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第06讲:《空间曲面及其方程(二)》内容小结、课件与典型例题与练习

xwmath 考研竞赛数学 2024-04-26


一、柱面及其方程

平行定直线并沿定曲线移动的直线形成的轨迹称为柱面. 定曲线称为准线,直线称为母线. 准线与母线不唯一. 

  • 以平行于坐标轴的直线为母线的柱面方程为由两个变量描述的方程,即在空间直角坐标系中,由两个变量描述的方程

都表示母线平行于其不包含的变量对应的坐标轴的柱面. 

  • 平面是一类特殊的柱面.

 
二、锥面及其方程

在空间,通过一定点且与定曲线定点在曲线外)相交的一族直线所生成的曲面叫做锥面.直线称为锥面的母线,定点称为锥面的顶点,定曲线称为锥面的准线

  • 锥面由它的顶点和准线唯一确定,准线不唯一且所有母线都相交于顶点.

  • 圆锥面是旋转曲面,它的准线可以取为垂直于旋转轴的圆;同时,圆锥面也可以看成是由所有经过顶点,并与中心轴成相同角度的直线形成的曲面.

三、直纹面

由一族直线所形成的曲面称为直纹面.比如,柱面、单叶双曲面、双曲抛物面、锥面都可以由直线生成,所以它们的图形都为直纹面图形. 

一般直纹面方程可以分解为相等的两两一次项或零次项乘积.比如单叶双曲面方程

因此,根据比例关系,可以将上述等式用如下两个式子来描述

其中u,v为实数.上面两组方程表示的都是直线,当u,v取不同的值时,构成不同的直线,所有这样的直线构成的直线族描述单叶双曲面的图形.


四、常见二次曲面及其标准方程

三元二次方程(二次项系数不全为 0 )

所描述的图形通常为二次曲面

基本的二次曲面类型有: 椭球面(特殊情况为旋转椭球面、球面)抛物面(椭圆抛物面、双曲抛物面,特殊为旋转抛物面)双曲面(双叶双曲面、单叶双曲面,特殊为旋转双曲面)锥面(圆锥面). 适当选取直角坐标系,或者通过坐标的平移、旋转变换可得它们的标准方程. 

【注】:对于教材、课件中列出的二次曲面的标准方程结构和几何图形特征要非常熟悉,尤其与坐标轴、坐标面的位置关系要非常清楚!看到方程要能够想到图形,看到相应的图形名称,要能够直接写出相应结构的方程.


图形绘制方法参见推文

参考课件


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