空间直角坐标系曲面是柱面得方程
微积分课件第3节 空间曲线及其在坐标面上的投影.
空间曲线在坐标面上的投影．
H ( x , y ) 0 R( y , z ) 0 z 0 x 0 T ( x , z ) 0 y 0
练习：P267:1(单)，2(单)，3，4(单)
第三节 空间曲线及其在坐标面上的投影
思考题
求椭圆抛物面2 y x z 与抛物柱面 2 2 x z 的交线关于 xoy面的投影柱面和 在 xoy面上的投影曲线方程.
柱面方程，因而曲线 在 x y
坐标面上的投影曲线是圆.
x 2 ( y 4)2 16
x2 y2 8 y , z 0 .
二、空间曲线在坐标面上的投影
例5 求曲线
x2 y2 z2 1 在坐标面上的投影. 1 z 2
解 （1）消去变量z后得 3 2 2 x y , 4 在 xoy 面上的投影为 3 2 2 x y 4, z 0
x 2 y 2 z 2 64 球面
x 2 ( y 4)2 16 圆柱面
面上的投影曲线的方程.
x 2 y 2 z 2 64 , 例4 求曲线 Γ : 在 xoy坐标 2 2 x y 8y
2 2 方程 x y 8y 解 就是 关于xoy 坐标面的投影
2 2
2 2 x 5 y 4 xy x 0 z 得投影 （1）消去 , z 0
x 2 5 z 2 2 xz 4 x 0 （2）消去y 得投影 , y 0 y z 2y z 0 . （3）消去x 得投影 x 0
2 2
2 x 3 y 3 z 6 表示平面，
x2 y2 1 2 x 3 y 3z 6
4.1柱面
《解析几何》－Chapter 4§1 柱面cylinderContents一、柱面的概念二、柱面的方程三、柱面的判定定理四、空间曲线的射影柱面平面v222x y a+=zxy o圆柱面v那族平行直线中的每一条直线，都叫做柱面的母线.定义4.1.1在空间，由平行于定方向且与一条定曲线相交的一族平行直线所生成的曲面叫做柱面（cylinder ），定方向叫做柱面的方向，定曲线叫做柱面的准线（directrix ），v准线准线母线v说明：柱面的准线不是惟一的，每一条与柱面的母线都相交的曲线都可以作为柱面的准线.一、柱面的概念x zy 0准线母线准线v注:一般柱面的准线不惟一,可用一张不平行于母线的平面与柱面相交得到的交线为准线.1 柱面的一般方程Ⅰ 准线方程()()12,,0,,0F x y z C F x y z =⎧⎪⎨=⎪⎩：Ⅱ 母线l 的方向数：,,X Y Z普通方法1M vCl设M 1(x 1, y 1, z 1)为准线上任意一点,①写出母线族方程:111x x y y z z X Y Z---==②写出参数x 1, y 1, z 1的约束条件:(,,),(,,).1111211100F x y z F x y z =⎧⎨=⎩(,,)0F x y z =③消去参数x 1, y 1, z 1得一个三元方程:1 柱面的一般方程()()12,,0,,0F x Xt y Yt z Zt F x Xt y Yt z Zt ---=⎧⎪⇒⎨---=⎪⎩Ⅰ 准线方程()()12,,0,,0F x y z C F x y z =⎧⎪⎨=⎪⎩：Ⅱ 母线l 的方向数：,,X Y Z()()11112111,,0,,0F x y z F x y z =⎧⎪⇔=⎨⎪⎩分析：()1111 ,,M x y z C ∈∀11M CM l∈⎧⇔⎨∈⎩t=(),,0F x y z ⇒=1M vCl母线方程111x x y y z z X Y Z---==例1柱面的准线方程为，而母线的方向数是，求这柱面的方程.2222221222⎧++=⎪⎨++=⎪⎩x y z x y z ，1,0,1-解:设M 1(x 1, y 1, z 1)为准线上任意一点,111101x x y y z z ---==-(x 1, y 1, z 1为参数)且22211122211111222⎧++=⎪⎨++=⎪⎩,(),x y z x y z 为消参数x 1, y 1, z 1,可设111101x x t y y z z ---===-则111,,=+==-x x t y y z z t 代入(1)式得2222221222⎧+++-=⎪⎨+++-=⎪⎩()(),()(),x t y z t x t y z t 消去参数t ,并化简得所求柱面方程:22()1++=x z y 222210.+++-=x y z xz 即约束方程例2：已知圆柱面的轴为点(1,-2,1)在此圆柱面的方程.11,122x y z -+==--v 轴0(0,1,1)M -1(1,2,1)M -分析普通方法:关键:求圆柱面的准线(圆)方程.{,,},=--122v (,,)-0011M 圆柱面的轴:以M 0为球心, M 0M 1为半径的球面球面:平面:过点M 1为与轴垂直的平面()()()--+--=122210x y z ()()+-++=2221114x y z 圆柱面的准线方程:()()⎧+-++=2221114x y z =0114M M例1柱面的准线方程为，而母线的方向数是，求这柱面的方程.2222221222x y z x y z ⎧++=⎪⎨++=⎪⎩，1,0,1-例2已知圆柱面的轴为，点在此圆柱面上，求这个圆柱面的方程.11122x y z -+==--()1,2,1P -二、柱面的方程还有其它方法吗？vMr 轴圆柱面:设圆柱面的轴线为000---==x x y y z z X Y Z0000(,,)M x y z 其中:0000(,,)M x y z 为轴线上的定点,{,,}=v X Y Z 为轴线方向向量.(,,)M x y z 是圆柱面上任意点①0⨯⇔= M M vvr ①已知轴线及半径②已知轴线及柱面上一定点M 1②010M M v v v vM M ⨯⨯⇔==1111(,,)M x y z解:圆柱面的轴的方向向量:{1,2,2},v --=0(0,1,1)M -为轴上定点.(,,)M x y z 设是圆柱面上任意点,且点M 1(1,-2,1)在此圆柱面上,则点M 与点M 1在到轴的距离相等,即:001M M M M v vv v⨯⨯=010 M M M v v M ⇒⨯=⨯ kj i 1 1x y z -+1 -2 -2⇒k j i 1 3 2-1 -2 -2=⇒例2已知圆柱面的轴为，点在此圆柱面上，求这个圆柱面的方程.11122x y z -+==--()11,2,1M -12222=+by a x zxyo 椭圆柱面（直角坐标系）方程的形式与柱面的图形特征之间有联系吗？三、柱面的判定定理三、柱面的判定定理定理4.1.1在空间直角坐标系中，只含有两个元（坐标）的三元方程所表示的曲面是一个柱面，它的母线平行于所缺元（坐标）的同名坐标轴。
空间直角坐标系与曲面
描述向量的方向和大小
通过在空间直角坐标系中表示向量的 坐标，可以确定该向量的方向和大小。
计算几何量
利用空间直角坐标系可以方便地计算 几何量，如两点之间的距离、点到直 线的距离等。
解决几何问题
通过建立空间直角坐标系，可以将几 何问题转化为代数问题，从而简化解 题过程。
02
曲面
曲面的定义与分类
定义
曲面是三维空间中连续变化的二维图 形，由三维空间中的点按照某种规则 确定。
分类
曲面可以根据形状、形成方式、参数 方程等进行分类，如球面、锥面、柱 面等。
常见曲面及其性质
球面
球面是中心点与周围点距 离相等的曲面，具有对称 性、封闭性和光滑性等性 质。
锥面
锥面是有一个顶点与周围 点距离逐渐减小的曲面， 具有指向顶点的指向性。
柱面
柱面是沿着一条直线方向 上所有点具有相同距离的 曲面，具有对称性和延展 性。
换。
转换的应用
03
坐标转换在解决几何问题、进行数值分析和进行图形处理等方
面具有广泛的应用。
04
曲面在几何学中的实际应 用
建筑学中的曲面应用
建筑设计
曲面在建筑设计中广泛应用，如穹顶、拱形结构、流线型外观等， 能够创造出独特的美学效果和空间体验。
建筑结构
曲面结构能够提供更好的受力性能，如桥梁、大跨度结构等，利用 曲面形状实现轻量化、稳定性更高的结构。
船舶设计
曲面在船舶设计中也扮演重要角色，如船体、甲 板和船舱等，通过合理的曲面设计提高船舶的稳 定性、安全性和舒适性。
计算机图形学中的曲面应用
3D建模
在计算机图形学中，曲面是创建三维模型的基本元素，通过各种曲 面建模技术可以创建出逼真的场景和角色。
柱面
例2：已知圆柱面的轴为
x 1 y 1 z 3 2 1 2
，
点 (2,1,1) 在此圆柱面上,求这个圆柱面的方程.
柱面的判定定理：
定理4.1.1
在空间直角坐标系中，只含有两个元（坐标） 的三元方程所表示的曲面是一个柱面，它的母线 平行于所缺元（坐标）的同名坐标轴。
只含 x , y 而缺 z 的方程 F ( x , y ) 0 ，在 空间直角坐标系中表示母线平行于 z 轴的柱 面，其准线为 xoy 面上曲线 C :F ( x , y ) 0 .
从柱面方程看柱面的特征：
实 例
y z 2 1 2 b c x y 2 1 2 a b
x 2 2 pz
2 2
2
2
椭圆柱面， 母线// x 轴 双曲面 ， 母线// z轴
抛物面，
母线// y 轴
1. 椭圆柱面
2. 双曲柱面
x y 2 1 2 a b
z
2
2
x2 y2 2 2 1 a b
准线方程：
F1 ( x, y, z) 0 F ( x, y, z) 0 2
方向数： X，Y，Z
母线
准 线
2 2 2 x y z 1 例1: 已知一个柱面的准线方程为 2 2 2 2 x 2 y z 2 其母线的方向数是－1，0，1，求该柱面的方程.
,
第四章 柱面、锥面、旋转曲面与二次 曲面
曲面的实例：水桶的表面、台灯的罩子面等. 曲面在空间解析几何中被看成是点的几何轨迹．
曲面方程的定义: 如果曲面 S 与三元方程 F ( x , y , z ) 0 有下述关系：
(1) 曲面 S 上任一点的坐标都满足方程；
空间解析几何基本知识《微积分》
39
例3. 求坐标面 xoz 上的双曲线 轴和 z 轴旋转一周所生成的旋转曲面方程. 解:绕 x 轴旋转 所成曲面方程为
分别绕 x
x y z 1 2 2 a c 绕 z 轴旋转所成曲面方程为
2 2 2
z
x y z 2 1 2 a c 这两种曲面都叫做旋转双曲面.
2 2 2
x
y
7-1 空间解析几何基本知识
1
第七章 第一节 空间解析几何基本知识
一、空间直角坐标系
二、曲面及其方程的概念 三、几种常见的曲面及其方程
2
复习
1.空间直角坐标系
Ⅲ
z 轴(竖轴)
z zox 面
Ⅱ
yoz面
Ⅳ
xoy面
Ⅶ
Ⅷ
o
y
Ⅵ
Ⅴ
Ⅰ
y轴(纵轴)
x
x轴(横轴)
3
复习
2.平面基本方程: 一般式 截距式 3.平面一般方程 Ax By Cz D 0 ( A2 B2 C 2 0) 的几种特殊情况： (1) D 0, 平面A x + B y + C z = 0通过坐标原点；
y
7
一般的 (1) 定义 平行于定直线并沿定曲线C 移动的直线L所 形成的曲面称为柱面.
这条定曲线C 叫
柱面的准线，动
直线L 叫柱面的 母线. 观察柱面的形 成过程: C
8
三、柱面
(1) 定义 平行于定直线并沿定曲线C 移动的直线L所 形成的曲面称为柱面. 这条定曲线C 叫 柱面的准线，动
直线L 叫柱面的
x2 y2 4
y x 1
以 z 轴为中心轴的圆 柱面
平行于 z 轴的平面
空间直交坐标系
空间直交坐标系————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：时间安排第 1 周，第１次课章节名称§7. 1 空间直角坐标系及曲面，曲线的方程教学目的1、理解空间直角坐标系，理解柱面的定义；2、会求两点之间的距离，会求空间曲线在坐标面上的投影教学重点与难点教学重点：1、点的坐标，两点的距离；2、柱面方程。
教学难点：空间曲线在坐标面上的投影教学内容与过程设计一．空间直角坐标系1．点的坐标●简述为什么要建立空间直角坐标系●讲清空间直角坐标系的构成，特别要说明三条坐标轴习惯上符合右手系规则●三个坐标面，八个卦限●空间一点在三个坐标轴的投影，在三个坐标面的投影●空间一点与有序数组的关系，点的坐标2。
空间两点间的距离例１求证以M1(4, 3, 1)、M2 (7, 1, 2)、M3 (5, 2, 3)三点为顶点的三角形是一个等腰三角形.解因为 | M1M2|2 =(7-4)2+(1-3)2+(2-1)2 =14,| M2M3|2 =(5-7)2+(2-1)2+(3-2)2 =6,| M1M3|2 =(5-4)2+(2-3)2+(3-1)2 =6,所以|M2 M3|=|M1M3|,即∆M1 M2 M3为等腰三角形.例２在z轴上求与两点A(-4, 1, 7)和B(3, 5,-2)等距离的点.解设所求的点为M(0, 0,z),依题意有|MA|2=|MB|2,即 (0+4)2+(0-1)2+(z-7)2=(3-0)2+(5-0)2+(-2-z)2.解之得914=z,所以,所求的点为)914,0,0(M.二．曲面及方程１．曲面方程的概念２．柱面方程●柱面的定义，准线，母线●圆柱面，椭圆柱面，双曲柱面，抛物柱面的方程及图形三．空间曲线及方程１．空间曲线的一般方程２．空间曲线的参数方程３．空间曲线在坐标面上的投影教学内容与过程设计●定义●求投影的一般方法●求投影的观察法四．习题中的难点●Ｐ１０―６（１）该题难在作图及选参数例题选讲：空间两点间的距离例3设P在x轴上, 它到)3,2,0(1P的距离为到点)1,1,0(2-P的距离的两倍, 求点P的坐标.例4求曲线222420x y zz y⎧++=⎨-=⎩分别在xoy面与zox面上的投影的方程例5将下列曲线的一般方程化为参数方程2221x y zx y⎧++=⎨+=⎩教学后记**“教学后记”是授课完毕之后，教师对授课准备情况、授课过程及授课效果的回顾与总结，因此，教师应及时手写补充完整本部分内容。
特殊曲面及其方程--柱面、锥面、旋转面知识讲解
特殊曲面及其方程--柱面、锥面、旋转面引言空间解析几何所研究的曲面主要是二次曲面。
但是也可以研究一些非二次特殊曲面。
本论文中将利用直线或曲线适合某几何特征来建立一些曲面的方程。
主要讨论由直线产生的柱面和锥面，曲线产生的旋转曲面这三大类。
1.柱面定义1：一直线平行于一个定方向且与一条定曲线Γ相交而移动时所产生的曲面叫做柱面（图1），曲线Γ作叫做准线。
构成柱面的每一条直线叫做母线。
显然，柱面的准线不是唯一的，任何一条与柱面所有母线都相交的曲线都可以取做柱面的准线，通常取一条平面曲线作为准线。
特别地，若取准线Γ为一条直线，则柱面为一平面，可见平面是柱面的特例。
下面分几种情形讨论柱面的方程。
1.1 母线平行于坐标轴的柱面方程选取合适的坐标系，研究对象的方程可以大为化简。
设柱面的母线平行于z 轴，准线为Oxy 面上的一条曲线，其方程为：(),00f x y z =⎧⎪⎨=⎪⎩图1u v又设(),,P x y z 为柱面上一动点（图2），则过点P 与z 轴平行的直线是柱面的一条母线，该母线与准线Γ的交点记为(),,0M x y ，因点M 在准线上，故其坐标应满足准线方程，这表明柱面上任一点(),,P x y z 的坐标满足方程(),0f x y =反过来，若一点(),,P x y z 的坐标满足方程(),0f x y =，过P 作z 轴的平行线交Oxy 面于点M ，则点M 的坐标(),,0x y 满足准线Γ的方程(),0,0f x y z ==，这表明点M 在准线Γ上，因此直线MP 是柱面的母线 (因为直线MP 的方向向量为{}{}0,0,||0,0,1z )，所以点P 在柱面上。
综上所述，我们有如下结论：母线平行上于z 轴，且与Oxy 面的交线为(),0,0f x y z ==的柱面方程为：(),0f x y = （1）它表示一个无限柱面。
若加上限制条件a z b ≤≤，变得它的一平截段面。
同理，母线平行于x 轴，且与Oyz 面的交线为(),0,0g y z x ==的柱面方程为(),0g y z =；母线平行于y 轴，且与Ozx 面的交线为(),0,0h x z y ==的柱面方程为(),0h x z =。
第四节 曲面及其方程
2
z1 )
2
y
b 2 (c 2 c2
2
z12 )
1
x
a
(3) 当 a＝b 时为旋转椭球面; 当a＝b＝c 时为球面.
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3 抛物面
x2 y2 2 2z (1) 椭圆抛物面 2 p q
z
标准方程
截痕:
用z = a截曲面 椭圆
用y = b截曲面
抛物线 用x = c截曲面
1
双叶双曲面
x2 y2 2 2 a b
1
• 柱面:
x2 y2 2 1 2 a b
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3. 两条相交直线
z2 y2 2 2 = 0 b a x = 0
z
绕 z 轴旋转一周. 得 圆锥面
z x y 0 2 2 a b
2 2 2
o
y
当a = b = 1时,
x
圆锥面为
z x2 y2 .
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y 2 az 绕 z 轴旋转一周, 得 4. 抛物线 x0 z 旋转抛物面 x 2 y 2 az
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例9 指出下列方程的图形: 方 程
x5
x y 9
2 2
平面解析几何中
空间解析几何中
平行于 y 轴的直线 平行于 yOz 面的平面
圆心在(0,0) 半径为 3 的圆 斜率为1的直线 以 z 轴为中心轴的 圆柱面 平行于 z 轴的平面
y x 1
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结束
四、二次曲面
x2 y2 2 z 2 p q
z
截痕: 用z = a截曲面
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空间直角坐标系曲面是柱面的方程
一、概述
空间直角坐标系是解析几何中的重要概念，其中曲面是曲线在三维空
间中的延伸，而柱面是一种特殊的曲面。
在解析几何中，研究空间直
角坐标系曲面的方程是一项重要的课题，本文将重点介绍空间直角坐
标系中柱面的方程。
二、柱面的定义
在空间直角坐标系中，柱面是由一直线（轴线）和平行于此直线的所
有直线（侧面直线）组成的集合。
简单来说，柱面就是平行于同一直
线的无数直线在三维空间中形成的曲面。
在数学上，柱面可以用方程
表示，方程的形式与柱面的特性密切相关。
三、空间直角坐标系中柱面的一般方程
1. 一般方程形式
空间直角坐标系中柱面的一般方程形式为：
Ax^2 + By^2 = 2Fxy + 2Gx + 2Hy + C
其中A、B、F、G、H、C为常数，且A、B不全为零。
2. 方程的几何意义
这一般方程实际上描述了一个二次曲面在空间中的形状。
当A、B、F、G、H、C都为实数时，这个方程表示了一个实数系数的二次曲面，
它可以是一个椭圆柱面、双曲柱面或抛物柱面。
四、求解柱面的方程
空间直角坐标系中的柱面方程可以通过以下步骤求解：
1. 根据柱面的特性确定方程的一般形式。
2. 根据所给的条件，代入方程中的系数，得出准确的柱面方程。
五、实际应用
空间直角坐标系中柱面的方程在实际生活中有许多应用。
在建筑设计中，通过对立体图形的分析，可以使用柱面方程来描述建筑物的柱状结构，在工程设计中也可以用柱面方程描述柱状物体的形状。
在数学建模中，柱面方程的求解可以帮助我们更好地理解和分析实际问题。
六、总结
空间直角坐标系曲面是柱面的方程是解析几何中的重要内容，通过理解柱面的定义和特性，我们可以掌握求解柱面方程的方法，并且了解柱面方程在实际应用中的意义。
在学习和应用解析几何的过程中，深入研究空间直角坐标系曲面是柱面的方程，对于提高数学建模和工程设计的能力也是十分有益的。
七、参考文献
[1] 董西立.解析几何[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2] 高等数学教研组.高等数学[M].北京:高等教育出版社,2010.八、进一
步探讨柱面的方程
1. 柱面的参数方程
除了一般方程外，柱面也可以用参数方程表示。
对于平行于z轴的直线，可以使用以下参数方程：
x = pt + a
y = qt + b
z = t
其中p和q是柱面的斜率，a、b为空间直角坐标系中的一点，t为参数。
通过参数方程可以更清晰地表达柱面的特性，方便在数学分析和建模中进行进一步的研究和计算。
2. 不规则柱面的方程
在实际应用中，柱面并不总是规则的几何形状，有时侧面直线的位置和方向都不尽相同，这样形成的柱面就是不规则柱面。
对于不规则柱面，其方程的形式可能会更加复杂，需要通过数学建模和分析来求解。
不规则柱面的方程可以通过将柱面投影到适当的坐标面上，进行适当的坐标变换，再利用几何关系和代数方法来求解。
3. 柱面方程的解析和求交
为了更好地理解柱面在空间中的位置和形状，有时需要对柱面方程
进行解析和求交。
在解析几何中，可以利用柱面的方程和其他曲面的
方程进行求交，从而得到柱面与其他物体的几何关系。
求解柱面方程的交点、交线等几何关系，可以帮助我们更清晰地了
解柱面的形状特性以及它与其他物体的相互作用。
九、柱面方程的应用领域
1. 工程设计
在工程设计中，柱面方程常常用于描述柱状物体的形状和位置。
在
机械零件设计中，通过柱面方程可以精确地描述轴承孔、螺纹孔等柱
状结构的形状和尺寸，为零件的加工和装配提供准确的设计依据。
2. 建筑设计
在建筑设计领域，柱面方程可以用于描述建筑物中的柱状结构。
通
过分析柱面方程，设计师可以确定建筑物内柱子的形状、位置和大小，从而保证建筑结构的稳定性和美观性。
3. 数学建模
在数学建模中，柱面方程可以用于描述柱状物体在空间中的位置和
形状变化。
通过分析柱面方程，数学建模者可以模拟柱面在不同条件
下的运动和变形情况，为相关领域的研究和应用提供数据支持。
4. 计算机图形学
在计算机图形学中，柱面方程可以用于构建和渲染柱状物体的三维模型。
通过柱面方程，计算机图形学者可以精确地描述和呈现柱状物体的形状、纹理等细节，为计算机动画、虚拟现实等领域的应用提供技术支持。
十、结语
空间直角坐标系曲面是柱面的方程是解析几何中一个重要而复杂的课题。
通过对柱面的定义、一般方程、参数方程、应用领域等方面进行全面的了解和分析，我们可以更深入地掌握空间直角坐标系中柱面的方程及其在实际生活中的应用。
对于学习者来说，通过理论知识的学习和实际问题的分析，可以更好地掌握柱面方程的求解方法和应用技巧，为日后在数学研究、工程设计等领域的实际应用打下坚实的基础。
期望本文所介绍的有关空间直角坐标系曲面是柱面的方程的内容，能够对各个领域的专业人士和学习者有所启发，进一步拓展对此方面知识的理解和应用能力。
随着科学技术的不断进步和发展，相信空间直角坐标系曲面的研究会有更广阔的应用前景，对推动相关领域的发展和进步将发挥重要作用。