高等数学-第八章空间解析几何ppt

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同济版高等数学第六版课件第八章第五节曲面及其方程

定义
三、柱面
观察柱面的形成过程:
平行于定直线并沿定曲线移动的直线所形成的曲面称为柱面.
这条定曲线叫柱面的准线动直线 L 叫柱面的母线.
定义
三、柱面
观察柱面的形成过程:
平行于定直线并沿定曲线移动的直线所形成的曲面称为柱面.
这条定曲线叫柱面的准线动直线 L 叫柱面的母线.
这条定直线叫旋转曲面的轴．
二、旋转曲面
定义
以一条平面曲线绕其平面上的一条直线旋转一周所成的曲面称为旋转曲面.
这条定直线叫旋转曲面的轴．
二、旋转曲面
定义
以一条平面曲线绕其平面上的一条直线旋转一周所成的曲面称为旋转曲面.
这条定直线叫旋转曲面的轴．
二、旋转曲面
定义
以一条平面曲线绕其平面上的一条直线旋转一周所成的曲面称为旋转曲面.
定义
三、柱面
观察柱面的形成过程:
平行于定直线并沿定曲线移动的直线所形成的曲面称为柱面.
这条定曲线叫柱面的准线动直线 L 叫柱面的母线.
定义
三、柱面
观察柱面的形成过程:
平行于定直线并沿定曲线移动的直线所形成的曲面称为柱面.
这条定曲线叫柱面的准线动直线 L 叫柱面的母线.
水桶的表面、台灯的罩子面等．
曲面在空间解析几何中被看成是点的几何轨迹．
曲面的实例：
一、曲面方程的概念
曲面方程的定义：
以下给出几例常见的曲面.
解
根据题意有
所求方程为
特殊地：球心在原点时方程为
解
根据题意有
所求方程为
根据题意有
解
化简得所求方程
例4 方程的图形是怎的？
这条定直线叫旋转曲面的轴．

高数下第八章空间解析几何.PDF

a = ( ax , ay , az )
平行向量对应坐标成比例
当 a 0 时,
bx = by = bz ax ay az
bx = ax by = ay bz = az
例1 已知两点在AB直线上求一点M ，使
及实数 −1，
A
解设 M 的坐标为
如图所示
M
B
AM = MB OM − OA = ( OB − OM )
第八章空间解析几何与向量代数
第一讲向量及其线性运算
回顾
基本概念向量的定义、向量的模、单位向量、零向量、负向量、向量之间的关系：向量平行、向量相等、向量共面、向量的线性运算与坐标表示：平面向量的线性运算、平面向量的坐标表示、平面向量平行的坐标表示等
一、空间直角坐标系
过空间一个定点 O，作三条互相垂直的数轴，这样的三条坐标轴就组成了空间直角坐标系.
C(x, Байду номын сангаас, z)
oo
x P(x, 0, 0)
M y
Q(0, y, 0) A(x, y, 0)
z
o
x
坐标面
坐标轴
y
视频2
二、向量的坐标表示
在空间直角坐标系下，任意向量 r 可用向径 OM 表示.
以 i , j , k 分别表示 x , y , z 轴上的单位向量，设点 M 的坐标为
M (x , y , z) , 则 OM = ON + NM = OA + OB + OC
及
解设该点为 M (0, 0, z),
因为 M A = M B ,
(−4)2 +12 +(7 − z)2 = 32 +52 +(−2 − z)2 解得故所求点为 M (0, 0,14 ) . 9

同济大学(高等数学)_第八章_向量代数与解析几何

第五篇向量代数与空间解析几何第八章向量代数与空间解析几何解析几何的基本思想是用代数的方法来研究几何的问题，为了把代数运算引入几何中来，最根本的做法就是设法把空间的几何结构有系统的代数化，数量化. 平面解析几何使一元函数微积分有了直观的几何意义，所以为了更好的学习多元函数微积分，空间解析几何的知识就有着非常重要的地位.本章首先给出空间直角坐标系，然后介绍向量的基础知识，以向量为工具讨论空间的平面和直线，最后介绍空间曲面和空间曲线的部分内容.第1节空间直角坐标系空间直角坐标系用代数的方法来研究几何的问题，我们需要建立空间的点与有序数组之间的联系，为此我们通过引进空间直角坐标系来实现.空间直角坐标系过定点O ，作三条互相垂直的数轴，这三条数轴分别叫做x 轴(横轴）、y 轴(纵轴)、z 轴(竖轴)，它们都以O 为原点且具有相同的长度单位. 通常把x 轴和y 轴配置在水平面上，而z 轴则是铅垂线；它们的正方向要符合右手规则：右手握住z 轴，当右手的四指从x 轴的正向转过2角度指向y 轴正向时，大拇指的指向就是z 轴的正向，这样就建立了一个空间直角坐标系（图8-1），称为Oxyz 直角坐标系，点O 叫做坐标原点.图8-1在Oxyz 直角坐标系下，数轴Ox ,Oy ,Oz 统称为坐标轴，三条坐标轴中每两条可以确定一个平面，称为坐标面，分别为xOy ，yOz ，zOx ，三个坐标平面将空间分为八个部分，每一部分叫做一个卦限（图8-2），分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ表示.yxzO图8-2空间点的直角坐标设M 为空间中的任一点，过点M 分别作垂直于三个坐标轴的三个平面，与x 轴、y 轴和z 轴依次交于A 、B 、C 三点，若这三点在x 轴、y 轴、z 轴上的坐标分别为x ，y ，z ，于是点M 就唯一确定了一个有序数组(, , )x y z ，则称该数组(, , )x y z 为点M 在空间直角坐标系Oxyz 中的坐标，如图8-3．x ，y ，z 分别称为点M 的横坐标、纵坐标和竖坐标．图8-3反之，若任意给定一个有序数组(, , )x y z ，在x 轴、y 轴、z 轴上分别取坐标为x ，y ，z 的三个点A 、B 、C ，过这三个点分别作垂直于三个坐标轴的平面，这三个平面只有一个交点M ，该点就是以有序数组(, , )x y z 为坐标的点，因此空间中的点M 就与有序数组(, , )x y z 之间建立了一一对应的关系．注：A 、B 、C 这三点正好是过M 点作三个坐标轴的垂线的垂足．空间中两点之间的距离设两点111(, , )M x y z ，222(, , )N x y z ，则M 与N 之间的距离为yxz OyxzA B C (,,)M x y zg212212212)()()(z z y y x x d -+-+-= （8-1-1）事实上，过点M 和N 作垂直于xOy 平面的直线，分别交xOy 平面于点1M 和1N ，则1MM ∥1NN ，显然，点1M 的坐标为11(, , 0)x y ，点1N 的坐标为22(, , 0)x y （如图8-4）．图8-4由平面解析几何的两点间距离公式知，1M 和1N 的距离为：21221211)()(||y y x x N M -+-=．过点M 作平行于xOy 平面的平面，交直线1NN 于2N ，则11M N ∥2MN ，因此2N 的坐标为221(, , )x y z ，且212212112)()(||||y y x x N M MN -+-==，在直角三角形N MN 2中，||||122z z N N -=，所以点M 与N 间的距离为2122122122222)()()(||||z z y y x x N N MN d -+-+-=+=．例1 设(1, 2, 0)A -与(1, 0, 2)B --为空间两点，求A 与B 两点间的距离．解由公式（8-1-1）可得，A 与B 两点间的距离为d ==例2 在z 轴上求与点(3, 5, 2)A -和(4, 1, 5)B -等距的点M ．解由于所求的点M 在z 轴上，因而M 点的坐标可设为(0, 0, )z ，又由于MA MB =，由公式（8-1-1），得222222)5(1)4()2(53z z -++-=--++．从而解得72=z，即所求的点为2(0, 0, )7M ．习题8-11．讨论空间直角坐标系的八个卦限中的点的坐标的符号． 2．在坐标轴上的点和在坐标平面上的点的坐标各有何特点 3．在空间直角坐标系中，画出下列各点：(2, 0, 0)A ；(0, 3, 0)B -；(3, 0, 1)C ；(3, 2, 1)D -． 4．求点(1, 2, 3)-关于各坐标平面对称的点的坐标． 5．求点(1, 2, 3)关于各坐标轴对称的点的坐标． 6．求下列各对点间的距离： (1) (0, 1, 3)A -与(2, 1, 4)B ； (2) (1, 4, 2)C -与D(2, 7, 3)．7．在坐标平面yOz 上求与三点(3, 1, 2)A 、(4, 2, 2)B --和(0, 5, 1)C 等距的点．8．求点(12, 3, 4)A -与原点、各坐标平面和各坐标轴的距离． 9. 证明以()()()A 4,3,1,B 7,1,2,C 5,2,3为顶点的三角形△ABC 是一等腰三角形.第2节空间向量的代数运算空间向量的概念在日常生活中，我们经常会遇到一些量，如质量、时间、面积、温度等，它们在取定一个度量单位后，就可以用一个数来表示．这种只有大小没有方向的量，叫做数量（或标量）．但有一些量，如力、位移、速度、电场强度等，仅仅用一个实数是无法将它们确切表示出来，因为它们不仅有大小，而且还有方向，这种既有大小又有方向的量，叫做向量（或矢量）．在数学上，我们用有向线段AB u u u r来表示向量，A 称为向量的起点，B 称为向量的终点，有向线段的长度就表示向量的大小，有向线段的方向就表示向量的方向．通常在印刷时用黑体小写字母a ，b ，c ，…来表示向量，手写时用带箭头的小写字母, ,,a b c r r rL 来记向量.向量的长度称为向量的模，记作a 或AB u u u r，模为1的向量叫做单位向量，模为0的向量叫做零向量，记作0，规定：零向量的方向可以是任意的．本章我们讨论的是自由向量，即只考虑向量的大小和方向，而不考虑向量的起点，因此，我们把大小相等，方向相同的向量叫做相等向量，记作a=b .规定：所有的零向量都相等.与向量a 大小相等，方向相反的向量叫做a 的负向量(或反向量)，记作 a ．平行于同一直线的一组向量称为平行向量（或共线向量）．平行于同一平面的一组向量，叫做共面向量，零向量与任何共面的向量组共面.向量的线性运算向量的加法我们在物理学中知道力与位移都是向量，求两个力的合力用的是平行四边形法则，我们可以类似地定义两个向量的加法．定义1 对向量a ，b ，从同一起点A 作有向线段AB u u u r 、AD u u u r 分别表示a 与b ，然后以AB u u u r 、ADu u u r 为邻边作平行四边形ABCD ，则我们把从起点A 到顶点C 的向量AC u u u r称为向量a 与b 的和（图8-5），记作a +b ．这种求和方法称为平行四边形法则．图8-5 图8-6若将向量b 平移，使其起点与向量a 的终点重合，则以a 的起点为起点，b 的终点为终点的向量c 就是a 与b 的和(图8-6），该法则称为三角形法则．多个向量，如a 、b 、c 、d 首尾相接，则从第一个向量的起点到最后一个向量的终点的向量就是它们的和a +b +c +d （图8-7）．abAD abc =a +b图8-7对于任意向量a ，b ，c ，满足以下运算法则： (1) a +b =b +a (交换律)．(2) ()()a +b +c =a +b +c (结合律)． (3) 0a +=a ．向量的减法定义2 向量a 与b 的负向量-b 的和，称为向量a 与b 的差，即()--a b =a +b ．特别地，当b =a 时，有()-0a +a =.由向量减法的定义，我们从同一起点O 作有向线段OA u u u r ，OB u u u r分别表示a ，b ，则()OA OB OA OB --=+-u u u r u u u r u u u r u u u ra b =OA BO BA =+=u u u r u u u r u u u r ．也就是说，若向量a 与b 的起点放在一起，则a ，b 的差向量就是以b 的终点为起点，以a 的终点为终点的向量（图8-8）．图8-8数乘向量定义3 实数λ与向量a 的乘积是一个向量，记作λa ，λa 的模是λa，方向：当0λ>时，λa 与a 同向；当0λ<时，λa 与a 反向；当0λ=时，λ0a =．对于任意向量a ，b 以及任意实数λ，μ，有运算法则： (1) ()()λμλμa =a ．abcda +b +c +daabb-a b BAC(2) ()+λμλμ+a =a a ．(3)()+λλλ+a b =a b ．向量的加法、减法及数乘向量运算统称为向量的线性运算，λμa +b 称为a ，b 的一个线性组合(, )R λμ∈．特别地，与❒a 同方向的单位向量叫做❒a 的单位向量，记做ae ，即aa e a ρρρ=.上式表明：一个非零向量除以它的模的结果是一个与原向量同方向的单位向量.例1 如图8-9，在平行六面体///ABCD B C D /—A 中，设/=AA u u u u r ,a AD =u u u r b AB =u u u r c ,试用,,a b c 来表示对角线向量//,.AC A C u u u u r u u u u raC'B'A'D'DC图8-9解 ''AC AB BC CC =++u u u u r u u u u r u u u r u u u r 'AB BC AA =++u u u r u u u r u u u r a b c =++；'''AC A A AB BC AA AB AD =++=-++u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r a b c =++.由于向量λa 与a 平行，所以我们通常用数与向量的乘积来说明两个向量的平行关系.即有, 定理1 向量a 与非零向量b 平行的充分必要条件是存在一个实数λ，使得λa =b .向量的坐标表示向量在坐标轴上的投影设A 为空间中一点，过点A 作轴u 的垂线，垂足为'A ，则'A 称为点A 在轴u 上的投影(图8-10)．图8-10若M 为空间直角坐标系中的一点，则M 在x 轴、y 轴、z 轴上的投影为A 、B 、C ，如图8-11所示．图8-11设向量AB u u u r的始点与终点B 在轴u 的投影分别为A '、B '，那么轴u 上的有向线段uuuu r A B ''的值A B ''叫做向量AB u u u r 在轴u 上的投影，记作u u u ru prj AB A B ''=，轴u 称为投影轴.图8-12当uuuu rA B ''与轴u 同向时，投影取正号，当A B ''u u u u r 与轴u 反向时，投影取负号．注 (1) 向量在轴上投影是标量．设MN u u u u r为空间直角坐标系中的一个向量，点M 的坐标为111(, , )x y z ，点N 的坐标为222(, , )x y z ，显然，向量MN u u u u r在三个坐标轴上的投影分别为12x x -，12y y -，12z z -．向量的坐标表示取空间直角坐标系Oxyz ，在x 轴、y 轴、z 轴上各取一个与坐标轴同向的单位向量，依次记作, , i j k ，它们称为坐标向量．空间中任一向量a ，它都可以唯一地表示为, , i j k 数乘之和．事实上，设MN u u u u ra =，过M 、N 作坐标轴的投影，如图8-13所示．MN =MA+AP +PN =MA+MB +MC u u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u u r a =．由于MA u u u r 与i 平行，MB u u u r与j 平行，MC u u u u r 与k 平行，所以，存在唯一的实数, , x y z ，使得MA x =u u u r i ，MB y =u u u rj ，MC z =u u u u r k ，yxzOA B CM即x y z a =i +j +k ． (8-2-1)图 8-13我们把(8-2-1)式中, , i j k 系数组成的有序数组(, , )x y z 叫做向量a 的直角坐标，记为{, , }x y z a =，向量的坐标确定了，向量也就确定了．显然，(8-2-1)中的, , x y z 是向量a 分别在x 轴、y 轴、z 轴上的投影．因此，在空间直角坐标系中的向量a 的坐标就是该向量在三个坐标轴上的投影组成的有序数组．例2 在空间直角坐标系中设点(3, 1, 5)M -，(2, 3, 1)N -，求向量MN u u u u r 及NM u u u u r的直角坐标．解由于向量的坐标即为向量在坐标轴上的投影组成的有序数组，而向量的各投影即为终点坐标与起点坐标对应分量的差．所以向量MN u u u u r 的坐标为{5, 4, 4}--，向量NM u u u u r的坐标为{5, 4, 4}-．例3(定比分点公式) 设111(,,)A x y z 和222(,,)B x y z 为两已知点，有向线段AB u u u r上的点M 将它分为两条有向线段AM u u u u r 和MB u u u r ，使它们的值的比等于数(1)λλ≠-，即AMMBλ=，求分点(,,)M x y z 的坐标.图8-14解如图8-14，因为AM u u u u r 与MB u u u r 在同一直线上，且同方向，故AM MB λ=⋅u u u u r u u u r，而122{,,}AM x x y y z z =---u u u u r， 222{,,}MB x x y y z z =---u u u r222{(),(),()}MB x x y y z z λλλλ=---u u u r所以 12()x x x x λ-=-，12()y y y y λ-=-，12()z z z z λ-=-解得xy zO MNCBAPi jkRPQM 1M 2xyzγβα121212,,.111x x y y z z x y z λλλλλλ+⋅+⋅+⋅===+++当1 点M 的有向线段→AB 的中点其坐标为221x x x +=221y y y +=221z z z +=向量的模与方向余弦的坐标表示式向量可以用它的模与方向来表示，也可以用它的坐标式来表示，这两种表示法之间的是有联系的.设空间向量12a M M =u u u u u ur r 与三条坐标轴的正向的夹角分别为,,αβγ，规定：0,0,0απβπγπ≤≤≤≤≤≤,称,,αβγ为向量❒a的方向角.图8-15因为向量❒a 的坐标就是向量在坐标轴上的投影，因此12cos cos x a M M a αα=⋅=⋅u u u u u u r r12cos cos y a M M a ββ=⋅=⋅u u u u u u r r(8-2-2)12cos cos z a M M a γγ=⋅=⋅u u u u u u r r公式中出现的cos ,cos ,cos αβγ称为向量❒a 的方向余弦.而{,,}{cos }x y z a a a a a γ==⋅v vcos ,cos ,cos }a a e αβγ=⋅r u u r{cos ,cos ,a e αβ=u u r 同方向的单位向量.而❒a =M M 12u u u u u u r()M R +21，,x M P a M Q ==11故向量a r 的模为从而向量a r222222222cos x z x y zxyzxyza a a aa a aa a aαβγ===++++++ (8-2-4)并且 222coscos cos 1αβγ++=.例4 已知两点1M 和()21,3,0M ,求向量12M M u u u u u u r的模、方向余弦和方向角.解 12(12,32,0(1,1,M M =--=-u u u u u u r2)2(1)1(222=-++-=；11cos ,cos ,cos 222αβγ=-==-；23,,334πππαβγ===. 例5 已知两点(4,0,5)A 和(7,1,3)B ，求与AB u u u r同方向的单位向量e r .解因为{74,10,35}{3,1,2},u u u rAB =---=-所以 AB ==u u u r于是e =r向量的数量积在物理中我们知道，一质点在恒力F 的作用下，由A 点沿直线移到B 点，若力F 与位移向量ABu u u r的夹角为θ，则力F 所作的功为||||cos W F AB θ=⋅⋅u u u r．类似的情况在其他问题中也经常遇到．由此，我们引入两向量的数量积的概念．定义1 设a ，b 为空间中的两个向量，则数cos ,a b a b叫做向量a 与b 的数量积(也称内积或点积)，记作⋅a b ，读作“a 点乘b ”．即cos ,⋅a b =a b a b （8-2-5）其中,a b 表示向量a 与b 的夹角，并且规定0, π≤≤a b ．两向量的数量积是一个数量而不是向量，特别地当两向量中一个为零向量时，就有0⋅a b =.由向量数量积的定义易知： (1) 2⋅a a =a ，因此=a ．(2) 对于两个非零向量a ，b ，a 与b 垂直的充要条件是它们的数量积为零，即⊥a b ⇔0⋅a b =．注数量积在解决有关长度、角度、垂直等度量问题上起着重要作用．数量积的运算满足如下运算性质：对于任意向量a ，b 及任意实数λ，有 (1) 交换律：⋅⋅a b =b a ．(2) 分配律：()⋅⋅⋅a b +c =a b +a c ． (3) 与数乘结合律：()()()λλλ⋅⋅=⋅a b =a b a b ．(4) 0⋅≥a a 当且仅当0a=时，等号成立．例6 对坐标向量i ，j ，k ，求⋅i i ，⋅j j ，⋅k k ，⋅i j ，⋅j k ，⋅k i ．解由坐标向量的特点及向量内积的定义得1⋅⋅⋅i i =j j =k k =， 0⋅⋅⋅i j =j k =k i =．例7 已知2=a ，3=b ，2, 3π=a b ，求a b ⋅，(2)()-+a b a b ⋅，+a b ．解由两向量的数量积定义有2cos , 23cos 3π⋅=⨯⨯a b =a b a b 123()=32=⨯⨯--．(2)()=22-⋅+⋅⋅-⋅-⋅a b a b a a +a b b a b b22=2-⋅-a a b b 222(3)23=11=---⨯-．2()()+=⋅+a b a +b a b =⋅⋅+⋅+⋅a a +a b b a b b222=+⋅+a a b b2222(3)3=7=+⨯-+，因此+=a b在空间直角坐标系下，设向量111{,,}x y z a =，向量222{,,}x y z b =，即111x y z ++a =i j k , 222x y z ++b =i j k ．则111222()()x y z x y z ⋅++⋅++a b =i j k i j k 121212()()+()x x x y x z ⋅+⋅⋅=i i i j i k121212()()+()y x y y y z ⋅+⋅⋅+j i j j j k 121212()()+()z x z y z z ⋅+⋅⋅+k i k j k k ．由于1⋅⋅⋅i i =j j =k k =， 0⋅⋅⋅i j =j k =k i =，所以121212x x y y z z ⋅++a b =． (8-2-6)也就是说，在直角坐标系下，两向量的数量积等于它们对应坐标分量的乘积之和．同样，利用向量的直角坐标也可以求出向量的模、两向量的夹角公式以及两向量垂直的充要条件，即设非零向量111{,,}x y z a =，向量222{,,}x y z b =，则==a (8-2-7)cos ||||⋅=a ba,b a b=(8-2-8)⊥a b ⇔1212120x x y y z z ++=． (8-2-9)例8 在空间直角坐标系中，设三点(5, 4, 1)A -，(3, 2, 1)B ，(2, 5, 0)C -．证明:ABC ∆是直角三角形．证明由题意可知{2, 6, 0}AB =-u u u r ，={3, 1, 1}AC ---u u u r，则(2)(3)6(1)0(1)0AB AC ⋅=-⨯-+⨯-+⨯-=u u u r u u u r，所以AB AC ⊥u u u r u u u r ．即ABC ∆是直角三角形．向量的向量积在物理学中我们知道，要表示一外力对物体的转动所产生的影响，我们用力矩的概念来描述．设一杠杆的一端O 固定，力F 作用于杠杆上的点A 处，F 与OA u u u r的夹角为θ，则杠杆在F 的作用下绕O 点转动，这时，可用力矩M 来描述．力F 对O 的力矩M 是个向量，M 的大小为||||||sin OA OA =u u u r u u u rM F ,F ．M 的方向与OA u u u r 及F 都垂直，且OA u u u r，F ，M 成右手系，如图8-16所示．图8-16 向量积的定义在实际生活中，我们会经常遇到象这样由两个向量所决定的另一个向量，由此，我们引入两向量的向量积的概念．定义2 设a ，b 为空间中的两个向量，若由a ，b 所决定的向量c ，其模为sin , c =a b a b ． (8-2-10)其方向与a ，b 均垂直且a ，b ，c 成右手系（如图8-17），则向量c 叫做向量a 与b 的向量积(也称外积或叉积)．记作⨯a b ，读作“a 叉乘b ”．注 (1) 两向量a 与b 的向量积⨯a b 是一个向量，其模⨯a b 的几何意义是以a ，b 为邻边的平行四边形的面积． (2)⨯0a a =这是因为夹角θ=0，所以⨯0a a = 图8-17 (3)对两个非零向量a 与b ，a 与b 平行(即平行)的充要条件是它们的向量积为零向量．a ∥b ⇔⨯0a b =．向量积的运算满足如下性质：对任意向量a ，b 及任意实数λ，有 (1) 反交换律：⨯-⨯a b =b a ．(2) 分配律: ()⨯⨯⨯a b +c =a b +a c ，()⨯⨯⨯a +b c =a c +b c ．(3) 与数乘的结合律：()()()λλλ⨯⨯⨯a b =a b =a b ．例9 对坐标向量i ，j ，k ，求⨯i i ，⨯j j ，⨯k k ，⨯i j ，⨯j k ，⨯k i ．FMθ解 ⨯⨯⨯0i i =j j =k k =．⨯i j =k ，⨯j k =i ，⨯k i =j ．向量积的直角坐标运算在空间直角坐标系下，设向量111{, , }x y z a =，向量222{, , }x y z b =，即111x y z ++a =i j k ，222x y z ++b =i j k ，因为⨯⨯⨯0i i =j j =k k =．⨯i j =k ，⨯j k =i ，⨯k i =j ， ⨯-j i =k ，⨯-k j =i ，⨯-i k =j ．则111222()()x y z x y z ⨯++⨯++a b =i j k i j k 121212()()+()x x x y x z ⨯+⨯⨯=i i i j i k 121212()()+()y x y y y z ⨯+⨯⨯+j i j j j k 121212()()+()z x z y z z ⨯+⨯⨯+k i k j k k121212121212()()+()()()()x y y x y z z y x z z x -⨯-⨯--⨯=i j j k k i 121212121212()()+()y z z y x z z x x y y x ----=i j k ．为了便于记忆，借助于线性代数中的二阶行列式及三阶行列式有111111222222y z x z x y y z x z x y ⨯-a b =i j +k 111222x y z x y z =ij k ．注设两个非零向量111{, , }x y z a =，222{, , }x y z b =，则a ∥b ⇔⨯0a b =，⇔212121z z y y x x ==．若某个分母为零，则规定相应的分子为零．例10 设向量{1,2,1}--a =，{2,0,1}b =，求⨯a b 的坐标．解21111212101212021----⨯--=-ij k a b =i j +k 234=--i j +k ．因此⨯a b 的直角坐标为{2, 3, 4}--．例11 在空间直角坐标系中，设向量{3, 0, 2}a =，{1, 1, 1}--b =，求同时垂直于向量a 与b 的单位向量．解设向量⨯c =a b ，则c 同时与a ，b 垂直．而32111⨯--ij kc =a b =23=-+i j +k ，所以向量c 的坐标为{2, 1, 3}-．再将c 单位化，得02,1,3}={=-c ，即{与-- 为所求的向量．例12 在空间直角坐标系中，设点(4, 1, 2)A -，(1, 2, 2)B -，(2, 0, 1)C ，求ABC ∆的面积．解由两向量积的模的几何意义知：以AB u u u r 、AC u u u r为邻边的平行四边形的面积为AB AC ⨯u u u r u u u r ，由于{3, 3, 4}AB =--u u u r ，{2, 1, 1}AC =--u u u r，因此33453211AB AC ⨯=--=++--u u u r u u u ri j ki j k ，所以AB AC ⨯==u u u r u u u r故ABC ∆的面积为235=∆ABC S ．向量的混合积定义3 给定空间三个向量,,a b c r r r，如果先作前两个向量a r 与b r 的向量积，再作所得的向量与第三个向量c r 的数量积，最后得到的这个数叫做三向量,,a b c r r r的混合积，记做()a b c ⨯⋅r r r 或abc ⎡⎤⎣⎦r r r . 说明：三个不共面向量,,a b c r r r 的混合积的绝对值等于以,,a b c r r r为棱的平行六面体的体积V .定理如果111a X i Y j Z k =++r r r r ，222b X i Y j Z k =++r r r r ，333c X i Y j Z k =++r r r r，那么 111222333.X Y Z abc X Y Z X Y Z ⎡⎤=⎣⎦r r r 习题8-21.,,,,,().ABCD AB AD AC DB MA M ==u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r设为一平行四边形试用表示为平行四边形对角线的交点a b.a b12.,().2M AB O OM OA OB =+u u u r u u u u r u u u r u u u r设为线段的中点,为空间中的任意一点证明2223.?(1)()();(2)();(3)()().==⨯=⨯g g g g g g 对于任意三个向量与判断下列各式是否成立a,b c,a b c b c a a b a b a b c c a b4.:(1);(2)(3).利用向量证明三角形的余弦定理正弦定理；勾股定理5.设,,a b c r r r为单位向量,且满足0a b c ++=r r r r ,求.a b b c c a ++r r r r r r gg g 6.1(3,2,2),(1,3,2),(8,6,2),322ab c a b + c.求=-==--7.已知三点(3,0,2),A B AB ==u u u r求的坐标、模、方向余弦和方向角.8.一向量的终点在点B(2,-1,7),它在x 轴、y 轴和z 轴上的投影依次为4，-4和7.求这向量的起点A 的坐标.9．设2=a ，4=b ，3πa,b =，求⋅a b ，(2)-⋅a b b ，-a b ． 10．设向量a ，b ，c 两两垂直，且1=a ，2=b ，3=c ，求向量d =a +b +c 的模及d,a ．11．在空间直角坐标系中，已知{1,2,3}-a = ，{2,2,1}-b = ，求： (1)⋅a b ； (2) 25⋅a b ； (3) a ； (4) cos a,b ．12.已知向量2332和,,a i j k b i j k c i j =-+=-+=-，计算（1）g g ()();a b c a c b -（2）()();a b b c +⨯+（3）()a b c ⨯g .13．设向量a ，b 的直角坐标分别为{1, 3, 2}--和{2, 4, }k -，若a b ⊥，求k 的值． 14．设向量{2, 1, 1}-a =，{1, 3, 0}-b =，求以、a b 为邻边构造的平行四边形面积． 15．求同时垂直于向量{3, 2, 4}-a =和纵轴的单位向量．16．已知三角形三个顶点(4, 1, 2)A -，(3, 0, 1)B -，(5, 1, 2)C ，求ABC ∆的面积．第3节空间中的平面与直线方程在本节我们以向量为工具，在空间直角坐标系中讨论最简单的曲面和曲线——平面和直线.平面及其方程首先利用向量的概念，在空间直角坐标系中建立平面的方程，下面我们将给出几种由不同条件所确定的平面的方程．平面的点法式方程若一个非零向量n 垂直于平面π，则称向量n 为平面π的一个法向量．显然，若n 是平面π的一个法向量，则λn (λ为任意非零实数)都是π的法向量，即平面上的任一向量均与该平面的法向量垂直．由立体几何知识知道，过一个定点0000(, , )M x y z 且垂直于一个非零向量{, , }A B C n =有且只有一个平面π．设(, , )M x y z 为平面π上的任一点，由于π⊥n ，因此0M M ⊥u u u u u u rn ．由两向量垂直的充要条件，得00M M =⋅u u u u u u rn ,而0000{, , }M M x x y y z z =---u u u u u u r，{, , }A B C n =，所以可得0)()()(000=-+-+-z z C y y B x x A ． (8-3-1)由于平面π上任意一点(, , )M x y z 都满足方程(8-3-1)，而不在平面π上的点都不满足方程(8-3-1)，因此方程(8-3-1)就是平面π的方程．由于方程(8-3-1)是给定点0000(, , )M x y z 和法向量{, , }A B C n =所确定的，因而称式(8-3-1)叫做平面π的点法式方程．图8-18例1 求通过点0(1, 2, 4)M -且垂直于向量{3, 2, 1}-n =的平面方程．解由于{3, 2, 1}-n =为所求平面的一个法向量，平面又过点0(1, 2, 4)M -，所以，由平面的点法式方程(6-14)可得所求平面的方程为3(1)2(2)1(4)=0x y z --⋅++⋅-，整理，得32110x y z -+-=．例2 求过三点()12,1,4M -，()2M 1,3,2--，()3M 0,2,3 的平面π的方程．解所求平面π的法向量必定同时垂直于12u u u u u u r M M 与13u u u u u u r M M ．因此可取12u u u u u u r M M 与13u u u u u u rM M 的向量积1213u u u u u u r u u u u u u rM M M M ⨯为该平面的一个法向量n ．即 1213n =u u u u u u r u u u u u u r M M M M ⨯．由于12{3, 4, 6}u u u u u u r M M =--，13{2, 3, 1}u u u u u u rM M =--，因此1213-631i jkn =u u u u u u r u u u u u u rM M M M =342⨯---149i j k,=+-,因此所求平面π的方程为0419214=--++-)()()(z y x ，化简得.015914=--+z y x一般地，过三点(,,)(1,2,3)k k k k M x y z k =的平面方程为1112121213131310x x y y z z x x y y z z x x y y z z ------=--- 称为平面的三点式方程。

高等数学下册同济第七版

链式法则
复合函数的求导法则，即一个复合函数的导数等于其内部函数的导数乘以外部函数的导数。
乘法法则
复合函数的求导法则，即两个函数的乘积的导数等于第一个函数的导数乘以第二个函数加上第二个函数的导数乘以第一个函数。
隐函数的求导公式
隐函数
一个方程可以确定一个函数，这样的函数称为隐函数。
VS
隐函数的求导公式
曲面及其方程
曲面的概念
曲面是一维图形在三维空间中的表现形式，它由多个点组成，每个点都对应于空间中的一个位置。
曲面方程
曲面方程是描述曲面形状和大小的数学表达式。对于给定的曲面，可以通过在其上任取一点，并建立该点的坐标系来得到该曲面的方程。
常见曲面及其方程
例如，球面、锥面、柱面等都有对应的方程式。这些方程式描述了这些曲面的形状和大小，并且可以通过图形来直观地表现出来。
VS
详细描述
对坐标的曲面积分主要用于计算曲面图形上某部分区域内某物理量的累积值，如流量、速度等。求解方法通常为定义法、参数方程法、公式法等。在具体问题中，还需考虑积分曲面的方向、不同部分的分界线等因素。
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重积分的应用
总结词
重积分的应用非常广泛，包括求面积、求体积、求质量等。
详细描述
重积分的应用包括求曲顶柱体的体积、求空间物体的质量、求平面的面积等。例如，利用二重积分可以求出平面区域的面积，利用三重积分可以求出空间物体的质量。此外，重积分还可以用于求解某些物理问题，如力
学、电磁学、光学等问题。
两个向量的向量积是一个向量，记作 $\overset{\longrightarrow}{a} \times \overset{\longrightarrow}{b}$，其大小等于两个向量对应分量乘积的矢量和，其方向垂直于两个向量所确定的平面。

高等数学第八章解析几何(数学第八章平面解析几何)

高等数学第八章解析几何（数学第八章平面解析几何）
双曲线的定义：
2.双曲线的标准方程
双曲线与椭圆的比较
以F1,F2所在直线为某轴，线段F1F2的垂直平分线为y轴，建立平
面直角坐标系某Oy，此时双曲线的焦点分别为F1（-c,0）,F2（c,0）设
P（某,y）是双曲线上一点，则，(，PF1，-，PF2，)，=2a,因为，PF1，
=√(〖(某c)〗^2y^2),，PF_2，=√(〖(某-c)〗^2y^2),所以√(〖(某c)〗^2y^2)-√((某-c)^2y^2)=±2a①
且②与①右边同时取正号或负号，①②整理得
将③式平方再整理得〖c^2-a〗^2/a^2 某^2-y^2= 〖c^2-a〗^2 ④因
为c>a>0，所以〖c^2-a〗^2>0设〖c^2-a〗^2=b^2且b>0,则④可化为某
^2/a^2 -y^2/b^2 =1 (a>0，b>0) 求双曲线的标准方程：与求椭圆的标准
方程的方法相似,可以先根据其焦点位置设出标准方程,然后用待定系数法
求出a,b的值.若焦点位置不确定,可按焦点在某轴和y轴上两种情况讨论
求解,此方法思路清晰,但过程复杂.若双曲线过两定点,可设其方程为m某
² ny²=1(mn<0),通过解方程组即可确定m,n,避免了讨论,从而简化求解过程.双曲线的几何性质
(1)双曲线与椭圆的六个不同点:
(2)等轴双曲线：是实轴和虚轴等长的双曲线,它的渐近线方程是
y=±某,离心率为√2.(3)共轭双曲线:以已知双曲线的虚轴为实轴,实轴为
虚轴的双曲线叫做原双曲线的共轭双曲线
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大学高数空间解析几何

培养逻辑思维
学习空间解析几何有助于培养人的逻辑思维和抽象思维能力，提高解决问题的能力。
空间解析几何的历史与发展
早期发展
空间解析几何起源于17世纪，随着笛卡尔坐标系的建立和解析几何方法的完善，开始形成独立的数学分支。
近代发展
随着计算机科学和数学的不断发展，空间解析几何在理论和应用方面都取得了重要进展，如微分几何、线性代数和微分方程等与空间解析几何的交叉融合。
详细描述
如果两个平面的法向量 $mathbf{a}$ 和 $mathbf{b}$ 是共线的，即存在一个非零实数 $lambda$ 使得 $mathbf{a} = lambda mathbf{b}$，那么这两个平面就是平行的。如果两个平面的法向量不共线，那么这两个平面就是相交的。
04
空间几何的应用
空间几何在计算机图形学中的应用
01
02
03
三维建模
空间几何用于创建三维模型，包括曲面建模、实体建模和参数化建模等。
光照计算
空间几何用于计算物体表面的光照效果，以实现逼真的渲染效果。
动画制作
空间几何用于动画制作中的骨骼绑定、运动轨迹规划和角色动画等，以创建动态的视觉效果。
05
空间几何的习题与解答
平面与平面的交线
总结词求平面与平面Fra bibliotek交线，需要消元法或参数方程法。
详细描述
平面与平面的交线可以通过消元法或参数方程法来求解。消元法是通过联立两个平面的方程组，然后消元得到一个一元一次方程，这个一元一次方程就是两平面的交线。参数方程法则是设定一个参数，将两个平面的方程都表示成参数的函数，然后令参数相等，解出交线的参数方程。
未来展望
随着科技的不断进步和应用领域的拓展，空间解析几何将继续发挥重要作用，并有望在人工智能、机器学习等领域取得新的突破和应用。

《高数空间解析几何》PPT课件

类似地，方程 f( y , z)= 0在空间表示以 yoz 坐标面上的曲线为准线，平行于 x 轴的直线为母线的柱面. 方程 f( x , z)= 0在空间表示以 xoz 坐标面上的曲线为准线，平行于 y 轴的直线为母线的柱面.
8
椭圆柱面：
z
x2 a2
y2 b2
1
xoy 坐标面上的椭圆为准线、
3
P26例 5
xoz 坐标面上的双曲线
x2 a2
z2 c2
1分别绕 x、z 轴旋
转一周，求所得旋转曲面方程
x2 y2y2 z2
绕 x 轴转所得曲面称为旋转双叶双曲面,
z
曲面方程为
x2 y2 z2 a2 c2 c2 1
o
x
绕 z 轴转所得曲面称为旋转单叶双曲面,
z
曲面方程为
x2 y2 z2 a2 a2 c2 1
曲面讨论的两个基本问题：（1）已知曲面的形状，建立这曲面的方程；（2）已知方程 F(x, y, z) =0，研究这方程的图形；
二、旋转曲面一条平面曲线 C 绕其平面上一条直线 L 旋转所形成的曲面，称为旋转曲面 . 定直线 L 称为旋转轴.
1
建立 y oz 面上曲线 C : f ( y , z ) = 0绕 z 轴旋转所成
例
求曲线
:
x2
x
2
y2 y2
z2 8y
64
,
在 xoy, y0z 坐标面上的投影曲线的方程.
解关于xo y 坐标面的投影
柱面方程 x 2 y 2 8 y
因而曲线在 xo y 坐标
面上的投影曲线是圆.
1
y 0
y2 z2
b2
c2

高等数学(第八章)向量代数与空间解析几何(全)

若向量a = x1i y1 j z1k，b = x2i y2 j z2k，由数量积的运算性质得
a b = x1x2 y1 y2 z1z2.
设非零向量a = x1, y1, z1，b = x2, y2, z2，则
(1) | a | a a x12 y12 z12；
(2) cos a, b a b
2
向量代数与空间解析几何
空间直角坐标系
一、空间直角坐标系空间两点间的距离
向量的概念---大小,方向,相等,向径,坐标等.
二、向量代数向量的运算---加减,数乘,点乘,叉乘,混合积.
❖ 向量位置关系的刻画 ---平行,垂直,夹角. ❖ 向量的方向角、方向余弦.
平面的方程
三、空间的平面两平面的位置关系
五、向量的坐标
空间直角坐标系Oxyz 中，在x 轴、y 轴、z 轴上各取一个与坐标轴同向的单位向量，以此记作i，j，k，把它们称为基本单位向量或基向量.任一向量都可以唯一地表示为i，j，k 数乘之积.
设M (x, y, z)是空间任意一点，记OM r，则r xi yj zk，我们把上式称为向量r 的坐标分解式，xi，yj 和zk 称为向量r 沿3 个坐标轴方向的分向量，i，j，
d (x2 x1)2 ( y2 y1)2 (z2 z1)2 .
11
二、空间两点间的距离例 1 在z轴上求与点A(3,5, 2)和B(4,1,5)等距离的点M .
解由于所求的点M 在z 轴上，因此M 点的坐标可设为(0, 0, z)，又由于
MA MB ，
由空间两点间的距离公式，得
(3)结合律：(a) b = (a b) a (b)；
(4)a a = a 2 ； (5)a b = 0 a b； (6) | a b || a | | b | . 特别地，有

高等数学-第8章-空间解析几何与向量代数

-。

b与a的差b a．向量加法的性质〔运算律〕②结合律+的模一般地不等于a的模加b的模，而有a b a ba b+≤+，即三角形两边之和大于等于第三向量与数的乘法Array、向量的定义：向量a与数m的乘积是一个向量，它的模等于m a，方向与a相同〔假设反〔假设m<0〕。

、向量与数量乘法的性质(运算律)②分配律≠，则向量b平行于a得充分必要条件是：存在唯一实数λ，使b=λa。

a0在实际问题中，有些向量与其起点有关，有些向量与其起点无关。

由于一切向量的共性是它们都有大小和方向，所以在数学上我们研究与起点无关的向量，并称这种向量为自由向量〔以后简称向量〕，即只考虑向量的大小和方向，而不管它的起点在什么地方。

当遇到与起点有关的向量时〔例如，谈到某一质点的运动速度时，这速度就是与所考虑的那一质点的位置有关的向量〕，可在一般原则下作特别处理。

上的射影。

投影向量的定义：AB 的始点A B ''就定义AB 在轴u 上的投影向量。

向量在轴上的投影：向量A B ''在轴AB 在轴u 上的投影，记为投影AB 。

向量在轴上的投影性质：性质1〔投影定理〕AB =cos AB ϕ与向量AB 的夹角。

推论：相等矢量在同一轴上的射影相等。

性质2：Prj(12a a +)=Prj 1a +Prj 2a 。

性质2可推广到有限个向量的情形。

性质3：Prj u λa =λPrj u a 。

向量在坐标轴上的分向量与向量的坐标：向量a 在坐标轴上的投影向量,,y z i a j a k 称为向量在坐标轴上的分向量。

向量a 在三条坐标轴上的投影,y z a a 叫做向量的坐标，记为：a ={,,x y a a 由向量在轴上的投影定义，a 在直角坐标系Oxyz 中的坐标{,,x y z a a a a ，由此可知，向量的投影具有与坐标相同的性质。

利用向量的坐标，可得向量的加法、减法以及向量与数的乘法的运算如下：a ={,x y a a ，{,,}x y zb b b b =利用向量加法的交换律与结合律，以及向量与数乘法的结合律与分配律，有{,x y z z a b a b b a b +=+++{x a b a b -=-{,}x y a a a λλλ=由此可见，对向量进行加、减及与数相乘，只须对向量的各个坐标分别进行相应的数量运算就行了。

同济高等数学下册第八章知识点精讲

总之:
运算律 : 结合律分配律
可见
因此
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设 a 为非零向量 , 则
a∥b
( 为唯一实数)
证: “ ”. 设 a∥b , 取＝±
, a , b 同向时
取正号, 反向时取负号, 则 b 与 a 同向, 且
再证数的唯一性 . 设又有 b＝ a , 则
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求三
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导出刚体上
一点 M 的线速度的表示式 .
解: 在轴 l 上引进一个角速度向量使
其
方向与旋转方向符合右手法则 , 在 l 上任取一点 O, 作
向径
它与的夹角为 , 则
点 M离开转轴的距离
且
符合右手法则
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1. 定义已知三向量
机动目录上页下页返回结束
两平面法向量的夹角(常指锐角)称为两平面的夹角. 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
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和垂直于平面∏: x + y + z = 0, 求其方程 .
解: 设所求平面的法向量为方程为
• 坐标轴
Ⅳ
• 坐标面
Ⅰ
• 卦限(八个) Ⅶ
y轴(纵轴)
x轴(横轴) Ⅷ
Ⅵ Ⅴ
机动目录上页下页返回结束
点M
有序数组
向径
(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 ;

《高等数学》第八章(上)

第一节空间解析几何简介
设点 M1(x1 ，y1 ，z1) 和 M2 (x2 ，y2 ，z2 ) 是空间两点，如图所示，则根据立体几何知识可知，长方体的各棱长分别为
| x2 x1 | ， | y2 y1 | ， | z2 z1 | ．长方体对角线的平方等于三条棱长的平方和，即
M1M2 (x2 x1)2 (y2 y1)2 (z2 z1)2 ．特别地，如果一点是原点 O(0，0，0) ，另一点是点 M (x ，y ，z) ，则
坐标面上和坐标轴上的点，其坐标各有一定的特征．例如，点 M 在 yOz 面上，则 x 0 ；在 zOx 面上的点，y 0 ；在 xOy 面上的点，z 0 ．如果点 M 在 x 轴上，则有 y z 0 ；在 y 轴上，有 z x 0 ；在 z 轴上，有 x y 0 ．如果点 M 为原点，则 x y z 0 ．
例如，方程 y2 2x 表示母线平行于 z 轴的柱面，它的准线是 xOy 面上的抛物线 y2 2x ，该柱面称为抛物柱面，如图所示．
第一节空间解析几何简介
又如，方程 x y 0 表示母线平行于 z 轴的柱面，其准线是 xOy 面的直线 x y 0 ，所以它是过 z 轴的平面，如图所示．
第一节空间解析几何简介
例 7 将 zOx 坐标面上的双曲线 x2 z2 1和 x2 z2 1 分别绕 z 轴旋转
a2 c2
c2
一周，求所生成的旋转曲面的方程．
解双曲线 x2 z2 1绕 z 轴旋转所得的旋转曲面的 a2 c2
方程为
x2 y2 a2
z2 c2
1，称此曲面为旋转双叶双曲面，如
所示．
第一节空间解析几何简介
2．一般二次曲面

高等数学空间解析几何

（（（123）））当当a＝0时0时a，，aa与0a（同零向向；量当）

0时，a
与
a
反向。
向量与数的的性质
（1）交换律： a a
（2）结合律： (a ) () a (a ) ；（其中为常数）；
（3）分配律：( )a a b ，(a b )a b
M 1 M 2 { x 2 x 1 ,y 2 y 1 ,z2 z 1 }
三、向量的坐标表示
3．向量的模与方向余弦的坐标表示式
方向角：非零向量a与三个坐标轴正向的夹角
记为 ,, 0,, 方向余弦：co,sco,scos
aM
对a {ax,ay,az}
a OM ax 2ay 2az 2
cos
ax
ax2 ay2 az2
cos
ay
ax2 ay2 az2
cos

co 2 s co 2 s co 2 s 1eaa a {co,cso,sco}s
az ax2 ay2 az2
知道其中两个就可求出第三个单位向量的方向余弦就是它的坐标
力位移速度加速度
表示方法：1
黑体字母
a,b,c或
a,b,c
2 有向线段表示 MN 表示起点在 M，终点在 N 的向量
向量的模向量的大小（有向线段的长）
a
b
c
a
b
c
单位向量模1为的向量，记为 e a 零向量
M N
模为的0向量，记为 0
自由向量与起点无关的向量（向量可自由平移具有自由性）
四、两向量的数量积
2. 数量积的坐标表示式

设 a ax i a y j a z k {ax,ay,az}

高等数学基础第八章

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8.3平面方程与直线方程－平面方程
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8.3平面方程与直线方程－直线方程
第八章向量与空间解析几何
主讲：
向量与空间解析几何
• 向量及其线性运算 • 数量积向量积 • 平面方程与直线方程 • 曲面及其方程 • 空间曲线及其方程
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8.1向量及其线性运算－向量概念
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8.1向量及其线性运算－向量概念
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8.1向量及其线性运算－向量的线性运算
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8.1向量及其线性运算－向量的线性运算
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8.1向量及其线性运算－向量的线性运算
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8.1向量及其线性运算－空间直角坐标系
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8.1向量及其线性运算－空间直角坐标系
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8.1向量及其线性运算－空间直角坐标系
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8.1向量及其线性运算－利用坐标作向量的线性运算
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8.1向量及其线性运算－向量的模、方向角、投影
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8.1向量及其线性运算－向量的模、方向角、投影
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8.1向量及其线性运算－向量的模、方向角、投影
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8.1向量及其线性运算－向量的模、方向角、投影
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8.2数量积向量积－两向量的数量积
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8.2数量积向量积－两向量的数量积
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高等数学第八章

22 (3) 232 11 ．
因 | a b |2 (a b) (a b) |a |2 2a b | b |2 22 2 (3) 32 = 7 ，
故可得
| a b| 7 ．
二、数量积的坐标运算
设非零向量 a (x1 ，y1 ，z1) ， b (x2 ，y2 ，z2 ) ，则
于是可得向量 r (x ，y ，z) 的模的坐标表达式为 | r | x2 y2 z2 ．
向量 M1M2 的模即为点 M1 (x1 ，y1 ，z1) 和点 M2 (x2 ，y2 ，z2 ) 之间的距离，即 | M1M2 | (x2 x1)2 (y2 y1)2 (z2 z1)2 ．
方向角为
2 ，， 3 ．
3
3
4
第三节
向量的数量积与向量积
一、数量积的定义及性质
定义 1 设 a，b 为空间中的两个向量，则数| a | | b | cos a ，b 称为向量 a，b 的数量积（也
称内积或点积），记作 a b ，读作“a 点乘 b”，即
a b | a | | b | cos a ，b ．
在空间直角坐标系中，设点 M1 的坐标为 (x1 ，y1 ，z1) ，点 M 2 的坐标为 (x2 ，y2 ，z2 ) ，则以 M1 为
起点、 M 2 为终点的向量为
M1M2 OM2 OM1 ．
因为 OM2 与 OM1 均为向径，所以 M1M2 OM2 OM1 (x2i y2 j z2k) (x1i y1 j z1k)
图8-7
交换律：a+b=b+a 结合律：(a+b)+c=a+(b+c) a+0=a a+(-a)=a
（二）向量的减法

高等数学第八章空间解析几何教学精品PPT课件

高等数学(下册)
§8.4 空间曲线及其方程
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
高等数学(下册)
一、空间曲线的一般方程
空间曲线C可看作两曲面S1与S2的交线.
若S1：F(x,y),z0;
z
S2：G(x,y),z0,
S1
则 M ( x ,y ,z ) C M S 1 且 M S 2
x
0
同理，xo面z 上的投影曲线,
y o z 面上
的投影曲线
T(x, z) 0
y
0
高等数学(下册)
如图:投影曲线的研究过程.
空间曲线
投影柱面
投影曲线
高等数学(下册)
x2 y2 z2 1
例4
求曲线
z
1 2
在坐标面上的投影.
解（1）消去变量z后得
x2 y2 3, 4
在 xoy面上的投影为
解截线方程为
y2 z2 x x2y z 0
如图,
高等数学(下册)
（ 1）消去 z得投影x25y24xyx0,
z0
（ 2）消去 y得投影x25z22xz4x0,
y0
（ 3）消去 x得投影y2
z2
2yz0 .
x0
高等数学(下册)
补充: 空间立体或曲面在坐标面上的投影.
t
oM
xaco ts
yasi nt
zvt
x A M y 螺旋线的参数方程
高等数学(下册)
螺旋线的参数方程还可以写为
x a cos
y
a
sin
z b
(t, bv)
螺旋线的重要性质：

高等数学：空间解析几何

定义7-2 向量a和b的模和它们夹角余弦的乘积,称为向量
a和向量b的数量积(内积),这种运算也称为点乘,记作a·
b,即
由数量积的定义7-2以及向量夹角的定义7-1可以得到:
(1)a·
a=|a|2;
(2)向量a 和向量b 互相垂直的充分必要条件是a·
b=0.
空间解析几何
两个向量的数量积满足下列运算规律:
当向量a和b至少有一个是零向量时,规定其夹角<a,b>可
以在0到π之间任意取值.
空间解析几何
在物理中,我们已经知道,若力F 作用在物体上,使其产生
位移s,则该力所作的功为
即F 所作的功W 是向量F 和s的模相乘再乘以它们夹角的余
弦.这种运算在其他问题中也会遇到,因此我们引入向量的结
构性运算.
空间解析几何
例7-13 设一平面与x 轴、y 轴和z 轴的交点分别为
P(a,0,0)、Q(0,b,0)和 R(0,0,c),求这个平面的方程,其中a ≠0,b
≠0,c ≠0.
解设所求平面的一般方程为
空间解析几何
由题意可知P(a,0,0)、Q(0,b,0)和R(0,0,c)三点都在该平
面上,所以这三点的坐标都满足一般方程,即有
空间解析几何
．
例7-16 求点(1,-2,-1)到平面2x +y-2z+4=0的距离.
解由式(7-13)可得
空间解析几何
7.4 空间直线方程
一、直线方程
如图7-10所示,在空间直角坐标系中给定一条直线L,任一
个与这条直线平行的非零向量s={a,b,c}称为该直线的方向向
量.在直线L 上取一个定点M0(x0,y0,z0),设M(x,y,z)是直线L上任

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1. 向量的模与两点间的距离公式
设
r
(x,
y,
z
),
作
OM
r,
则有
r OM OP OQ OR
由勾股定理得
r OM
z R
M
o
Q y
P
x
N
x2 y2 z2
对两点
与
因
得两点间的距离公式:
O
(x2 x1)2 ( y2 y1)2 (z2 z1)2
高等数学(下册)
例4. 求证以
为顶点
提示:
高等数学(下册)
(1) 设动点为M (x , y ,0),利用 M A M B , 得
且
(2) 设动点为 M (x , y , z), 利用 M A M B , 得
例6. 已知两点
和
求
解: AB AB 1 (3 ,1, 2)
AB
14
3 , 1 , 2
14 14 14
高等数学(下册)
(1)2 12 ( 2)2 2
cos 1 , cos 2
2
2
2 ,
,
3
3
3
4
高等数学(下册)
例8. 设点 A 位于第一卦限, 向径 OA 与 x 轴，y 轴的夹
角依次为
3
,
4
,且
OA
6, 求点 A 的坐标 .
解:
已知
3
,
4
,
则
cos 2
1 cos 2
cos 2
1 4
因点
A
若 k (≥3)个向量经平移可移到同一平面上 , 则称此 k 个向量共面 .
高等数学(下册)
二、向量的线性运算
1. 向量的加法
平行四边形法则:
b b ab
a
a
三角形法则: a b
(a b) c
c
bc
a (b c)
ab b
b
a
a
运算规律 : 交换律 a b b a
结合律 (a b) c a (b c) a b c
三、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.
• 坐标原点
Ⅲ
z z 轴(竖轴)
Ⅱ
• 坐标轴
Ⅳ
• 坐标面
• 卦限(八个) Ⅶ
x
x轴(横轴)
Ⅷ
yoz面 o xoy面
Ⅴ
Ⅰ
y
y轴(纵轴)
Ⅵ
高等数学(下册)
在直角坐标系下
点 M 11 有序数组 (x, y, z) 11 向径 r 称有序数组为点M的坐标,记为 M (x, y, z)
y
高等数学(下册)
2. 向量的坐标表示
在空间直角坐标系下, 以 i , j , k 分别表示 x ,
任意向量 r 可用向径 OM 表示.
y , z 轴上的单位向量 , 设点 M
的坐标为 M (x , y , z), 则
z OM ON NM OA OB OC C
r
x
i
y
j
z
k
(x
高等数学(下册)
例5. 在 z 轴上求与两点
及
离的点 .
等距
解: 设该点为M (0,0, z), 因为 M A M B ,
(4)2 12 (7 z)2 32 52 (2 z)2
解得
故所求点为M
(0
,
0
,
14 9
)
.
思考:
(1) 如何求在 xoy 面上与A , B 等距离之点的轨迹方程? (2) 如何求在空间与A , B 等距离之点的轨迹方程 ?
cos x
r
cos ry cos z
r
x x2 y2 z2
y x2 y2 z2
z x2 y2 z2
方向余弦的性质:
zQ
r
M
P o
R
y
x
例7. 已知两点
高等数学(下册)
和
计算向量
的模、方向余弦和方向角 .
解: M1M 2 ( 1 2, 3 2 , 0 2 ) (1, 1, 2 )
轴上点P的坐标为x的充分必要条件是OP xi
平面上点的坐标
y
点M 向量 OM OP PM
OP OQ x i y j (x , y )
Q
M
平面的上点M的坐标为（x，y）的充分 j
必要条件是 OM x i y j
Oip x
高等数学(下册)
定理1. 设 a 为非零向量 , 则
a∥b
( 为唯一实数)
M
高等数学(下册)
说明: 由
1
1
(x1 x2 , y1 y2 , z1 z2 )
得定比分点公式:
A
x1 x2 1
,
y1 y2 1
,
z1 z2 1
M B
o
A
当 1时, 点 M 为 AB 的中点 ,于是得
中点公式:
B
x1
x2 2
,
y1 2
y2
,
z1 z2 2
M
高等数学(下册)
五、向量的模、方向角、投影
直线上点的坐标
点P 向量OP xi 实数x
． Oi
x． Px
轴上点P的坐标为x的充分必要条件是OP xi
平面上点的坐标
y
点M 向量 OM OP PM
OP OQ x i y j (面的上点M的坐标为（x，y）的充分 j
必要条件是 OM x i y j
Oip x
高等数学(下册)
特别的:
1a a ; 1a a ; 0a 0
高等数学(下册)
运算律 :
结合律
(
a)
(
a)
a
因此
分配律
(a
b
则有单位向量
)
a
a
1 a
a.b
a a a
高等数学(下册)
定理1. 设 a 为非零向量 , 则
a∥b
( 为唯一实数)
直线上点的坐标
点P 向量OP xi 实数x
． Oi
x． Px
若向量 a 与 b大小相等, 方向相同, 则称 a 与 b 相等, 记作 a＝b ;
若向量 a 与 b 方向相同或相反, 则称 a 与 b 平行,记作 a∥b ; 规定: 零向量与任何向量平行 ;
与 a 的模相同, 但方向相反的向量称为 a 的负向量, 记作－a ;
因平行向量可平移到同一直线上, 故两向量平行又称两向量共线 .
az Pr jz a,
或 ax
a, x
ay
a
,
y
az
a
.
z
向量的投影具有与坐标相同的性质
a a cos （是 a 与 u 轴的夹角） u
a b a b
u
u
u
a a
u
u
高等数学(下册)
作业：p12-13习题8-1 1, 3，4，5， 13, 14, 15
的三角形是等腰直角三角形 .
证:
M1M 2 (10 4)2 (11)2 (6 9)2 7
M1M3 (2 4)2 (4 1)2 (3 9)2 7
M 2M3 (2 10)2(4 1)2 (3 6)2 7 2
M1M2 M1M3 , M1M2 2 M1M3 2 M2M3 2
即 M1M 2M3 为等腰直角三角形 .
代入②得
y
1
(3
x
b)
(11,
2
,16)
2
高等数学(下册)
例3. 已知两点在AB直线上求一点 M , 使
及实数 1,
解: 设 M 的坐标为
如图所示
AM MB
AM OM OA
MB OB OM
故
OM O A (OB OM )
A
M B
o
A
得即
OM
1
1
(OA
OB
B
1
1
(x1 x2 , y1 y2 , z1 z2 )
, 为实数，则
bz )
平行向量对应坐标成比例:
当
a
0
时,
bx by bz
ax ay az
bx ax by ay
bz az
高等数学(下册)
例2. 求解以向量为未知元的线性方程组
其中
a
5x 3x
3 2
y y
a b
（2，1，2）, b （1，1，
2）.
① ②
解: 2×①x －23a×②3b,得(7, 1,10)
三角形法则可推广到多个向量相加 .
高等数学(下册)
s a1 a2 a3 a4 a5
a1 a3
a2
a4
a5
a4
a5
s
a1
a3 a2
2. 向量的减法
高等数学(下册)
a
b
a
三角不等式
高等数学(下册)
3. 向量与数的乘法
是一个数 , 与 a 的乘积是一个新向量, 记作 a .
(1) a a
高等数学(下册)
第八章空间解析几何与向量代数
第一节向量及其线性运算第二节数量积向量积 *混合积第三节曲面及其方程第四节空间曲线及其方程第五节平面及其方程第六节空间直线及其方程
高等数学(下册)
§8.1 向量及其运算
一、向量概念二、向量的线性运算三、空间直角坐标系四、利用坐标作向量的线性运算五、向量的模、方向角、投影