几种常见的二次曲面
高等数学常用二次曲面图形.ppt
围成的图形如下：
y 0,
y2
12024/9/27
图30：由 z x2 y2 , z x2 y2 围成的图形如下：
z x2 y2 , z x2 y2
22024/9/27
图31：由 z x2 y2 , x2 y2 1, z 0
围成的图形：
图32： 32024/9/27
图14：函数 函
z
1 ey
cos x yey
有无穷多个
极大值，但无极小值。
z 1 ey cos x yey
图15： 62024/9/27
抛物面 z x2 y2 被平面 x y z 1
截成一椭圆。
图16： 72024/9/27
椭球面
x2 a2
y2 b2
z2 c2
1 在
点
3 a, 3
x2 y2 2x
02024/9/27
图39：由曲面 z x2 y2 和平面
z 0, x 1, y 1 围成图形如下：
z 0, x 1, y 1
12024/9/27
图40：双曲抛物面 z xy 被柱面 x2 y2 1
所截得的图形如下：
x2 y2 1
图41： 22024/9/27
62024/9/27
图1（2）：x2 y2 z2 4, x2 y2 2x
的图形在第一卦限部分如下：
x2 y2 z2 4, x2 y2 2x
图2： 72024/9/27
（2）、曲线
xyz 1
y
21
处的切线
图3： 82024/9/27
（3） 曲线
2x2 y2 z2 16
图46：曲线 x2 y2 z2 1 y z 0
的图形如下：
常见的二次曲面
(1)
所确定的曲面称为椭球面.
用Oxy坐标平面(即z=0)截所给曲面，截痕为椭圆
x2 y2 2 2 1, a b z 0.
用平行于Oxy坐标平面的平面z=h截所给曲面，截
痕为椭圆
x2 y2 h2 2 2 1 2 , a b c z h.
x y 当h=±c时，截痕为 2 2 0，即截痕缩为一 a b 点.当|h|>c时，截痕为虚椭圆，说明椭球面与平面
用Oyz坐标面截所给曲面，截痕方程为
y2 z2 2 2 1, b c x 0.
无图形.
用平面x=h截所给曲面，其截痕方程为
y 2 z 2 h2 2 2 2 1, b c a x h.
b 2 当|h|>a时，其图形为椭圆，半轴分别为 h a2 a c 2 2 和 h a ； a
方程
x2 y2 z ( p, q同号) 2 p 2q
(5)
所确定的曲面为椭圆抛物面. 若p>0，q>0.利用截痕法可作出其图形.
六、双曲抛物面
x2 y2 z ( p, q同号) 方程 2 p 2q
确定的曲面为双曲抛物面.
(6)
设p>0，q>0.
用Oxy坐标面截所给曲面，截痕为两条直线
由方程
x2 y2 z 2 2 2 1 2 a b c
(3)
所确定的曲面称为双叶双曲面.
用Oxy坐标面截所给曲面，得截痕为双曲线
x2 y2 2 2 1, a b z 0.
用平面z=h截所给曲面，得截痕为双曲线
x2 y2 Βιβλιοθήκη 2 2 2 1 2 , a b c z h.
河海大学理学院《高等数学》常用二次曲面图形
椭球面是一种中心在某一点的平面距 离都相等的点集，其形状类似于椭圆， 但具有三个不同轴。在几何学中，椭 球面常用于描述某些天体的形状。
在物理学中的应用
旋转抛物面
旋转抛物面是抛物线绕其对称轴旋转形成的曲面，在物理学中常用于描述光学透镜的形状和光学系统的成像原理。
双曲面
双曲面是中心在某一点的平面距离不相等的点集，分为椭圆双曲面和双曲线双曲面两种。在物理学中，双曲面常 用于描述电磁波的传播和波动现象。
性分析。
05
总结与展望
总结
二次曲面图形分类
二次曲面图形是高等数学中一个重要的知识点，根据其方程形式的不同可以分为椭球面、 抛物面和双曲面等类型。这些不同类型的曲面在几何形状、性质和应用方面都有所不同。
二次曲面图形的性质
每种类型的二次曲面图形都有其独特的性质，如对称性、曲率、渐近线等。了解这些性质 有助于更好地理解二次曲面图形的几何特征，为后续的学习和应用打下基础。
二次曲面图形在科技领域的应用前景
随着科技的发展，二次曲面图形在科技领域的应用前景将更加广阔。例如，在计算机图形学中，二次曲面图形可以用 于制作更加逼真的三维模型；在航天工程中，可以利用二次曲面图形来设计更加优化的飞行器外形。
二次曲面图形的教育价值
在高等数学教育中，二次曲面图形是一个重要的知识点，对于培养学生的空间想象能力和几何直觉具有 重要意义。未来，随着教育理念和教学方法的改进，二次曲面图形的教育价值将得到更加充分的体现。
04
几何特性
双曲面的几何特性包括对称性和 旋转对称性，它在三维空间中呈 现出规则的形状。
01 03
总结词
双曲面是一种常见的二次曲面图 形，它由两个主轴和两个副轴组 成，形状类似于马鞍形。
高等数学-几种常见的二次曲面
母线 平行于 z 轴;
准线 xoy 面上的曲线 l1.
方程 G( y, z) 0 表示柱面,
母线 平行于 x 轴;
准线 yoz 面上的曲线 l2.
方程 H (z, x) 0 表示柱面,
y x l1
x z l3
z l2 y
母线 平行于 y 轴;
x
准线 xoz 面上的曲线 l3.
y
9
注:柱面方程与坐标面上的曲线方程容易混淆,应该
例如 :
11
下面我们重点讨论母线在坐标面,旋转轴是坐标轴 的旋转曲面.
建立yoz面上曲线C 绕 z 轴旋转所成曲面的方程:
给定 yoz 面上曲线 C: f ( y, z) 0
z
若点 M1(0, y1, z1) C, 则有 f ( y1, z1) 0
当绕 z 轴旋转时, 该点转到
求旋转曲面方程C时，平面
z oy
27
z
4. 椭圆锥面
z
x2 a2
y2 b2
z2
( a, b 为正数)
在平面 z t 上的截痕为椭圆
x2 (at)2
y2 (bt)2
1,
zt
①
xx
o yy
在平面 x＝0 或 y＝0 上的截痕为过原点的两直线 .
可以证明, 椭圆①上任一点与原点的连线均在曲面上. (椭圆锥面也可由圆锥面经 x 或 y 方向的伸缩变换
绕 y 轴旋转时得旋转曲面方程:
o
f ( y, x2 z2 ) 0
y
例3. 旋转抛物面
x
特点:母线C为抛物线,旋转轴L为抛物线的对称轴。
例如:将yoz平面上的抛物线C: z2 2 py
绕 y 轴旋转一周所产生的抛物面为:
二次曲面一般式
二次曲面的一般式可以表示为：
其中，( A, B, C, D, E, F, G, H, I, J ) 是常数。
这个方程描述了一个三维空间中的二次曲面，包括椭球、双曲面和抛物面等。
对于不同的二次曲面，我们可以根据一般式的系数来判断其类型：
1. 椭球：
- 如果( A > 0, B > 0, C > 0 )，且( (AD)^2 < ABC )，则方程表示一个椭球。
- 其中( A, B, C ) 分别代表椭球在三个坐标轴上的主半径的平方。
2. 双曲面：
- 如果( A > 0, B > 0, C > 0 )，但不满足椭球的条件，则方程表示一个双曲面。
- 双曲面可以进一步分为两个分支：单叶双曲面和双叶双曲面。
3. 抛物面：
- 如果( A, B, C ) 中有且仅有一个等于零，则方程表示一个抛物面。
- 抛物面有两种类型：平面抛物面和平行抛物面。
4. 圆锥曲线：
- 如果将二次曲面方程投影到某个平面上，可能会得到一个圆、椭圆、双曲线或抛物线，这些都是圆锥曲线。
5. 退化情况：
- 如果( A = B = C = 0 )，那么方程表示一个平面。
注意，二次曲面的类型取决于( A, B, C, D, E, F, G, H, I, J ) 的值以及它们之间的关系。
几种常见的二次曲面
2020年5月13日星期三
21
(0,0,0) y
2、 双曲抛物面（马鞍面）
x2 y2 a2 b2 z
z
o
x
y
z xy 也是双曲抛物面。
2020年5月13日星期三
22
八、一般的二次曲面
在研究一般的二次曲面时，要利用坐标变换将其方程变为标准方程。 1、坐标系的平移
k0 k0 k0
z
xo
y
2020年5月13日星期三
19
2、双叶双曲面
x2 y2 z2 a2 b2 c2 1
z y
0
或者
x2 y2 z2 a2 b2 c2 1
xzΒιβλιοθήκη o xy当 a=c 时为旋转双叶双曲面。
2020年5月13日星期三
20
七、抛物面
1、 椭圆抛物面
x2 a2
y2 b2
z
z
x
x y z a b
旋转单叶双曲面
x2 y2 z2 a2 b2 1
旋转双叶双曲面
14
例5
x2 y2 z2 1 是怎样形成的？
4 94
解：是由
x y xoy :
绕 y 轴转成
或 yoz : z2 y2 1 绕 y 轴转成 49
z
思考：方程 表示怎样的曲面？
x2
y2
R2
z
1、怎样形成？ 2、什么曲面？
解： 母线平行于 y 轴，准线为 xoz 面上的曲线（抛物线） 的抛物柱面。
x z
2020年5月13日星期三
5
G(x, z)
z
x z
xo
y
3）一般地，只含 y, z 而缺 x 的方程 H(y, z)=0在空间直角坐标系中表 示母线平行于 x 轴的柱面，其准线为 yoz 面上的曲线
几种常见的二次曲面 曲面方程的概念
柱面举例
z
z
y2 2x
o
y
o
x
x
抛物柱面
（2）椭圆
a
2
z2 c2
1绕
y 轴和
z 轴；
x 0
绕 y 轴旋转
y2 a2
x2 c2
z2
1
旋 转
椭
绕z 轴旋转
x2 a2
y2
z2 c2
1
球 面
（3）抛物线
y
2
2 pz绕
z 轴；
x 0
x2 y2 2 pz 旋转抛物面
15
三、柱面
在平面坐标系 x2 y2 1表示中心在原点的单位圆
如图 设 M( x, y, z),
z
d M1(0, y1, z1)
M F( y, z) 0
(1) z z1
（2）点 M 到 z 轴的距离
o
y
x
d x2 y2 | y1 |
将 z z1, y1 x2 y2 代入
F( y1, z1) 0
10
将 z z1, y1 x2 y2 代入 F( y1, z1) 0
F x, y2 z2 0.
12
例5.试建立顶点在原点,旋转轴为z轴,半顶角为
的圆锥面方程.
解:在yoz面上,直线 L的方程为
z y cot
z
L
M (0, y, z)
绕 z 轴旋转时, 圆锥面的方程为
z x2 y 2 cot
y
令a cot ,两边平方 x
得方程 F x2 y2 , z 0,
常见的九种二次曲面方程
常见的九种二次曲面方程九种二次曲面方程是指在三维空间中，常见的九种二次曲面的方程。
这些曲面在数学、物理、工程等领域中都有广泛的应用。
下面我们来逐一介绍这九种二次曲面方程。
1. 球面方程：$x^2+y^2+z^2=r^2$球面是一种最简单的二次曲面，它的方程表示了所有到原点距离为$r$的点的集合。
球面在几何学中有着广泛的应用，例如在计算球体的体积、表面积等方面。
2. 椭球面方程：$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}+\frac{z^2}{c^2}=1$椭球面是一种形状类似于椭圆的二次曲面，它的方程表示了所有满足上述条件的点的集合。
椭球面在物理学中有着广泛的应用，例如在描述行星、卫星、分子等的运动轨迹时。
3. 椭柱面方程：$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1$椭柱面是一种形状类似于椭圆的二次曲面，但它在$z$轴方向上是无限延伸的。
椭柱面在工程学中有着广泛的应用，例如在设计汽车、飞机等的外形时。
4. 双曲面方程：$\frac{x^2}{a^2}-\frac{y^2}{b^2}-\frac{z^2}{c^2}=1$双曲面是一种形状类似于双曲线的二次曲面，它的方程表示了所有满足上述条件的点的集合。
双曲面在物理学中有着广泛的应用，例如在描述电磁场、引力场等的分布时。
5. 抛物面方程：$z=ax^2+by^2+c$抛物面是一种形状类似于抛物线的二次曲面，它的方程表示了所有满足上述条件的点的集合。
抛物面在物理学中有着广泛的应用，例如在描述自由落体、抛体等的运动轨迹时。
6. 锥面方程：$z=\sqrt{x^2+y^2}$锥面是一种形状类似于圆锥的二次曲面，它的方程表示了所有满足上述条件的点的集合。
锥面在物理学中有着广泛的应用，例如在描述光线、声波等的传播时。
7. 圆锥面方程：$x^2+y^2=z^2$圆锥面是一种形状类似于圆锥的二次曲面，它的方程表示了所有满足上述条件的点的集合。
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