三节曲面方程与曲线方程ppt课件

1、第三节第三节 曲面方程与曲线方程曲面方程与曲线方程一、曲面方程一、曲面方程二、曲线方程二、曲线方程三、母线平行于坐标轴的柱面方程三、母线平行于坐标轴的柱面方程四、一坐标轴为旋转轴的旋转曲面四、一坐标轴为旋转轴的旋转曲面一 、曲面方程定义7.3 若曲面上每一点的坐标都满足某方程，而不在此曲面上的点都不满足这个方程，则称这个方程是所给曲面的方程. 三元方程 F(x,y,z)=0总表示一个空间曲面.曲面的两类问题(1)已知一曲面作为点的几何轨迹,建立这曲面的方程;(2)已知一曲面的方程,研究这曲面的几何形状.例1 求与定点M0(x0,y0,z0)距离等于R的几何轨迹的方程.解 设M(x,y,z)为轨

2、迹上任意一点.由题可知|M0M|=R即222000()()().xxyyzzR两端平方得2222000()()()xxyyzzR表示以点M0(x0,y0,z0)为中心,以R为半径的球面.例2 研究方程2220 xyzMxNySzQ所表示的曲面方程的几何特性.解 原方程配方得222,xMxyNyzSzQ 222222()()(),222444MNSMNSxyzQ假设2221()0,4MNSQ记22221()4RMNSQ则所给方程表示以点 半径为R的球面(,)222MNS假设2221()0,4MNSQ则所给方程化为222()()()0.222MNSxyz这时,222MNSxyz 即表示一个点 可称

3、其为点球.(,)222MNS假设2221()0,4MNSQ则所给方程无图形,可称其为虚球.二、曲线方程空间两曲面相交,可以得到一条曲线.设 F1(x,y,z)=0 和 F2(x,y,z)=0 为空间两曲面的方程,若它们相交得到一条曲线L,则L上任一点的坐标必定满足这两个曲面方程.反过来,同时满足两个曲面方程的点也必定在它们的交线L上.因此空间曲线L的方程可以表示为12( , , )0,( , , )0,F x y zF x y z常称之为曲线的一般式方程.三、母线平行与坐标轴的柱面方程研究方程F(x,y)=0所表示的曲面的几何特性. 在Oxy坐标平面上F(x,y)=0表示一条曲线L;在空间直角

4、坐标系中, F(x,y)=0表示一个曲面. 在(Oxy平面上)曲线L上任取一点M0(x,y,0),过该点作平行于z轴的直线.该直线上任取一点M(x,y,z),则点M的坐标必定满足方程F(x,y)=0.由于M0的任意性可以理解:将上述平行于z轴的直线沿L移动,并始终保持该直线与z轴平行,所得的曲面上的点,必定满足F(x,y)=0.满足这种特性的曲面,称为柱面,相应的平面曲线L称为直线,平行于z轴而沿L移动的直线称为母线. 特别地,如果准线L为Oxy平面上的二次曲线,则称F(x,y)=0为二次柱面,221xy为圆柱面.22221xyab为椭圆柱面.22221yxba为双曲柱面.22ypx为抛物柱面

5、.四、以坐标轴为旋转轴的旋转曲面 若给定Oyz平面上的一条曲线L:( , )0,0.f y zx将L绕z轴旋转一周所形成的曲面称为旋转曲面,称z轴为旋转轴. 当曲线L绕z轴旋转时,点M0也绕z轴旋转到点M,这时z=z0保持不变,且点M到z轴距离恒等于|y0|.于是点M的坐标满足2200, |.zzxyy由于M0(0,y0,z0)在L上,因而00(,)0.f y z可得点M的坐标应满足的方程为22(, )0.fxyz为曲线 绕z轴旋转一周所得的旋转曲面方程.( , )0,0.f y zx 同理,曲线 绕y轴旋转一周所得的旋转曲面方程为( , )0,0.f y zx22( ,)0.f yzx例3 求Oyz平面上的