代数52 ----旋转曲面及其方程

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一些旋转曲面

一些旋转曲面

旋转曲面

定义:一条空间曲线 𝐶 𝐶 C 绕一定直线 𝐿 𝐿 L 旋转一周所得的曲面 𝑆 𝑆 S 称为旋转曲面.

其中,定直线 𝐿 称为旋转曲面的旋转轴,曲线 𝐶 称为旋转曲面的母线

旋转曲面

母线 C C C 上每个点 M 0 M_0 M0 绕旋转轴 L L L旋转得到一个圆,称为纬圆.

纬圆与轴垂直.

过旋转轴 L L L 的半平面与旋转面 S S S 的交线称为经线(子午线)﹒(图3蓝色线)

经线可以作为母线,但母线未必是经线.

图3   旋转曲面

母线在坐标平面内、旋转轴为坐标轴的旋转曲面方程

图4   旋转曲面

图4 中, 𝑁 ∈ 𝐶 , ∣ 𝑄 𝑀 ∣ = ∣ 𝑄 𝑁 ∣ 𝑁 ∈ 𝐶 , |𝑄𝑀| = |𝑄𝑁| NC,QM=QN

(1)母线为 y o z yoz yoz 面上的曲线 C : f ( y , z ) = 0 C: f(y,z)= 0 C:f(y,z)=0 ,旋转轴为 z 轴 z轴 z.

在旋转曲面S上取动点 M ( x , y , z ) M(x,y,z) M(x,y,z) ,过 M M M 作纬圆交母线 C C C N ( u , v , w ) N(u,v,w) N(u,v,w) .则 S : { u = 0 , f ( v , w ) = 0 , w = z , x 2 + y 2 = ∣ v ∣ S:\\begin{cases} u=0 , f(v,w)=0, w=z, \\\\ \\sqrt{x^2+y^2}=|v| \\end{cases} S:{u=0,f(v,w)=0,w=z,x2+y2 =v

整理得 S : f ( ± x 2 + y 2 , z ) = 0 S: f(\\pm \\sqrt{x^2+ y^2} ,z)=0 S:f(±x2+y2 ,z)=0 方程有何特点?

归纳如下:

(1)母线为 y o z yoz yoz 面上的曲线 C : f ( y , z ) = 0 C: f(y,z)= 0 C:f(y,z)=0

  • 旋转轴为 𝑧 轴 , S : f ( ± x 2 + y 2 , z ) = 0 S: f(\\pm \\sqrt{x^2+ y^2} ,z)=0 S:f(±x2+y2 ,z)=0
  • 旋转轴为 y 轴 , S : f ( y , ± x 2 + z 2 ) = 0 S: f(y, \\pm \\sqrt{x^2+z^2} )=0 S:f(y,±x2+z2 )=0

(2)母线为 z 𝑜 x z𝑜x zox 面上的曲线 C : f ( x , z ) = 0 C: f(x,z)= 0 C:f(x,z)=0

  • 旋转轴为 𝑧 𝑧 z 轴 , S : f ( ± x 2 + y 2 , z ) = 0 S: f(\\pm \\sqrt{x^2+ y^2} ,z)=0 S:f(±x2+y2 ,z)=0
  • 旋转轴为 x x x 轴 , S : f ( x , ± y 2 + z 2 ) = 0 S: f(x, \\pm \\sqrt{y^2+z^2} )=0 S:f(x,±y2+z2 )=0

(3)母线为 𝑥 𝑜 y 𝑥𝑜y xoy 面上的曲线 C : f ( x , y ) = 0 C: f(x,y)= 0 C:f(x,y)=0

  • 旋转轴为 y y y 轴 , S : f ( ± x 2 + z 2 , y ) = 0 S: f(\\pm \\sqrt{x^2+ z^2} ,y)=0 S:f(±x2+z2 ,y)=0
  • 旋转轴为 x x x 轴 , S : f ( z , ± y 2 + z 2 ) = 0 S: f(z, \\pm \\sqrt{y^2+z^2} )=0 S:f(z,±y2+z2 )=0

方 程 特 点 : \\large\\color{#70f3ff}{\\boxed{\\color{brown}{方程特点:} }} :在母线方程中,轴变量不动,另一变量换成余下两变量的平方和的算术根及其相反数.

例1

(1)椭圆 C : { y 2 a 2 + z 2 b 2 = 1 x = 0 C:\\begin{cases} \\frac{y^2}{a^2}+\\frac{z^2}{b^2}=1\\\\ x=0 \\end{cases} C:{a2y2+b2z2=1以上是关于代数52 ----旋转曲面及其方程的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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