电磁学教学课件

1、,四、平面的夹角,第三节,一、曲面方程与空间曲线的概念,二、平面的点法式方程,三、平面的一般方程,平面及其方程,第八章,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:,显然在此平面上的点的坐标都满足此方程,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.,定义1.,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,曲面 S 叫做方程 F( x, y

2、, z ) = 0 的图形.,(2) 不在曲面 S 上的点的坐标不满足此方程,空间曲线可视为两曲面的交线,其一般方程为方程组,二、平面的点法式方程,设一平面通过已知点,且垂直于非零向,称式为平面的点法式方程,求该平面的方程.,法向量.,量,则有,故,例1.求过三点,即,解: 取该平面 的法向量为,的平面 的方程.,利用点法式得平面 的方程,此平面的三点式方程也可写成,一般情况 :,过三点,的平面方程为,说明:,特别,当平面与三坐标轴的交点分别为,此式称为平面的截距式方程.,时,平面方程为,分析: 利用三点式,按第一行展开得,即,三、平面的一般方程,设有三元一次方程,以上两式相减 , 得平面的点

3、法式方程,此方程称为平面的一般,任取一组满足上述方程的数,则,显然方程与此点法式方程等价,的平面,因此方程的图形是,法向量为,方程.,例2. 求通过 x 轴和点( 4, 3, 1) 的平面方程.,例3.用平面的一般式方程导出平面的截距式方程.,解:,因平面通过 x 轴 ,设所求平面方程为,代入已知点,得,化简,得所求平面方程,(P27例4 , 自己练习),四、两平面的夹角,设平面1的法向量为,平面2的法向量为,则两平面夹角 的余弦为,即,两平面法向量的夹角(常指锐角)称为两平面的夹角.,特别有下列结论：,对应坐标成比例,因此有,例4. 一平面通过两点,垂直于平面: x + y + z = 0,

4、 求其方程 .,解: 设所求平面的法向量为,即,的法向量,约去C , 得,即,和,则所求平面,故,方程为,且,外一点, 求,例5. 设,解:设平面法向量为,在平面上取一点,是平面,到平面的距离d ., 则P0 到平面的距离为,(点到平面的距离公式),内容小结,1.平面基本方程:,一般式,点法式,截距式,三点式,2.平面与平面之间的关系,平面,平面,垂直:,平行:,夹角公式:,第六节,作业 P29 2 , 6 , 9,第四节,一、空间直线的方程,二、线面间的位置关系,空间直线及其方程,第八章,一、空间直线方程,因此其一般式方程,1. 一般式方程,直线可视为两平面交线，,2. 对称式方程,故有,说

5、明: 某些分母为零时, 其分子也理解为零.,设直线上的动点为,则,此式称为直线的对称式方程(也称为点向式方程),直线方程为,已知直线上一点,例如, 当,和它的方向向量,(两向量平行对应坐标成比例),解：由对称式方程得,故直线方程为,3. 参数式方程,设,得参数式方程 :,例1.用对称式及参数式表示直线,解:先在直线上找一点.,再求直线的方向向量,令 x = 1, 解方程组,得,交已知直线的两平面的法向量为,是直线上一点 .,由,得,故所给直线的对称式方程为,参数式方程为,解题思路:,先找直线上一点;,再找直线的方向向量.,二、线面间的位置关系,1. 两直线的夹角,则两直线夹角 满足,设直线 L

6、1, L2 的方向向量分别为,两直线的夹角指其方向向量间的夹角(通常取锐角),特别有:,例2. 求以下两直线的夹角,解: 直线L1的方向向量为,直线L2的方向向量为,二直线夹角 的余弦为,从而,当直线与平面垂直时,规定其夹角为,线所夹锐角 称为直线与平面间的夹角;,2. 直线与平面的夹角,当直线与平面不垂直时,设直线 L 的方向向量为,平面 的法向量为,则直线与平面夹角 满足,直线和它在平面上的投影直,特别有:,解: 取已知平面的法向量,则直线的对称式方程为,直的直线方程.,为所求直线的方向向量.,垂,例3. 求过点(1,2 , 4) 且与平面,过直线的平面束,确定, 过直线 L 的平面束定义

7、为,设 直线 L 由方程组,平面束的法向量是过直线的两平面的法向量的线性组合,例7 (page35),1. 空间直线方程,一般式,对称式,参数式,内容小结,直线,2. 线与线的关系,直线,夹角公式:,平面 :,L,L / ,夹角公式：,3. 面与线间的关系,直线 L :,作业 P36 1，8，15,习题课,四、二次曲面,第五节,一、曲面方程的概念,二、旋转曲面,三、柱面,曲面及其方程,第八章,定义1.,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,曲面 S 叫做方

8、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,故所求方程为,例1. 求动点到定点,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2. 研究方程,解: 配方得,可见此方程表示一个球面,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.,其图形可能是,的曲面.,表示怎样,半径为,球心为,一个球面, 或点, 或虚轨迹.,定义2. 一条平面曲

9、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,曲面的旋转轴 .,例 :,该平面曲线称为旋转,曲面的母线 .,建立yOz面上曲线C 绕 z 轴旋转所成曲面的方程:,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,思考：当曲线 C 绕 y 轴旋转时，方程如何？,圆锥面：设直线 L 与直线 N 相交 于 A,直线 L 绕 直线 N 旋转时所得的旋转体称为圆锥面,O 称为顶点, 两直线夹角称为半顶角,例3. 试建立顶点在原点, 旋转轴为z 轴, 半顶角为,的圆锥面方程.,解: 在yOz面上直线L 的方程为

10、,绕z 轴旋转时,圆锥面的方程为,两边平方,例4. 求坐标面 xOz 上的双曲线,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,单叶双曲面,双叶双曲面,三、柱面,引例. 分析方程,表示怎样的曲面 .,的坐标也满足方程,解:在 xOy 面上，,表示圆C,平行于 z 轴的一直线沿圆周C移动所形成的曲面称为圆,故在空间,过此点作,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,定义3.,平行定直线并沿定曲线 C 移动的直线 l 形成

11、,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.,一般地,在三维空间,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.,母线,柱面,准线 xOy 面上的曲线 l1.,母线,准线 yOz 面上的曲线 l2.,母线,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

12、、双曲面、锥面,的图形统称为二次曲面.,(二次项系数不全为 0 ),1. 椭球面,(1)范围：,(2)与坐标面的交线：椭圆,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),2. 抛物面,(1) 椭圆抛物面,( p , q 同号),(2) 双曲抛物面（鞍形曲面）,( p , q 同号),特别,当 p = q 时为绕 z 轴的旋转抛物面.,3. 双曲面,(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:,虚轴平行于x 轴）,时, 截痕为,时, 截痕为,

13、(实轴平行于z 轴;,相交直线:,双曲线:,(2) 双叶双曲面,双曲线,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,双叶双曲面,P18,图形,4. 椭圆锥面,椭圆,在平面 x0 或 y0 上的截痕为过原点的两直线 .,可以证明, 椭圆上任一点与原点的连线均在曲面上.,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 .,2. 二次曲面,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:,作业,P45 1

14、0, 11(草稿纸上完成),第四节,第八章,一、空间曲线的一般方程,二、空间曲线的参数方程,三、空间曲线在坐标面上的投影,第四节,空间曲线及其方程,一、空间曲线的一般方程,空间曲线可视为两曲面的交线,其一般方程为方程组,例如,方程组,表示圆柱面与平面的交线 C.,又如,方程组,表示上半球面与圆柱面的交线C.,二、空间曲线的参数方程,将空间曲线C上的动点坐标 x, y, z表示成参数 t 的函数:,称方程组（2）为空间曲线 C 参数方程.,的变动便可得曲线C上的全部点。,(2),上升高度, 称为螺距 .,解得方程为：,例2. 将下列曲线化为参数方程表示:,解: (1),根据第一方程引入参数 ,(2) 将第二方程变形为,故所求为,得所求为,三角函数,曲面参数方程：含两个参数,椭球面：,球面：,三、空间曲线在坐标面上的投影,设空间曲线C的一般方程为,消去 z 得柱面方程,投影曲线方程,它是以 C 为准线, 平行于 z 轴的直线为母线的柱面.,称这个柱面为C关于