第一节 空间直角坐标系(3)

2019-08-31 19:50

当A?B?C?D?0,表示一点;当A?B?C?D?0,没有轨迹。

3、柱面(图5-5-2)

设空间任意一曲线L,过L上的一点引一条直线b,直线b沿L作平行移动所形成的曲面叫做柱面。曲线L叫准线。动直线的每一位置,叫做柱面的一条母线。准线L是直线的柱面为平面,是圆的柱面叫做圆柱面。若母线b与准线圆所在的平面垂直,这个柱面叫做正圆柱面。

如果柱面的母线平行于z轴,并且柱面与坐标面xOy的交线L方程为f(x,y)?0,则柱面上的其它点也满足这方程,因此,以L为准线,母线平行于z轴的柱面的方程就是f(x,y)?0(图5-5-3)。同理,g(y,z)?0和h(z,x)?0分别表示母线平行于x轴和y轴的柱面。

一般说来,若一个方程中缺少一个坐标,则这个方程所表示的轨迹是一个柱面,它的母线平行于所缺少的那个坐标的坐标轴,它的准线就是与母线垂直的坐标平面上,原方程所表示的平面曲线。

例如x?z?1在zOx平面上表示一个圆,而在空间中则表示一个以此圆为准线,母线平行于y轴的柱面(图5-5-4),又如y?x2?0表示以此抛物线为准线,母线平行于z轴的抛物柱面(图5-5-5)。

4、锥面

设L为一条已知平面曲线,B为L所在平面外的一个固定点,过点B引直线b与L相交,直线b绕点B沿L移动所构成的曲面叫做锥面,点B称作顶点,动直线叫做锥面的母线,L叫做准线。准线L是圆的锥面叫做圆锥面(图5-5-6)。若圆锥顶点B与准线的中心O的连线OB与准线所在的平面垂直,这个圆锥面就叫做正圆锥面。

设AOB为一直角三角形,我们以直角边OB为轴,斜边AB绕轴旋转,则得到以B为顶点的一个正圆锥面.取OB作z轴,OA为y轴,建立一个直角坐标系,设OB?b,OA?R,则

22222222????????点B坐标为(0,0,b),设P(x,y,z)为母线BC上任一点,因BP∥BC,所以?x?0,y?0,z?b?xyx2?y2(z?b2)z?b222?与???0,??0,0?b?成比例,故有??,因????R,得, 22Rb???b22222即b(x?y)?R(z?b)?0。

5、旋转曲面

定义 一已知平面曲线l绕平面上一定直线旋转所成的曲面叫做旋转曲面,定直线叫做旋转曲面的轴,曲线l的每一位置叫做这旋转曲面的一条母线。

yoz面上一条曲线L的方程为??f(y,z)?0,这条曲线绕z轴旋转,就得到一个以z轴为

?x?0轴的旋转曲面。

L上任一点(图5-5-7) 设P,则f(y1,z1)?0,当曲线L绕z轴旋转时,1(0,y1,z1)为曲线

P与z轴的距离恒等于y1,点P1也绕z轴旋转到另一点P(x,y,z),这时z?z1保持不变,且

2222即x?y?y1,因此, f(?x?y,z)?0。同理,曲线L绕y轴旋转所成的旋转曲面

的方程为f(y,?x2?z2)?0

?x2z2x2y2?z2?2?2?1?1。 例1 椭圆?a绕x轴旋转所成的曲面方程为2?b2ab?z?0?x2?y2z2?2?1。 若以同一椭圆绕z轴旋转,则所成的曲面方程为

a2b?y2?2pz例2 抛物线?绕z轴旋转所成的曲面的方程是x2?y2?2pz。

?x?06、椭球面

x2y2z2由方程2?2?2?1所确定的曲面叫做椭球面。这里a,b,c都是正数(图5-5-8)。

abc 椭球面的性质:

1)对称性:椭球面对于坐标平面、坐标轴和坐标原点都对称; 2)椭球面被三个坐标面xOy,yOz,zOx所截的截痕各为椭圆;(切截法)

?x2y2?y2z2?x2z2?1?2?2?1?2?2?1?? ?a2b2 ,?b ,?a, cc?z?0?x?0?y?0???用平行于坐标面xOy的平面z?h(h?c)截椭球面,截痕为椭圆

?x2y2??1?2a2b2?2h2h22c?hc?h2,如果h??c,则截,此椭圆的半轴为,a(1?)b(1?)?22cccc???z?h痕缩为两点(0,0,c)与(0,0,?c)。

至于平行于其它两个坐标面的平面截此椭球面时,所得到的结果完全类似. 3)如果a?b?c?0,则方程表示一个球面。

第五章图28个 §5.1习题

指出下列各点所在的位置(?2,2,5)(2,?3,4)(5,1,1)(?4,1,1)(?1,?2,?1)(?8,1,?3)(0,0,1) 求点(1,3,5)关于(1)各坐标轴(2)各坐标面(3)坐标原点的对称点的坐标

求下列两点间的距离(1)(0,0,0)和(?3,2,5)(2)(2,3,4)和(0,0,1)(3)(?7,5,2)和(?1,1,?1) 在z轴上求与两点A(?4, 1, 7)和B(3, 5,?2)等距离的点 §5.2习题

已知a?3i?j?2k,b?i?2j?k,求a?b、a?b

设已知两点A (2, 2, 2)和B(1, 3, 0),计算向量AB的模、方向余弦和方向角 已知两点A(4, 0, 5)和B(7, 1, 3),求与AB方向相同的单位向量e

??4,5)、C(2,4,7)??求三角形ABC的面积 已知三角形ABC的顶点分别是A(1, 2, 3)、B(3,§5.3习题

求过三点M1(2,?1,4)、M2(?1,3,?2)和M3(0,2,3)的平面的方程 §5.4习题

y?3z?4求直线x?2?与平面2x?y?z?6?0的交点 ?112求与两平面x?4z?3和2x?y?5z?1的交线平行且过点(?3,2,5)的直线的方程

y?3z?4求过点(2,1,2)且与直线x?2?垂直相交的直线的方程 ?112求过点M(2,1,?5),且垂直于直线直线

x?1y?1z??的平面方程 32?1x?2y?2z?3??与平面2x?7y?3z?1的位置关系为 ?2?73x?2y?2z?3??直线与平面2x?7y?3z?1的位置关系 ?2?73


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