同济第六版《高等数学》教案WORD版-第07章空间解析几何与向量代数 联系客服

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高等数学教案

§7 空间解析几乎与向量代数

x a cos t y a sin t z vt

也可以用其他变量作参数

例如令

t 则螺旋线的参数方程可写为 x a cos y a sin z b

其中 b

v

而参数为

* 曲面的参数方程

曲面的参数方程通常是含两个参数的方程

x x(s, t) y y(s, t) z z(s, t)

形如

例如空间曲线

x y z

(t) (t) (t)

(

t )

绕 z 轴旋转 所得旋转曲面的方程为

x y z

22

[ (t)] [ (t)] cos 22[ (t)] [ (t)] sin

( t

0

2 )

?? (4)

(t)

这是因为 在平面 z 的参数方程

固定一个 t 得 上一点 M1( (t) (t)上 其半径为点 M1 到 z 轴的距离 再令 t 在 [

] 内变动

( t)

(t)) 点 M1 绕 z 轴旋转

得空间的一个圆 该圆

[ (t)] 2 [ (t)]2 因此 固定 t 的方程 (4)就是该圆

方程 (4) 便是旋转曲面的方程

例如直线

x 1 y t z 2t

绕 z 轴旋转所得旋转曲面的方程为

x

21 t cos

2

y 1 t sin z 2t

( 上式消 t 和

得曲面的直角坐标方程为

2

x2

y2 1 z2 )

2

2

2

4

又如球面 x y z a 可看成 zOx 面上的半圆周

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§7 空间解析几乎与向量代数

绕 z 轴旋转所得 故球面方程为

x a sin cos

y a sin sin z a cos

(0

x a sin y 0

z a cos

(0 )

0

2 )

三、空间曲线在坐标面上的投影 以曲线 C 为准线、母线平行于

xOy 面的交线叫做空间曲线 它坐标面上的投影 )

z 轴的柱面叫做曲线 C 关于 xOy 面的投影柱面 投影柱面与

C 在 xOy 面上的投影曲线

或简称投影 (类似地可以定义曲线 C 在其

设空间曲线 C 的一般方程为

F (x, y, z) 0 G(x, y, z) 0

设方程组消去变量

z 后所得的方程

H(x y) 0

这就是曲线 C 关于 xOy 面的投影柱面

这是因为

程 H(x y) 0

一方面方程 H(x

是由方程组消去变量 z 后所得的方程 H (x y) 0 表示的柱面上

y) 0 表示一个母线平行于 z 轴的柱面 另一方面方程 H (x y) 0

因此当 x、 y、 z 满足方程组时 前两个数 x、 y 必定满足方

这就说明曲线 C 上的所有点都在方程 H(x y) 0 所表示的曲面上 即曲线 C 在方程

所以方程 H( x y) 0 表示的柱面就是曲线

C 关于 xOy 面的投影柱面

曲线 C 在 xOy 面上的投影曲线的方程为

H (x, y) 0 z 0

讨论 曲线 C 关于 yO z 面和 zOx 面的投影柱面的方程是什么 曲线 C 在 yO z 面和 zOx 面

上的投影曲线的方程是什么

例 4 已知两球面的方程为

2

2

2

x

y z 1 (5)

x2 (y 1)2 (z 1)2 1 (6)

求它们的交线 C 在 xOy 面上的投影方程

2

解 先将方程 x

(y 1) (z 1)

2 2

1 化为

x2 y2 z2 2y 2z 1

然后与方程 x2 y2 z2 1 相减得

y z 1

22

将 z 1 y 代入 x y

z2 1 得

x2 2y2 2y 0

两球面的交线 C 在 xOy 面上的投影方程为

这就是交线 C 关于 xOy 面的投影柱面方程

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§7 空间解析几乎与向量代数

x2 2 y2 2y 0 z 0

例 5 求由上半球面 z

4 x2

4 x2 y2 和锥面 z

3( x2 y2 ) 所围成立体在 xOy 面上的投影

2

2

解 由方程 z

y2 和 z 3(x2 y2) 消去 z 得到 x y 1 这是一个母线平行于

C 关于 xOy 面的投影柱面

z 轴的圆

柱面

容易看出 这恰好是半球面与锥面的交线 因此交线 C 在 xOy 面

上的投影曲线为

22

x y

1

这是 xOy 面上的一个圆 于是所求立体在 xOy 面上的投影 就是该圆在

x2 y2 1

xOy 面上所围的部分 :

§7 5 平面及其方程

一、平面的点法式方程

法线向量 如果一非零向量垂直于一平面 唯一确定平面的条件

当平面

这向量就叫做该平面的法线向量 容易知道 平

面上的任一向量均与该平面的法线向量垂直

上一点 M0 (x0 y0 z0)和它的一个法线向量 n (A B C)为已知时

平面 的位置就完全确定了

平面方程的建立 设 M (x y z)是平面 上的任一点 那么向量 M 0M 必与平面 的法线向量 n 垂直 即它们的数量积等于零

n M 0M 0

由于

n (A B C)

M 0 M (x x0, y y0 , z z0)

所以

A(x x0) B(y y0) C(z z0) 0

上任一点 M 的坐标 x y z 所满足的方程 如果 M (x y z)不在平面

上 那么向量 M 0 M 与法线向量

n 不垂直

这就是平面

反过来

n M 0 M 0

即不在平面 上的点 M 的坐标 x y z 不满足此方程

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