几种常见的二次曲面 曲面方程的概念
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高等数学(同济第六版)D8-4名师公开课获奖课件百校联赛一等奖课件
f ( x2 y2 , z) 0.
曲线 C : f ( y, z) 0 绕 y 轴旋转的旋转曲面 :
f ( y, x2 z2 ) 0.
曲线 C : f ( x, y) 0 绕 x 轴旋转的旋转曲面 :
f ( x, y2 z2 ) 0.
曲线 C : f ( x, z) 0 绕 z 轴旋转的旋转曲面 :
z
2
2
表示什么曲线 ?
( x a )2 y2 ( a )2 表示
2
2
母线平行于 z 轴,准线是xOy
o ay
x
面上以点 ( a ,0) 为中心,半径 2
为 a 的圆周的柱面 . 2
表达上半球面与圆柱面旳交线C.
二、空间曲线旳参数方程
x x(t)
y
y(t )
空间曲线旳参数方程
z z(t)
当给定 t t1 时，就得到曲线上的一个点 ( x1 , y1 , z1 )，随着参数的变化可得到曲线上的全
部点.
例 1．如果空间一点 M 在圆柱面 x 2 y2 a 2
上以角速度 绕z 轴旋转，同时又以线速度v 沿平
行于z 轴的正方向上升（其中 、 v 都是常
数），那么点 M 构成的图形叫做螺旋线．试建立
类似地能够定义曲线C在其他坐标 面上旳投影.
投影曲线
三、空间曲线在坐标面上旳投影
投影(曲线)旳拟定
设空间曲线C旳一般方程为
投影柱面
方程组中旳两个方程消去变量z后可 得一种有关x, y旳方程
H(x y)0 这就是曲线C有关xOy面旳投影柱面旳方程.
曲线C在xOy面上旳投影曲线旳方程为
投影曲线
F(x, y, z) 0 C : G( x, y, z) 0
曲线 C : f ( y, z) 0 绕 y 轴旋转的旋转曲面 :
f ( y, x2 z2 ) 0.
曲线 C : f ( x, y) 0 绕 x 轴旋转的旋转曲面 :
f ( x, y2 z2 ) 0.
曲线 C : f ( x, z) 0 绕 z 轴旋转的旋转曲面 :
z
2
2
表示什么曲线 ?
( x a )2 y2 ( a )2 表示
2
2
母线平行于 z 轴,准线是xOy
o ay
x
面上以点 ( a ,0) 为中心,半径 2
为 a 的圆周的柱面 . 2
表达上半球面与圆柱面旳交线C.
二、空间曲线旳参数方程
x x(t)
y
y(t )
空间曲线旳参数方程
z z(t)
当给定 t t1 时，就得到曲线上的一个点 ( x1 , y1 , z1 )，随着参数的变化可得到曲线上的全
部点.
例 1．如果空间一点 M 在圆柱面 x 2 y2 a 2
上以角速度 绕z 轴旋转，同时又以线速度v 沿平
行于z 轴的正方向上升（其中 、 v 都是常
数），那么点 M 构成的图形叫做螺旋线．试建立
类似地能够定义曲线C在其他坐标 面上旳投影.
投影曲线
三、空间曲线在坐标面上旳投影
投影(曲线)旳拟定
设空间曲线C旳一般方程为
投影柱面
方程组中旳两个方程消去变量z后可 得一种有关x, y旳方程
H(x y)0 这就是曲线C有关xOy面旳投影柱面旳方程.
曲线C在xOy面上旳投影曲线旳方程为
投影曲线
F(x, y, z) 0 C : G( x, y, z) 0
几种常见的曲面及其方程精
z
f ( y1, z1) ? 0
C
当绕 z 轴旋转时, 该点转到
M(x, y, z) , 则有
z ? z1, x2 ? y2 ? y1
故旋转曲面方程为
M (x, y, z)
o x
M1(0, y1, z1)
y
f ( ? x2 ? y2 , z) ? 0
思考：当曲线 C 绕 y 轴旋转时，方程如何？
z C : f ( y, z) ? 0
x2 a2
?
y2 b2
?
z2 c2
?
1 单叶双曲面 ? 1 双叶双曲面
图形
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,
z? t
①
xx
o yy
在平面 x＝0 或 y＝0 上的截痕为过原点的两直线 .
z
x l1
y z l2
x z l3
x
y y
3、旋转曲面
一条平面曲线 绕其平面上一条 定直线旋转 一周 所形成的曲面叫做 旋转曲面. 该定直线称为 旋转 轴.
例如 :
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
若点 M1(0, y1, z1) ? C, 则有
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
得到, 见书 P316 )
分别绕 x
轴和 z 轴旋转一周所生成的旋转曲面方程 .
2.1.曲面及其方程ppt课件
z
圆
柱
l
面
oo
y
x
注意：在空间直角坐标系，缺项方程〔不完全方程〕的 图形是柱面.
:
18
z
(1) y 2 2 x 表示抛物柱面,
母线平行于 z 轴;
准线为xoy 面上的抛物线.
o
(2) x y 0表示母线平行于
z 轴的平面.
x
z
(且 z 轴在平面上)
注意：描述柱面只须指出
其准线及母线.
o
x
准线
:
用坐标面和平行于坐标面的平面与曲面相截, 考察其交线(即截痕)的形状, 然后加以综合, 从而 了解曲面的全貌．
以下用截痕法讨论几种常见的二次曲面．
:
23
(1) 椭球面
z
x2 y2 z2 a2 b2 c2 1
O y
1 用坐标面z = 0 , x = 0
x
和y = 0去截割,分别得椭圆
x 2 a2
三元二次方程
椭球面
x2 y2 z2 a2 b2 c2 1
抛物面
椭圆抛物面
双曲抛物面
(p,q同号) x 2 y 2 z 2 p 2q
x2 y2 z
2 p 2q
双曲面 单叶双曲面
双叶双曲面
椭圆锥面
x2 y2 z2 a2 b2 c2 1
x2 a2
y2 b2
z2
x2 y2 z2 a2 b2 c2 1
dx2y2 |y1|
将 z z1 , y 1 x 2y2代入 f(y1,z1)0
:
10
将 z z 1 , y 1 x 2 y 2代入 f(y1,z1)0
得方程 f( x2y2, z)0.
(完整版)7-6旋转曲面和二次曲面解析
观察柱面的形 成过程:
三、柱面
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:
三、柱面
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:
三、柱面
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:
三、柱面
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.
f (x, y,0) 0
将将yx轴方x1向, y的长ba度y伸1a代缩回ba原倍方,程得,得y1,即y1
b a
y,
f (x1, b y1, 0) 0
即得伸缩变形后的曲线方程.
即:y轴方向的长度伸缩
b a
倍,则用 a b
y 代替原方程中的y
如将y轴方向的长度伸缩 b 倍,则
a
直线y=x,变形为
a yx ybx
观察柱面的形 成过程:
三、柱面
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:
三、柱面
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.
三、柱面
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:
三、柱面
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:
三、柱面
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:
三、柱面
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.
f (x, y,0) 0
将将yx轴方x1向, y的长ba度y伸1a代缩回ba原倍方,程得,得y1,即y1
b a
y,
f (x1, b y1, 0) 0
即得伸缩变形后的曲线方程.
即:y轴方向的长度伸缩
b a
倍,则用 a b
y 代替原方程中的y
如将y轴方向的长度伸缩 b 倍,则
a
直线y=x,变形为
a yx ybx
观察柱面的形 成过程:
三、柱面
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:
三、柱面
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.
8-3 曲面及其方程
（2）用坐标面 xoz ( y 0)与曲面相截
截得中心在原点的双曲线.
x2 a2
z2 c2
1
y
0
实轴与 x 轴相合， 虚轴与 z 轴相合.
返回
与平面 y y1 ( y1 b) 的交线为双曲线.
x2
a
2
z2 c2
1
y12 b2
双曲线的中心都在 y轴上.
y y1
(1) y12 b2 , 实轴与 x 轴平行, 虚轴与 z 轴平行.
y
o
x
x
抛物柱面
平面
y
y x
返回
从柱面方程：
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 .（其他类推）
实 例
x2 y2 1 a2 b2
椭圆柱面 // z轴
x2 z2 1
双曲柱面 // y轴
a2 c2
y 2 2 px 抛物柱面 // z 轴
椭球面
平面 xk (|k|<a) 与椭球面的交线也是椭圆；
平面 yk (|k|<b) 与椭球面的交线也是椭圆；
返回
椭球面
椭球面 x2 y 2 z 2 1的图形： a2 b2 c2
椭球面的画法：
z
1．选择坐标系；
2．画坐标面与曲面的交线；
c
3．画出轮廓线。
O a x
b y
返回
椭球面的几种特殊情况：
y
0
.
x
返回
z
抛物面
x2 y2 z （ p 与 q 同号） 2 p 2q
椭圆抛物面
o
用截痕法讨论： 设 p 0, q 0 x
03曲面及其方程、二次曲面
C:
f ( y, z) 0
x
0
绕oz轴旋转得旋转曲面
f( x2y2,z)0
2. yoz平面上的母线
C:
f ( y, z) 0
x
0
绕oy轴旋转得旋转曲面
f(y, x2z2)0
3.
xoy平面上的母线
C:
f (x,
z
0
y)
0
绕ox轴旋转得旋转曲面
x2 y2 z 2p 2q
( p与q同号 )
用截痕法讨论： 设 p0,q0
z
2019/10/17
o x
y
19
高等数学（下）主讲杨益民
（三）双曲面
（1）
x2 a2
by22
cz22
1
单叶双曲面
z
z
o
y
o
y
x x
.
2019/10/17
20
高等数学（下）主讲杨益民
（2）
x2 a2
by22
f(x, y2z2)0
2019/10/17
7
高等数学（下）主讲杨益民
例6
求xoz坐标面的上双曲线C：
x2 a2
z2 c2
1
分别绕x轴和z轴
一周生成的旋转曲面的方程。 y 0
解：
绕 x轴 旋 转 x2 a2
y2 z2 c2
1
旋 转
双
绕 z轴 旋 转x2a2y2 cz22 1
曲 面
直线L绕另一条与L相交的直线旋转一周，所得旋转曲面叫 圆锥面，两直线的交点叫圆锥面的顶点，两直线的夹角叫 圆锥面的半顶角。
空间曲面及其方程
旋转面的方程 z
f ( y, z ) 0 曲线 C 绕 z轴 x 0
C
o
y
旋转面的方程 z
f ( y, z ) 0 曲线 C x 0
.
绕 z轴
C
o
y
x
旋转面的方程 z
f ( y, z ) 0 曲线 C x 0
旋转一周得旋转曲面 S
绕 z轴
顶点在原点的圆锥面称为正圆锥面。
试建立顶点在原点, 旋转轴为z 轴, 半顶角为 的圆锥面方程.
z
L
解: 在yoz面上直线L 的方程为
绕z 轴旋转时,圆锥面的方程为
M (0, y, z )
y
两边平方
x
z2 a2 ( x2 y2 )
正圆锥面：
x2 y2 z2
x2 y2 z2 2 2 2 a b c
过球面一点，且与过这点的半径垂直的平面 成为切平面，该点称为切点。
例 求过点 (1,2,5) 且与3个坐标面相切的球面方 程。
解： 显然整个球面在同一卦限， 又由于(1,2,5)在第一卦限，故该球面在 第一卦限。
设球心为 ( u, v , w )，则球面到3个坐标面的距离 为 u, v , w .由条件知 uvw
2
2
y2 x2 z2 绕 y 轴的曲面方程为： 2 1 2 b c x y z 2 1 绕 z 轴的曲面方程为： 2 b c
2 2 2
3 锥面 以直线通过一定点， 一条固定曲线移动所
z
产生的曲面成为锥面。
动直线 定点 固定线 母线 顶点
x 顶点 0 y
准线
准线
准线为圆周的锥面称为圆锥面。
第3节曲面及其方程
18
一般地 :
F ( x , y ) = 0, F ( y , z ) = 0, F ( x , z ) = 0
在空间都表示一个柱面 .
上面方程中缺少哪个变 量, 就 表示此柱面与哪个坐标 轴平行 .
19
四、二次曲面
曲面方程 :
F ( x, y, z ) = 0
如x + ( y − 1) + z = 1
y
d = x + y =| y1 |
将 z = z1 , y1 = ± x 2 + y 2 代入
F( y1, z1) = 0
9
将 z = z1 , y1 = ± x + y
2
2
得方程 F ±
所以
x + y , z = 0, F ( y , z ) = 0 绕 z 轴旋转曲面方程 旋转曲面方程.
2 2
( 2) a = b = c ,
x2 y2 z2 1 球面 2 + 2 + 2 = a a a
方程可写为 x 2 + y 2 + z 2 = a 2 .
24
（二）抛物面
x2 y2 + = z （ p 与 q 同号） 同号） 2 p 2q
椭圆抛物面 用截痕法讨论： 设 p > 0, q > 0 用截痕法讨论： （1）用坐标面 xoy ( z = 0) 与曲面相截 ） 截得一点， 截得一点，即坐标原点 O ( 0,0,0) 原点也叫椭圆抛物面的顶点 原点也叫椭圆抛物面的顶点. 顶点
2 2 2
二次曲面： 三元二次方程所表示的曲面称之． 二次曲面： 三元二次方程所表示的曲面称之．
相应地平面被称为一次曲面． 相应地平面被称为一次曲面． 一次曲面
一般地 :
F ( x , y ) = 0, F ( y , z ) = 0, F ( x , z ) = 0
在空间都表示一个柱面 .
上面方程中缺少哪个变 量, 就 表示此柱面与哪个坐标 轴平行 .
19
四、二次曲面
曲面方程 :
F ( x, y, z ) = 0
如x + ( y − 1) + z = 1
y
d = x + y =| y1 |
将 z = z1 , y1 = ± x 2 + y 2 代入
F( y1, z1) = 0
9
将 z = z1 , y1 = ± x + y
2
2
得方程 F ±
所以
x + y , z = 0, F ( y , z ) = 0 绕 z 轴旋转曲面方程 旋转曲面方程.
2 2
( 2) a = b = c ,
x2 y2 z2 1 球面 2 + 2 + 2 = a a a
方程可写为 x 2 + y 2 + z 2 = a 2 .
24
（二）抛物面
x2 y2 + = z （ p 与 q 同号） 同号） 2 p 2q
椭圆抛物面 用截痕法讨论： 设 p > 0, q > 0 用截痕法讨论： （1）用坐标面 xoy ( z = 0) 与曲面相截 ） 截得一点， 截得一点，即坐标原点 O ( 0,0,0) 原点也叫椭圆抛物面的顶点 原点也叫椭圆抛物面的顶点. 顶点
2 2 2
二次曲面： 三元二次方程所表示的曲面称之． 二次曲面： 三元二次方程所表示的曲面称之．
相应地平面被称为一次曲面． 相应地平面被称为一次曲面． 一次曲面
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17
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,
所以
F( y, z) 0 绕 z 轴旋转曲面方程.
F x2 y2 , z 0,
同理： F( y, z) 0 绕 y 轴旋转曲面方程
F y, x2 z2 0.
类似 曲线 C: F( x, y) 0 绕 x 轴旋转曲面方程.
所求方程为
x x0 2 y y0 2 z z0 2 R2
特殊地：球心在原点时方程为
x2 y2 z2 R2 4
例 2 求与原点 O 及 M0(2,3,4) 的距离之比为1: 2 的点的全体所组成的曲面方程.
解 设 M ( x, y, z) 是曲面上任一点，
F x, y2 z2 0.
11
曲线 C: F ( x, y) 0 绕 y 轴旋转曲面方程.
F x2 z2 , y 0,
类似 曲线 C: F ( x, z) 0 绕 z 轴旋转曲面方程.
F x2 y2 , z 0,
曲线 C: F ( x, z) 0 绕 x 轴旋转曲面方程.
第五节 几种常见的二次曲面
一、曲面方程的概念 二、旋转曲面 三、柱面 四、二次曲面 五、小结及作业
1
一、曲面方程的概念
平面上
y f (x) 表示一条平面曲线
y
y f (x)
空间上
x2 y2 z2 1
o
x
z
表示单位球面方程
y
x
2
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：
（讨论旋转曲面） （2）已知坐标间的关系式，研究曲面形状．
（讨论柱面、二次曲面）
8
二、旋转曲面
定义 以一条平面 曲线绕其平面上的 一条直线旋转一周 所成的曲面称为旋 转曲面. 这条定直线叫旋转 曲面的轴．
9
问题: 求yoz面上一条曲线C : F ( y, z) 0
绕z轴旋转所成的曲面方程.
[方法]
（1）曲面 S 上任一点的坐标都满足方程；
（2）不在曲面S 上的点的坐标都不满足方程；
那么，方程 F(x, y, z) 0 就叫做曲面 S 的方程，
而曲面 S 就叫做方程的图形．
注:
(1)平面是 0
s•
o
y
(2)任一曲面都可由F( x, y, z) 0表示
问题:
x2 y2 1在空间表示什么图形?
它 可 以 看 成 用 平 行 于z轴 的 直 线
z
沿xoy面上的圆x2 y2 1移动而成
y
x
16
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 LL 叫 柱面的母线.
观察柱面的形 成过程:
解 根据题意有 z 1
z
用平面 z c 去截图形得圆：
( x 1)2 ( y 2)2 1 c (c 1)
当平面 z c 上下移动时， c
得到一系列圆
o
y
圆心在(1,2,c) ，半径为 1 c
x
半径随c 的增大而增大. 图形上不封顶，下封底．
7
以上几例表明研究空间曲面有两个基本问题： （1）已知曲面作为点的轨迹时，求曲面方程．
根据题意有 | MO | 1 , | MM0 | 2
x2 y2 z2
1,
x 22 y 32 z 42 2
所求方程为 x 2 2 y 12 z 4 2 116 .
3
3 9
5
例 3 已知 A(1,2,3) ，B(2,1,4) ，求线段AB 的 垂直平分面的方程.
zz22 aa22((xx22yy22))
13
例6 将下列各曲线绕对应的轴旋转一周，求 生成的旋转曲面的方程．
（1）双曲线
x2 a2
z2 c2
1分别绕
x轴和
z 轴；
绕x 轴旋转
x2 a2
y2 z2 c2
1
旋 转
双
绕z 轴旋转
x2 a2
y2
z2 c2
1
曲 面
14
y2
反之不一定, 如x2 y2 z 2 1 0 3
例 1 建立球心在点 M0( x0 , y0 , z0 ) 、半径为
R 的球面方程. 解 设M( x, y, z)是球面上一点,
根据题意有 | MM0 | R
x x0 2 y y0 2 z z0 2 R
解 设 M ( x, y, z) 是所求平面上任一点，
根据题意有 | MA || MB |,
x 12 y 22 z 32
x 22 y 12 z 42 ,
化简得所求方程
2x 6 y 2z 7 0.
6
例4 方程 z ( x 1)2 ( y 2)2 1 的图形是怎样的？
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,
所以
F( y, z) 0 绕 z 轴旋转曲面方程.
F x2 y2 , z 0,
同理： F( y, z) 0 绕 y 轴旋转曲面方程
F y, x2 z2 0.
类似 曲线 C: F( x, y) 0 绕 x 轴旋转曲面方程.
所求方程为
x x0 2 y y0 2 z z0 2 R2
特殊地：球心在原点时方程为
x2 y2 z2 R2 4
例 2 求与原点 O 及 M0(2,3,4) 的距离之比为1: 2 的点的全体所组成的曲面方程.
解 设 M ( x, y, z) 是曲面上任一点，
F x, y2 z2 0.
11
曲线 C: F ( x, y) 0 绕 y 轴旋转曲面方程.
F x2 z2 , y 0,
类似 曲线 C: F ( x, z) 0 绕 z 轴旋转曲面方程.
F x2 y2 , z 0,
曲线 C: F ( x, z) 0 绕 x 轴旋转曲面方程.
第五节 几种常见的二次曲面
一、曲面方程的概念 二、旋转曲面 三、柱面 四、二次曲面 五、小结及作业
1
一、曲面方程的概念
平面上
y f (x) 表示一条平面曲线
y
y f (x)
空间上
x2 y2 z2 1
o
x
z
表示单位球面方程
y
x
2
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：
（讨论旋转曲面） （2）已知坐标间的关系式，研究曲面形状．
（讨论柱面、二次曲面）
8
二、旋转曲面
定义 以一条平面 曲线绕其平面上的 一条直线旋转一周 所成的曲面称为旋 转曲面. 这条定直线叫旋转 曲面的轴．
9
问题: 求yoz面上一条曲线C : F ( y, z) 0
绕z轴旋转所成的曲面方程.
[方法]
（1）曲面 S 上任一点的坐标都满足方程；
（2）不在曲面S 上的点的坐标都不满足方程；
那么，方程 F(x, y, z) 0 就叫做曲面 S 的方程，
而曲面 S 就叫做方程的图形．
注:
(1)平面是 0
s•
o
y
(2)任一曲面都可由F( x, y, z) 0表示
问题:
x2 y2 1在空间表示什么图形?
它 可 以 看 成 用 平 行 于z轴 的 直 线
z
沿xoy面上的圆x2 y2 1移动而成
y
x
16
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 LL 叫 柱面的母线.
观察柱面的形 成过程:
解 根据题意有 z 1
z
用平面 z c 去截图形得圆：
( x 1)2 ( y 2)2 1 c (c 1)
当平面 z c 上下移动时， c
得到一系列圆
o
y
圆心在(1,2,c) ，半径为 1 c
x
半径随c 的增大而增大. 图形上不封顶，下封底．
7
以上几例表明研究空间曲面有两个基本问题： （1）已知曲面作为点的轨迹时，求曲面方程．
根据题意有 | MO | 1 , | MM0 | 2
x2 y2 z2
1,
x 22 y 32 z 42 2
所求方程为 x 2 2 y 12 z 4 2 116 .
3
3 9
5
例 3 已知 A(1,2,3) ，B(2,1,4) ，求线段AB 的 垂直平分面的方程.
zz22 aa22((xx22yy22))
13
例6 将下列各曲线绕对应的轴旋转一周，求 生成的旋转曲面的方程．
（1）双曲线
x2 a2
z2 c2
1分别绕
x轴和
z 轴；
绕x 轴旋转
x2 a2
y2 z2 c2
1
旋 转
双
绕z 轴旋转
x2 a2
y2
z2 c2
1
曲 面
14
y2
反之不一定, 如x2 y2 z 2 1 0 3
例 1 建立球心在点 M0( x0 , y0 , z0 ) 、半径为
R 的球面方程. 解 设M( x, y, z)是球面上一点,
根据题意有 | MM0 | R
x x0 2 y y0 2 z z0 2 R
解 设 M ( x, y, z) 是所求平面上任一点，
根据题意有 | MA || MB |,
x 12 y 22 z 32
x 22 y 12 z 42 ,
化简得所求方程
2x 6 y 2z 7 0.
6
例4 方程 z ( x 1)2 ( y 2)2 1 的图形是怎样的？