空间解析几何课件 2

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y yΒιβλιοθήκη 在平面 x＝0 或 y＝0 上的截痕为过原点的两直线 .
可以证明, 椭圆①上任一点与原点的连线均在曲面上.
(椭圆锥面也可由圆锥面经 x 或 y 方向的伸缩变换 得到。)
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内容小结
1. 空间曲面 • 旋转曲面 三元方程 F ( x , y , z ) 0
( x 2) ( y 1) ( z 4) 化简得 2 x 6 y 2 z 7 0
说明: 动点轨迹为线段 AB 的垂直平分面.
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.
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定义1. 如果曲面 S 与方程 F( x, y, z ) = 0 有下述关系:
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思考与练习
1. 指出下列方程的图形:
方 程
x5
x y 9
y x 1
2 2
平面解析几何中
空间解析几何中
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 斜率为1的直线 以 z 轴为中心轴的 圆柱面 平行于 z 轴的平面
(1) 曲面 S 上的任意点的坐标都满足此方程; (2) 不在曲面 S 上的点的坐标不满足此方程,
则 F( x, y, z ) = 0 叫做曲面 S 的方程,
曲面 S 叫做方程 F( x, y, z ) = 0 的图形.
F ( x, y , z ) 0
z
S
o
两个基本问题 :
(1) 已知一曲面作为点的几何轨迹时, 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 ).
准线 xoy 面上的曲线 l1.
x
l1
zl 2
y
方程 G ( y, z ) 0 表示柱面,
母线 平行于 x 轴; 准线 yoz 面上的曲线 l2.
x
z
l3
方程 H ( z , x) 0 表示 柱面,
母线 平行于 y 轴;
准线 xoz 面上的曲线 l3.
x
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y
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三、二次曲面
2 2 2
z
x
y
z
0
(实轴平行于z 轴; 虚轴平行于x 轴）
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x
y
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(2) 双叶双曲面
z
x2 y2 z 2 2 2 1 ( a, b, c 为正数 ) 2 a b c 平面 y y1 上的截痕为 双曲线
平面 x x1 上的截痕为 双曲线
平面 z z1 ( z1 c)上的截痕为 椭圆
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三、柱面
引例. 分析方程
z
M
表示怎样的曲面 .
解:在 xoy 面上，
o C 表示圆C, M
在圆C上任取一点 M 1 ( x, y,0) , 过此点作 x 平行 z 轴的直线 l , 对任意 z , 点 M ( x, y, z ) 的坐标也满足方程 x 2 y 2 R 2
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1. 椭球面
x y z 2 2 1 ( a, b, c 为正数 ) 2 a b c
(1)范围：
2
2
2
x a,
y b,
z c
y2 z2 1 , b2 c2 x0 x2 z 2 1 a 2 c 2 y0
y1 x z 2 1 2 2 a c b y y1
2 2 2
(实轴平行于x 轴； 虚轴平行于z 轴）
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2) y1 b 时, 截痕为相交直线: x z 0 a c y b (或 b) 3) y1 b时, 截痕为双曲线:
y1 x z 2 1 2 2 a c b y y1
注意单叶双曲面与双叶双曲面的区别:
o x
y
x2 a2

y2 b2

z2 c2

1 单叶双曲面 1 双叶双曲面
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4. 椭圆锥面
z
z
x2 y2 2 z ( a, b 为正数 ) 2 2 a b 在平面 z t 上的截痕为 椭圆 x2 y2 1, z t ① 2 2 (at ) (bt )
三、柱面 四、二次曲面
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一、曲面方程的概念
引例: 求到两定点A(1,2,3) 和B(2,-1,4)等距离的点的 轨迹方程. 解:设轨迹上的动点为 M ( x, y, z ) , 则 AM BM , 即
( x 1) ( y 2) ( z 3)
2
2
2 2 2 2
1
y
l
沿曲线C平行于 z 轴的一切直线所形成的曲面称为圆
柱面. 其上所有点的坐标都满足此方程, 故在空间
x 2 y 2 R 2 表示圆柱面
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定义3. 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. C 叫做准线, l 叫做母线.

表示抛物柱面,
母线平行于 z 轴; 准线为xoy 面上的抛物线.
z
o x
z
C
x y 2 2 1表示母线平行于 a b
x y 0 表示母线平行于 z 轴的平面. (且 z 轴在平面上)
2
2
y
z
z 轴的椭圆柱面.
o
y
o x
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y
x
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一般地,在三维空间
z
y
方程 F ( x, y ) 0 表示 柱面, 母线 平行于 z 轴;
第七章
多元函数微分学
第一部分 空间解析几何简介
在三维空间中: 空间形式 — 点, 线, 面
一、空间直角坐标系
1. 空间直角坐标系的基本概念 过空间一定点 o , 由三条互相垂直的数轴按右手规则 组成一个空间直角坐标系.
z
z 轴(竖轴)
• 坐标原点
Ⅲ Ⅳ
Ⅱ
• 坐标轴 • 坐标面
yoz 面
o xoy面
Ⅰ
• 卦限(八个) Ⅶ
y
y轴(纵轴)
Ⅵ
x轴(横轴)
x
Ⅷ
Ⅴ
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在直角坐标系下
向径 r 有序数组 ( x, y , z ) 点 M (称为点 M 的坐标) 特殊点的坐标 :
原点 O(0,0,0) ; 坐标轴上的点 P, Q , R ; 坐标面上的点 A , B , C
2

y
b c2
2
2 2
z
(c z1 )
2
1
z z1
同样 y y1 ( y1 b ) 及 也为椭圆. (4) 当 a＝b 时为旋转椭球面; 当a＝b＝c 时为球面.
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的截痕
2. 抛物面
(1) 椭圆抛物面
z
x2 y 2 2 z 2 a b
x
(2) 双曲抛物面（鞍形曲面）
R (0,0, z )
1 1
1 1
z
B (0, y , z )
C ( x , o, z )
o
r
M
Q (0, y ,0)
y
x P ( x,0,0)
A( x, y,0)
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z
坐标轴 :
o
y
x
坐标面 :
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二、空间曲面及其方程
第七章
一、曲面方程的概念
三元二次方程
Ax 2 By 2 Cz 2 Dxy Eyx Fzx Gx Hy Iz J 0
(二次项系数不全为 0 ) 的图形通常为二次曲面. 其基本类型有: 椭球面、抛物面、双曲面、锥面 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
x2 y2 z 2 R2
表示上(下)球面 .
M0
o
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M
y
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x
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例2. 研究方程
的曲面. 解: 配方得 此方程表示: 球心为 M 0 (1, 2, 0 ) , 半径为 5 的球面. 说明: 如下形式的三元二次方程 ( A≠ 0 )
表示怎样
都可通过配方研究它的图形.
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2
2
2. 二次曲面
• 椭球面 • 抛物面:
三元二次方程
椭圆抛物面 x2 y 2 2 z 2 a b
2
双曲抛物面
• 双曲面: 单叶双曲面 x2 y2 2 1 2 a b • 椭圆锥面:
双叶双曲面
x y 2 2 a b
2
1
x2 a2

y2 b2
z2
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(2)与坐标面的交线：椭圆
x2 y2 1, 2 2 a b z0
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x y z 2 2 1 ( a, b, c 为正数) 2 a b c
(3) 截痕:与 z z1 ( z1 c )的交线为椭圆：
2
2
2
x
a c2
2
2 2
(c z1 )
x2 y 2 2 2 z a b
y
z
x
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3. 双曲面 (1)单叶双曲面
z
x2 y2 z 2 2 2 1 ( a, b, c 为正数 ) 2 a b c 平面 z z1 上的截痕为 椭圆.
平面 y y1上的截痕情况:
x
y
1) y1 b 时, 截痕为双曲线:
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x
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例1. 求动点到定点
方程.
距离为 R 的轨迹
依题意
解: 设轨迹上动点为
即 故所求方程为
( x x0 ) 2 ( y y 0 ) 2 ( z z 0 ) 2 R
特别,当M0在原点时,球面方程为
( x x0 ) 2 ( y y0 ) 2 ( z z0 ) 2 R 2 z
2 2 2 2 • 球面 ( x x0 ) ( y y0 ) ( z z0 ) R
f ( y, z ) 0 绕 z 轴的旋转曲面: 如, 曲线 x0
f ( x y , z ) 0
• 柱面 如,曲面F ( x , y ) 0 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 .