第五节曲面及其方程

z F (x, y, z) = 0 S o x y 第五节曲面及其方程一、曲面方程的概念. 1. 定义: 若曲面S与三元方程F (x, y, z) =0有如下关系: (1) S上任一点的坐标满足方程F (x, y, z) =0; (2) 不在S上点的坐标都不满足方程F (x, y, z) =0; 那末, 方程F (x, y, z) =0叫做曲面S的方程, 而曲面S叫做方程F (x, y, z) =0的图形.

M0 二、几种常见曲面的方程. M 1. 球面 R 考虑球心为M0(x0, y0, z0), 半径为R的球面. 对于球面上任一点M(x, y, z), 都有|MM0|2 =R2. 即: (x x0)2 + (y  y0)2 + (z  z0)2 = R2 (1) 称方程(1)为球面的标准方程. 特别: 当球心在原点O(0, 0, 0)时, 球面方程: x2 + y2 + z2= R2

故: 原方程表示球心在M0(1, 2, 0), 半径为 的球面. 例1: 方程 x2 + y2 + z22x + 4y = 0表示怎样的曲面? 解: 原方程可改写为 (x 1)2 + (y + 2)2 + z2 = 5

z l o o y M(x, y, 0) x 2. 柱面: 例如: 考虑方程x2 + y2 = R2所表示的曲面. 在xoy面上, x2 + y2 = R2 表示以原点O为圆心, 半径为R的圆. 曲面可以看作是由平行于 z 轴的直线L沿xoy面上的圆x2 + y2 = R2 移动而形成, 称该曲面为圆柱面. xoy面上的圆 x2 + y2 = R2 叫做柱面的准线. 平行于 z 轴的直线 L 叫做柱面的母线.

(1) 定义: 平行于定直线并沿定曲线C移动直线 L 形成的轨迹叫做柱面. 定曲线C叫做柱面的准线. 动直线 L 叫做柱面的母线.

例2: 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,该柱面叫做抛物柱面. z y y2 =2x x o

例2:方程 xy= 0表示. 母线平行于 z 轴的柱面, 它的准线是xoy面上的直线xy= 0, 所以它是过z轴的平面. z o y xy= 0 x

(2) 母线平行于坐标轴的柱面方程. 1 方程F (x, y) =0 表示: 母线平行于 z 轴的柱面, 准线为xoy面上的曲线 C: F (x, y) = 0 . 2 方程F (x, z) =0 表示: 母线平行于 y 轴的柱面, 准线为xoz面上的曲线 C: F (x, z) = 0 . 3 方程F (y, z) =0 表示: 母线平行于 x 轴的柱面, 准线为yoz面上的曲线 C: F (y, z) = 0 .

z C o o y x 3. 旋转曲面 (1) 定义: 以一条平面曲线C绕其平面上的一条直线旋转一周所成的曲面叫做旋转曲面, 这条定直线叫旋转曲面的轴.

z M0(0, y0, z0) M C o y x 例如: 已知yoz面上一条曲线C, 方程为f (y, z) = 0, 曲线C绕 z轴旋转一周就得一个旋转曲面. 设M0(0, y0, z0)是C上任意一点, 则有F( y0, z0) = 0 当C绕 z 轴旋转而M0随之转到M (x, y, z)时, 有将z0 = z, 代入方程F( y0, z0) = 0, 得旋转曲面的方程:

z z = ay y x 例4: 求直线 z = ay 绕 z 轴旋转所得的旋转曲面方程. 解: 将 y 用代入直线方程, 得平方得: z2 = a2 ( x2 + y2 ) 该旋转曲面叫做圆锥面, 其顶点在原点.

第五节 曲面及其方程