般方程为,为曲面上一0,ZYXF00,ZYXP点。过此点在曲面上可作无数条曲线,设曲线的参数方程为,过的切线方程为TZYTX0P000TZZTYYTXX把曲线方程代入曲面方程得,对求导,FT得0TTTZYX当时,0T,00000TZYXFTZYXFTZYXFZ设,此向量称为曲,NZYX面在点的法向量。平面0P0,000000ZYXFYZXFXZYFZYX称为曲面在点的切平面。直线称为曲面在000000,ZYXZYXZYXZ点的法线。0P例3求椭球面在点处的切平面方15322ZYX2,1程和法线方程。解设,22ZYXZYF12,4,11ZXF所求切平面方程为02ZYX法线方程为1242ZYX注若曲面方程为,则可设FZ,YXFZYXF,1,ZYXFFF此曲面在点处的法向量为ZYX,YXF例4求曲面与平面平行的切平面方程。204Z解曲面过点的法向量为2YXZ0,ZYX1,2,0YX则切平面方程为200Z20YXYX因为切平面与平面平行,所以4Z2,142000YXYX所求切平面为5Z例5求函数在椭球面上点22YXU122CZBYAX处沿外法方向的方向导数。00,ZYXM解椭球面上点处法向量为122CZBA00,ZYXM(怎么判定以外法向量,这正是外法向量)2020,YX化为方向相同的单位向量420420420420420,CZBYAXCZBYAXCZBYAX所求方向导数为。2140420CZBYAXLU例6证明曲面在任意点的切平面都经过原点,XYFZ其中具有连续偏导数。F解曲面在任意点处法向量为XYFZ0,ZYX1,

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