空间解析几何例题
向量代数与空间解析几何习题详解
坐标平面所围成； （ 3 ） z = 0, z = a(a > 0) , y = x,x 2 + y 2 = 1 及 x
z x 2 y 2 , z 8 x 2 y2 所围 .
0 在 第 一 卦 限 所 围 成 ；（ 4 ）
解：（1 ）平面 3x 4 y 2z 12 0 与三个坐标平面围成一个在第一卦限的四面体；
，化为 y
1
3 cos t (0 t 2 ) ；
2
99
z 3 sin t
x 1 3 cos
（ 2） y 3 sin
(0
z0
2 ).
x a cos 6、 求螺旋线 y a sin 在三个坐标面上的投影曲线的直角坐标方程 .
zb
x2 y2 解：
z0
a2
z y a sin
z x a cos
；
b；
b.
x0
y0
第六章 向量代数与空间解析几何
习 题 6—3
1、 已知 A(1,2,3) ， B(2, 1,4) ，求线段 AB 的垂直平分面的方程 .
解 ：设 M ( x, y, z) 是所求平面上任一点，据题意有 | MA | | MB |,
x 12 y 2 2 z 32
x 2 2 y 12 z 4 2,
化简得所求方程 2x 6 y 2 z 7 0 .这就是所求平面上的点的坐标所满足的方程
6、 设平面过原点及点 (1,1,1) ，且与平面 x y z 8 垂直，求此平面方程 .
解： 设所求平面为 Ax By Cz D 0, 由平面过点 (1,1,1) 知平 A B C D 0, 由
r 平面过原点知 D 0 ， Q n {1, 1,1},
A B C 0 A C, B 0 ，所求平面方程为
向量与空间解析几何习题及详细解答
解：设动点为 M(x, y, z)
M0M {x 1, y 1, z 1}
因 M0M n ,故 M0M n 0 .
即 2(x-1)+3(y-1)-4(z-1)=0 整理得：2x+3y-4z-1=0 即为动点 M 的轨迹方程. 14. 求满足下列各组条件的直线方程： (1) 经过点 (2，－3, 4), 且与平面 3x－y＋2z－4＝0 垂直； (2) 过点 (0，2，4) ，且与两平面 x＋2z＝1和 y－3z＝2 平行；
解：设四顶点依次取为 A, B, C, D.
AB {0,1, 2}, AD {2, 2,1}
则由 A，B，D 三点所确定三角形的面积为
1 1
35
S1 2 | AB AD | 2 | 5i 4 j 2k | 2 .
同理可求其他三个三角形的面积依次为 1 , 2, 3 . 2
故四面体的表面积 S 1
A. xOz 平面上曲线 (z a)2 x2 绕 y 轴旋转所得曲面 B. xOz 平面上直线 z a x 绕 z 轴旋转所得曲面 C. yOz 平面上直线 z a y 绕 y 轴旋转所得曲面
D. yOz 平面上直线 (z a)2 y2 绕 X 轴旋转所得曲面
(5)下列方程所对应的曲面为双曲抛物面的是（ D ）
ijk s n1 n2 1 0 2 {2,3,1}
0 1 3
故过点（0，2，4）的直线方程为
x y2 z4 2 3 1
（3）所求直线与已知直线平行，故其方向向量可取为 s={2，-1，3}
故过点（-1，2，1）的直线方程为
x 1 y 2 z 1. 2 1 3
15. 试确定出下列各题中直线与平面间的关系：
k 12i 20 j 8k
向量代数与空间解析几何(18)
m
n
p
s {m, n, p},
: Ax By Cz D 0, n {A, B,C},
(s^,n)
2
(s^,n)
2
sin
cos
2
cos
2
.
20
sin
| Am Bn Cp | A2 B2 C 2 m2 n2 p2
直线与平面的夹角公式
直线与平面的位置关系：
y
x
• ••
L
24
旋转曲面方程
总之,位于坐标面上的曲线C,绕其上的 一个 坐标轴转动,所成的旋转曲面方程可以 这样得到 :
曲线方程中与旋转轴相同的变量不动, 而用另两个的变量的平方和的平方根(加正、 负号)替代曲线方程中另一个变量即可.
25
如 yOz坐标面上的已知曲线f ( y, z) 0 绕z轴旋转一周的 旋转曲面方程:
第六章 向量代数与空间解析 几何(二)
主要内容 典型例题 堂上练习题
小结
1
一、主要内容
第4节 平面的方程
关键确定平面的法向量
一、平面的点法式方程
经过点 M 0 (x0 , y0 , z0 ) 法向量为 n {A, B, C} 的平面的点法式方程为:
A(x x0 ) B( y y0 ) C(z z0 ) 0
z
O
y
x
28
z
5. 椭球面
x2 a2
y2 b2
z2 c2
1
O
6. 单叶双曲面
x
x2 a2
y2 b2
z2 c2
1
7. 双z叶双曲面
x2 y2 z2 a2 b2 c2 1
x
y
z
第一章向量代数与空间解析几何习题课
第即
七 章
z1 z, x1 x2 y2 1
由于
空
间 解
z1 x1
析 几
所以
何
与 向
z x2 y2 1
量 代
所求曲面方程为
数
x2 y2 z2 1
这是单叶双曲面
- 14 -
习题课
x y z 0
第 七
例14
求曲线
x
2
y2
z
0
在各坐标面的投影
- 11 -
习题课
例12 指出下列方程所表示的图形
1) x y2 z2
第 七 章
xoy 平面曲线
x
y2绕
x
旋转一周所得的旋转抛物面
y 0
空 2) x y2
间
x y2
解 析 几 何
准线为
母线平行于 z轴的抛物柱面。
z 0
3) x2 y2 z2 2x 4 y 6z 5 0
与 向
中心在 (1,2,3)半径为 3 的球面。
量 代
4)
y 2x2 z2
椭圆抛物面
数
5) x2 y2 2z2 1 双叶双曲面
6) y2 x2 z2 圆锥面
- 12 -
习题课
例13 求下列曲线绕 z 轴旋转一周所得的旋转面方程
z 2x2 第 1)
z 2( x2 y2 )
空 间
过点M1(1, 3,0),
方向向量为s1 {3,1,2}, 已知平面的
解 析
法向量为 n {3,4,1}, 根据题意得
几
向量代数与空间解析几何(19)
注 当分母为零理解为分子也为零.
21
四、向量的模、方向角
(direction angle )
非零向量与三条坐标轴的正向的夹角称之为
非零向量 a的方向角： 、 、
z
M1•
a
• M2
0 , 0 ,
O
x
y
0 .
22
1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动 PCBA上的开关按键来实现功能的一种设计方式。
•
A
u
A
B
B
u
已知向量的起点A和终点B
过点A作轴u的垂直平面, 在轴u上的投影点分别为 A, B
交点A 即为点A在轴u上 那么终点的投影点的坐标
的投影.
减去起点的投影点的坐标
称为向量在轴u上的 投影.
轴u称为投影轴.
15ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Projection
向量 AB 在轴u上的投影 记为 Pr ju AB AB
投影性质1
i
当右手的四个手指 横轴 x
y 纵轴
从正向x轴以 角度
2
转向正向y 轴时, 大
空坐间标直系角或坐[O标;i系, j,,称k]O坐xy标z 系.
拇指的指向就是z轴 的正向.
点O叫做坐标原点 (或原点)
8
z zOx面
yOz面 Ⅲ
Ⅱ
ⅦⅣ
Ⅰ
O
xOy面
Ⅵy
Ⅷ
Ⅴ
x
空间直角坐标系共有八个卦限
9
空间的点 11 有序数组( x, y, z)
cos
axbx a yby azbz
两向量夹角
向量代数与空间解析几何习题详解
第六章 向量代数与空间解析几何习 题 6—31、已知)3,2,1(A ，)4,1,2(-B ，求线段AB 的垂直平分面的方程. 解：设),,(z y x M 是所求平面上任一点，据题意有|,|||MB MA =()()()222321-+-+-z y x ()()(),412222-+++-=z y x化简得所求方程26270x y z -+-=.这就是所求平面上的点的坐标所满足的方程, 而不在此平面上的点的坐标都不满足这个方程，所以这个方程就是所求平面的方程.2、 一动点移动时，与)0,0,4(A 及xOy 平面等距离，求该动点的轨迹方程.解：设在给定的坐标系下，动点),,(z y x M ，所求的轨迹为C ，则(,,)M x y z C MA z u u u r∈⇔= 亦即z z y x =++-222)4( 0)4(22=+-∴y x 从而所求的轨迹方程为0)4(22=+-y x .3、 求下列各球面的方程：（1）圆心)3,1,2(-，半径为6=R ； （2）圆心在原点，且经过点)3,2,6(-； （3）一条直径的两端点是)3,1,4()5,32(--与；（4）通过原点与)4,0,0(),0,3,1(),0,0,4(- 解：（1）所求的球面方程为：36)3()1()2(222=-+++-z y x （2）由已知，半径73)2(6222=+-+=R ，所以球面方程为49222=++z y x（3）由已知，球面的球心坐标1235,1213,3242=-=-=+-==+=c b a ， 球的半径21)35()31()24(21222=++++-=R ，所以球面方程为： 21)1()1()3(222=-+++-z y x（4）设所求的球面方程为：0222222=++++++l kz hy gx z y x因该球面经过点)4,0,0(),0,3,1(),0,0,4(),0,0,0(-，所以⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-=++=+=08160621008160k h g g l 解之得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-=-==2210k g h l∴所求的球面方程为0424222=+--++z y x z y x .4、将yOz 坐标面上的抛物线22y z =绕z 旋转一周，求所生成的旋转曲面的方程． 解：222x y z +=(旋转抛物面) .5、将zOx 坐标面上的双曲线12222=-cz a x 分别绕x 轴和z 轴旋转一周，求所生成的旋转曲面的方程．解： 绕x 轴旋转得122222=+-c z y a x 绕z 轴旋转得122222=-+cz a y x . 6、指出下列曲面的名称，并作图：（1）22149x z +=；（2）22y z =；（3）221x z += ；（4）22220x y z x ++-=； （5）222y x z +=；（6）22441x y z -+=；（7）221916x y z ++=； （8）222149x y z -+=-；（9）1334222=++z y x ；（10）2223122z y x +=+.解： (1)椭圆柱面；(2) 抛物柱面；(3) 圆柱面；(4)球面；（5）圆锥面；（6）双曲抛物面；（7）椭圆抛物面；（8）双叶双曲面；（9）为旋转椭球面；（10）单叶双曲面. 7、指出下列方程在平面解析几何和空间解析几何中分别表示什么图形？ （1）1+=x y；（2）422=+yx ；（3）122=-y x ；（4）22x y =.解：（1）1+=x y 在平面解析几何中表示直线，在空间解析几何中表示平面； （2）422=+y x 在平面解析几何中表示圆周，在空间解析几何中表示圆柱面； （3）122=-y x 在平面解析几何中表示双曲线，在空间解析几何中表示双曲柱面；（4）y x22=在平面解析几何中表示抛物线，在空间解析几何中表示抛物柱面.8、 说明下列旋转曲面是怎样形成的？（1）1994222=++z y x ；（2）14222=+-z y x （3）1222=--z y x ；（4）222)(y x a z +=- 解：（1）xOy 平面上椭圆19422=+y x 绕x 轴旋转而成；或者 xOz 平面上椭圆22149+=x z 绕x 轴旋转而成（2）xOy 平面上的双曲线1422=-y x 绕y 轴旋转而成；或者 yOz 平面上的双曲线2214-=y z 绕y 轴旋转而成（3）xOy 平面上的双曲线122=-y x 绕x 轴旋转而成；或者 xOz 平面上的双曲线221x z -=绕x 轴旋转而成（4）yOz 平面上的直线a y z +=绕z 轴旋转而成或者 xOz 平面上的直线z x a =+绕z 轴旋转而成.9、 画出下列各曲面所围立体的图形：（1）012243=-++z y x 与三个坐标平面所围成；（2）42,42=+-=y x x z 及三坐标平面所围成；（3）22=0,(0)=1z z =a a >,y =x,x +y 及0x =在第一卦限所围成；（4）2222,8z x y z x y =+=--所围.解：（1）平面012243=-++z y x 与三个坐标平面围成一个在第一卦限的四面体； （2）抛物柱面24z x =-与平面24x y +=及三坐标平面所围成；（3）坐标面=0z 、0x =及平面(0)z =a a >、y=x 和圆柱面22=1x +y 在第一卦限所围成；（4）开口向上的旋转抛物面22z x y =+与开口向下的抛物面228z x y =--所围.作图略.习 题 6—41、画出下列曲线在第一卦限的图形（1）⎩⎨⎧==21y x ；（2）⎪⎩⎪⎨⎧=---=0422y x y x z ；（3）⎪⎩⎪⎨⎧=+=+222222a z x ay x解：（1）是平面1x =与2y =相交所得的一条直线； （2）上半球面z 与平面0x y -=的交线为14圆弧； （3）圆柱面222x y a +=与222x z a +=的交线.图形略.2、分别求母线平行于x 轴及y 轴而且通过曲线⎪⎩⎪⎨⎧=-+=++0162222222y z x z y x 的柱面方程.解：消去x 坐标得16322=-z y ，为母线平行于x 轴的柱面；消去y 坐标得：162322=+z x ，为母线平行于y 轴的柱面.3、求在yOz 平面以坐标原点为圆心的单位圆的方程（任写出三种不同形式的方程）.解：⎩⎨⎧==+0122x z y ；⎩⎨⎧==++01222x z y x ； ⎪⎩⎪⎨⎧=+=++1122222z y z y x .4、试求平面20x -=与椭球面222116124x y z ++=相交所得椭圆的半轴与顶点.解：将椭圆方程22211612420x y z x ⎧++=⎪⎨⎪-=⎩化简为：221932y z x ⎧+=⎪⎨⎪=⎩，可知其为平面2=x 上的椭圆，半轴分别为3,3，顶点分别为)3,0,2(),3,0,2(),0,3,2(),0,3,2(--.5 、将下面曲线的一般方程化为参数方程 （1）2229x y z y x ⎧++=⎨=⎩；（2）⎩⎨⎧==+++-04)1()1(22z z y x解：（1）原曲线方程即：⎪⎩⎪⎨⎧=+=199222z x xy ，化为⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=≤≤==tz t t y t x sin 3)20(cos 23cos 23π；（2）)20(0sin 3cos 31πθθθ≤≤⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==+=z y x .6、求螺旋线⎪⎩⎪⎨⎧===θθθb z a y a x sin cos 在三个坐标面上的投影曲线的直角坐标方程.解：⎩⎨⎧==+0222z a y x ；⎪⎩⎪⎨⎧==0sin x b z a y ；⎪⎩⎪⎨⎧==0cosy b z a x .7、指出下列方程所表示的曲线（1）222253⎧++=⎨=⎩x y z x （2）⎩⎨⎧==++13094222z z y x ；（3）⎩⎨⎧-==+-3254222x z y x ； （4）⎩⎨⎧==+-+408422y x z y ； （5）⎪⎩⎪⎨⎧=-=-0214922x z y . 解：（1）圆； （2）椭圆； （3）双曲线； （4）抛物线； （5）双曲线.8、 求曲线⎩⎨⎧==-+30222z x z y 在xOy 面上的投影曲线方程，并指出原曲线是何种曲线.解：原曲线即：⎩⎨⎧=-=3922z x y ，是位于平面3=z 上的抛物线，在xOy 面上的投影曲线为⎩⎨⎧=-=0922z x y9、 求曲线 ⎪⎩⎪⎨⎧==++211222z z y x 在坐标面上的投影.解：（1）消去变量z 后得,4322=+y x 在xOy 面上的投影为,04322⎪⎩⎪⎨⎧==+z y x 它是中心在原点，半径为23的圆周. （2）因为曲线在平面21=z 上，所以在xOz 面上的投影为线段.;23||,021≤⎪⎩⎪⎨⎧==x y z （3）同理在yOz 面上的投影也为线段..23||,21≤⎪⎩⎪⎨⎧==y x z10、 求抛物面x z y =+22与平面 02=-+z y x 的交线在三个坐标面上的投影曲线方程.解： 交线方程为⎩⎨⎧=-+=+0222z y x x z y ，（1）消去z 得投影,004522⎩⎨⎧==-++z x xy y x（2）消去y 得投影2252400x z xz x y ⎧+--=⎨=⎩，（3）消去x 得投影22200y z y z x ⎧++-=⎨=⎩.习 题 6—51、写出过点()3,2,10M 且以{}1,2,2=n 为法向量的平面方程. 解：平面的点法式方程为()()()032212=-+-+-z y x .2、求过三点()()()01,0,0,1,0,0,0,1C B A 的平面方程.解：设所求平面方程为0=+++d cz by ax ,将C B A ,,的坐标代入方程，可得d c b a -===，故所求平面方程为1=++z y x .3、求过点()1,0,0且与平面1243=++z y x 平行的平面方程. 解：依题意可取所求平面的法向量为}2,4,3{=n ,从而其方程为()()()0120403=-+-+-z y x 即 2243=++z y x .4、求通过x 轴和点(4, -3, -1)的平面的方程.解：平面通过x 轴, 一方面表明它的法线向量垂直于x 轴, 即A =0; 另一方面表明 它必通过原点, 即D =0. 因此可设这平面的方程为By +Cz =0.又因为这平面通过点(4, -3, -1), 所以有-3B -C =0, 或C =-3B . 将其代入所设方程并除以 B (B ≠0), 便得所求的平面方程为y -3z =0.5、求过点)1,1,1(，且垂直于平面7=+-z y x 和051223=+-+z y x 的平面方程. 解：},1,1,1{1-=n ρ }12,2,3{2-=n ρ取法向量},5,15,10{21=⨯=n n n ϖϖρ所求平面方程为化简得: .0632=-++z y x6、设平面过原点及点)1,1,1(，且与平面8x y z -+=垂直，求此平面方程.解： 设所求平面为,0=+++D Cz By Ax 由平面过点)1,1,1(知平0,A B C D +++=由平面过原点知0D =，{1,1,1},n ⊥-rQ 0A B C ∴-+=,0A C B ⇒=-=，所求平面方程为0.x z -=7、写出下列平面方程：（1）xOy 平面；（2）过z 轴的平面；（3）平行于zOx 的平面；（4）在x ，y ，z 轴上的截距相等的平面.解：（1）0=z ,（2）0=+by ax （b a ,为不等于零的常数）, 、（3）c y = (c 为常数), （4） a z y x =++ (0)a ≠.习 题 6—61、求下列各直线的方程：（1）通过点)1,0,3(-A 和点)1,5,2(-B 的直线； （2） 过点()1,1,1且与直线433221-=-=-z y x 平行的直线. （3）通过点)3,51(-M 且与z y x ,,三轴分别成︒︒︒120,45,60的直线； （4）一直线过点(2,3,4)-A ，且和y 轴垂直相交，求其方程. （5）通过点)2,0,1(-M 且与两直线11111-+==-z y x 和01111+=--=z y x 垂直的直线； （6）通过点)5,3,2(--M 且与平面02536=+--z y x 垂直的直线. 解：（1）所求的直线方程为：015323-=-=++z y x 即：01553-=-=+z y x ，亦即01113-=-=+z y x .（2）依题意，可取L 的方向向量为{}4,3,2=s ，则直线L 的方程为413121-=-=-z y x . （3）所求直线的方向向量为：{}⎭⎬⎫⎩⎨⎧-=︒︒︒21,22,21120cos ,45cos ,60cos ，故直线方程为： 132511--=+=-z y x . （4）因为直线和y 轴垂直相交,所以交点为),0,3,0(-B 取{2,0,4},BA s −−→==所求直线方程.440322-=+=-z y x （5）所求直线的方向向量为：{}{}{}2,1,10,1,11,1,1---=-⨯-，所以，直线方程为：22111+==-z y x . （6）所求直线的方向向量为：{}5,3,6--，所以直线方程为： 235635x y z -++==--.2、求直线1,234x y z x y z ++=-⎧⎨-+=-⎩的点向式方程与参数方程.解 在直线上任取一点),,(000z y x ,取10=x ,063020000⎩⎨⎧=--=++⇒z y z y 解2,000-==z y .所求点的坐标为)2,0,1(-,取直线的方向向量{}{}3,1,21,1,1-⨯=s k j i kj i 34312111--=-=,所以直线的点向式方程为：,321041-+=--=-z y x 令102,413x y z t --+===--则所求参数方程: .3241⎪⎩⎪⎨⎧--=-=+=tz t y tx3、判别下列各对直线的相互位置，如果是相交的或平行的直线求出它们所在的平面，如果相交时请求出夹角的余弦.（1）⎩⎨⎧=-+=+-0623022y x z y x 与⎩⎨⎧=-+=--+01420112z x z y x ；（2）⎪⎩⎪⎨⎧--=+==212t z t y tx 与142475x y z --+==-.解：（1）将所给的直线方程化为标准式为：4343223z y x =-=--43227-=--=-z y x Θ 234234-==-- ∴二直线平行.又点)0,43,23(与点（7，2，0）在二直线上，∴向量⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎭⎬⎫⎩⎨⎧--0,45,2110,432,237平行于二直线所确定的平面，该平面的法向量为：{}{}19,22,50,45,2114,3,2--=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⨯-，从而平面方程为：0)0(19)2(22)7(5=-+---z y x ，即 0919225=++-z y x .（2）因为121475-≠≠-，所以两直线不平行，又因为0574121031=--=∆，所以两直线相交，二直线所决定的平面的法向量为{}{}{}1,1,35,7,412,1--=-⨯-，∴二直线所决定的平面的方程为：330x y z -++=.设两直线的夹角为ϕ，则cos ϕ==4、判别下列直线与平面的相关位置： （1）37423z y x =-+=--与3224=--z y x ；（2）723zy x =-=与8723=+-z y x ；（3）⎩⎨⎧=---=-+-01205235z y x z y x 与07734=-+-z y x ；（4）⎪⎩⎪⎨⎧-=+-==4992t z t y t x 与010743=-+-z y x .解（1）Θ0)2(3)2()7(4)2(=-⨯+-⨯-+⨯-，而017302)4(234≠=-⨯--⨯-⨯，所以，直线与平面平行.（2）Θ0717)2(233≠⨯+-⨯-⨯,所以，直线与平面相交，且因为772233=--=，∴直线与平面垂直.（3）直线的方向向量为：{}{}{}1,9,51,1,22,3,5=--⨯-，Θ0179354=⨯+⨯-⨯，所以直线与平面平行或者直线在平面上；取直线上的点)0,5,2(--M ，显然点在)0,5,2(--M 也在平面上（因为4(2)3(5)70⨯--⨯--=），所以，直线在平面上.（4）直线的方向向量为{}9,2,1-，Θ097)2(413≠⨯+-⨯-⨯∴直线与平面相交但不垂直. 复习题A一 、判断正误:1、 若c b b a ⋅=⋅且≠0b ，则c a =； ( ⨯ ) 解析 c b b a ⋅-⋅=)(c a b -⋅=0时，不能判定=b 0或c a =．例如i a =，j b =，k c =，有⋅=⋅=0a b b c ，但c a ≠．2、 若c b b a ⨯=⨯且≠0b ，则c a =； ( ⨯ ) 解析 此结论不一定成立．例如i a =，j b =，)(j i c +-=，则k j i b a =⨯=⨯，k j i j c b =+-⨯=⨯)]([，c b b a ⨯=⨯，但c a ≠．3 、若0=⋅c a ，则=0a 或=0c ； ( ⨯ ) 解析 两个相互垂直的非零向量点积也为零．4、 a b b a ⨯-=⨯． ( √ ) 解析 这是叉积运算规律中的反交换律．二、选择题:1 、 当a 与b 满足（ D ）时，有b a b a +=+；(A)⊥a b ； (B)λ=a b (λ为常数)； (C)a ∥b ； (D)⋅=a b a b ．解析 只有当a 与b 方向相同时，才有a +b =a +b ．(A)中a ，b 夹角不为0，(B)，(C)中a ，b 方向可以相同，也可以相反．2、下列平面方程中，方程( C )过y 轴；(A) 1=++z y x ； (B) 0=++z y x ； (C) 0=+z x ； (D) 1=+z x ． 解析 平面方程0=+++D Cz By Ax 若过y 轴，则0==D B ，故选C ．3 、在空间直角坐标系中，方程2221y x z --=所表示的曲面是( B )；(A) 椭球面； (B) 椭圆抛物面； (C) 椭圆柱面； (D) 单叶双曲面． 解析 对于曲面2221y x z --=，垂直于z 轴的平面截曲面是椭圆，垂直于x 轴或y 轴的平面截曲面是开口向下的抛物线，根据曲面的截痕法，可以判断曲面是椭圆抛物面．4、空间曲线⎩⎨⎧=-+=5,222z y x z 在xOy 面上的投影方程为( C )；(A)722=+y x ； (B)⎩⎨⎧==+5722z y x ； (C)⎩⎨⎧==+0722z y x ；(D)⎩⎨⎧=-+=0222z y x z 解析 曲线⎩⎨⎧==+5722z y x 与xOy 平面平行，在xOy 面上的投影方程为⎩⎨⎧==+0722z y x ．5 、直线11121-+==-z y x 与平面1=+-z y x 的位置关系是( B )． (A) 垂直； (B) 平行； (C) 夹角为π4； (D) 夹角为π4-．解析 直线的方向向量s ={2，1，-1}，平面的法向量n ={1，-1，1}，n s ⋅=2-1-1=0，所以，s ⊥n ，直线与平面平行．三、填空题:1、若2=b a ，π()2=$a,b ，则=⨯b a 2 ，=⋅b a 0 ； 解 =⨯b a b a sin()$a,bπ2=2，=⋅b a b a cos()$a,bπ2=0．2、与平面062=-+-z y x 垂直的单位向量为 }2,1,1{66-±； 解 平面的法向量 n ={1，-1，2}与平面垂直，其单位向量为0n =411++=6，所以，与平面垂直的单位向量为}2,1,1{66-±．3、过点)2,1,3(--和)5,0,3(且平行于x 轴的平面方程为 057=-+z y ；解 已知平面平行于x 轴，则平面方程可设为 0=++D Cz By ，将点 (-3，1，-2)和(3，0，5)代入方程，有{20,50,B C D C D -+=+= ⇒ 7,51,5B D C D ⎧=-⎪⎨⎪=-⎩得 05157=+--D Dz Dy ，即 057=-+z y ．4、过原点且垂直于平面022=+-z y 的直线为z yx -==20； 解 直线与平面垂直，则与平面的法向量 n ={0，2，-1}平行，取直线方向向量s =n ={0，2，-1}，由于直线过原点，所以直线方程为z yx -==20 ．5、曲线⎩⎨⎧=+=1,222z y x z 在xOy 平面上的投影曲线方程为⎩⎨⎧==+.0,1222z y x 解: 投影柱面为 1222=+y x ，故 ⎩⎨⎧==+0,1222z y x 为空间曲线在xOy 平面上的投影曲线方程．四、解答题:1、 已知}1,2,1{-=a ，}2,1,1{=b ，计算(a) b a ⨯； (b) ()()-⋅+2a b a b ； (c)2b a -；解: (a) b a ⨯=211121-kj i 1,3}5,{--=. (b) {2,4,2}{1,1,2}{1,5,0}2a b -=--=-，1,3}{2,{1,1,2}2,1}{1,-=+-=+b a ， 所以()()-⋅+2a b a b 7}3,1,2{}0,5,1{=-⋅-=．(c) 1}3,{0,{1,1,2}2,1}{1,--=--=-b a ，所以2b a -10)19(2=+=．2、已知向量21P P 的始点为)5,2,2(1-P ，终点为)7,4,1(2-P ，试求：(1)向量21P P 的坐标表示； (2)向量21P P 的模；(3)向量21P P 的方向余弦； (4)与向量21P P 方向一致的单位向量．解:(1)}2,6,3{}57),2(4,21{21-=-----=P P ；74926)3(222==++-=；(3) 21P P 在z y x ,,三个坐标轴上的方向余弦分别为362cos ,cos ,cos 777αβγ=-==；(4)k j i k j i 7276737263)(21++-=++-==P P ο．3、设向量{}1,1,1=-a ，{}1,1,1=-b ，求与a 和b 都垂直的单位向量.解： 令{}1110,2,2111=⨯=-=-i j kc a b，01⎧==⎨⎩c c c ，故与a 、b都垂直的单位向量为0⎧±=±⎨⎩c .4、向量d ϖ垂直于向量]1,3,2[-=a ϖ和]3,2,1[-=b ϖ，且与]1,1,2[-=c ϖ的数量积为6-，求向量d ϖ解： d ϖ垂直于a ϖ与b ϖ，故d ϖ平行于b a ϖϖ⨯，存在数λ使()b a d ϖϖϖ⨯=λ⨯-=]1,3,2[λ]3,2,1[-]7,7,7[λλλ--=因6-=⋅c d ϖϖ，故6)7(1)7()1(72-=-⨯+-⨯-+⨯λλλ， 73-=λ]3,3,3[-=∴d ϖ.5、求满足下列条件的平面方程：(1)过三点)2,1,0(1P ，)1,2,1(2P 和)4,0,3(3P ；(2)过x 轴且与平面025=++z y x 的夹角为π3． 解 (1)解1： 用三点式．所求平面的方程为0241003211201210=---------z y x ，即01345=+--z y x ．解2：}1,1,1{-=}2,1,3{-=，由题设知，所求平面的法向量为k j i kj in 452131113121--=--=⨯=P P P P ， 又因为平面过点)2,1,0(1P ，所以所求平面方程为0)2(4)1(5)0(=-----z y x ，即01345=+--z y x ．解3： 用下面的方法求出所求平面的法向量},,{C B A =n ，再根据点法式公式写出平面方程也可．因为3121,P P P P ⊥⊥n n ，所以{0,320,A B C A B C +-=-+=解得A C A B 4,5-=-=，于是所求平面方程为0)2(4)1(5)0(=-----z A y A x A ，即 01345=+--z y x ．（2）因所求平面过x 轴，故该平面的法向量},,{C B A =n 垂直于x 轴，n 在x 轴上的投影0=A ，又平面过原点，所以可设它的方程为0=+Cz By ，由题设可知0≠B （因为0=B 时，所求平面方程为0=Cz 又0≠C ，即0=z ．这样它与已知平面025=++z y x 所夹锐角的余弦为π1cos 32=≠=，所以0≠B ），令C B C'=，则有0='+z C y ，由题设得22222212)5(10121503cos ++'++⨯'+⨯+⨯=πC C ， 解得3='C 或13C '=-，于是所求平面方程为03=+z y 或03=-z y ．6、 一平面过直线⎩⎨⎧=+-=++04,05z x z y x 且与平面01284=+--z y x 垂直，求该平面方程；解法1： 直线⎩⎨⎧=+-=++04,05z x z y x 在平面上，令x =0，得 54-=y ，z =4，则（0，-54，4）为平面上的点．设所求平面的法向量为n =},,{C B A ，相交得到直线的两平面方程的法向量分别为 1n ={1，5，1}，2n ={1，0，-1}，则直线的方向向量s =1n ⨯2n =101151-kj i ={-5，2，-5}，由于所求平面经过直线，故平面的法向量与直线的方向向量垂直，即⋅n s ={-5，2，-5}•},,{C B A =C B A 525-+-=0，因为所求平面与平面01284=+--z y x 垂直，则}8,4,1{},,{--⋅C B A =C B A 84--=0，解方程组{5250,480,A B C A B C -+=--= ⇒ 2,5,2A CBC =-⎧⎪⎨=-⎪⎩ 所求平面方程为 0)4()54(25)0(2=-++---z C y C x C ，即012254=+-+z y x ．解法2： 用平面束（略）7、求既与两平面1:43x z π-=和2:251x y z π--=的交线平行，又过点(3,2,5)-的直线方程.解法1：{}11,0,4=-n ，{}22,1,5=--n ，{}124,3,1s =⨯=---n n ，从而根据点向式方程，所求直线方程为325431x y z +--==---，即325431x y z +--==. 解法2：设{},,s m n p =，因为1⊥s n ，所以40m p -=；又2⊥s n ，则250m n p --=，可解4,3m p n p ==，从而0p ≠．根据点向式方程，所求直线方程为32543x y z p p p +--==，即325431x y z +--==. 解法3：设平面3π过点(3,2,5)-，且平行于平面1π，则{}311,0,4==-n n 为3π的法向量，从而3π的方程为1(3)0(2)4(5)0x y z ⋅++⋅--⋅-=，即4230x z -+=．同理，过已知点且平行于平面2π的平面4π的方程为25330x y z --+=．故所求直线的方程为423025330x z x y z -+=⎧⎨--+=⎩．8、 一直线通过点)1,2,1(A ，且垂直于直线11231:+==-z y x L ，又和直线z y x ==相交，求该直线方程；解： 设所求直线的方向向量为{,,}m n p =s ，因垂直于L ，所以320m n p ++=；又因为直线过点)1,2,1(A ，则所求直线方程为pz n y m x 121-=-=-，联立121,①,②320,③x y z m n p x y z m n p ---⎧==⎪⎨==⎪++=⎩由①，令λ=-=-=-p z n y m x 121，则有⎪⎩⎪⎨⎧+=+=+=,1,2,1p z n y m x λλλ代入方程②有{12,11,m n m p λλλλ+=++=+ 可得p m =，代入③解得p n 2-=， 因此，所求直线方程为112211-=--=-z y x ．9、 指出下列方程表示的图形名称：(a) 14222=++z y x ；(b) z y x 222=+；(c) 22y x z +=；(d) 022=-y x ；(e) 122=-y x ； (f) ⎩⎨⎧=+=222z y x z ．解： (a) 绕y 轴旋转的旋转椭球面．(b) 绕z 轴旋转的旋转抛物面． (c) 绕z 轴旋转的锥面．(d) 母线平行于z 轴的两垂直平面：y x =，y x -=． (e) 母线平行于z 轴的双曲柱面． (f) 旋转抛物面被平行于XOY 面的平面所截得到的圆，半径为2，圆心在（0，0，2）处．10、求曲面22z x y =+与222()z x y =-+所围立体在xOy 平面上的投影并作其图形． 解： 将所给曲面方程联立消去z ，就得到两曲面交线C 的投影柱面的方程122=+y x ，所以柱面与xOy 平面的交线⎩⎨⎧==+'01:22z y x C 所围成的区域221+≤x y 即为曲面22z x y =+与222()z x y =-+所围立体在xOy 平面上的投影(图略)．。
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第一章 高等数学 第一节 空间解析几何一、向量代数（一）向量及其线性运算既有大小又有方向的量，如位移、速度、力等这类量，称为向量，向量 a 的大小称为向量 a 的模，记作| a |。
模等于1的向量叫做单位向量，向量的加减法、向量与数的乘法统称为向量的线性运算。
向量a 与向量 b 的和 a + b 是一个向量 c ，利用平行四边形法则或三角形法则可得向量c ，如图 1-1-1 ，图 1-1-2 所示。
向量的加法符合下列运算规律： ① 交换律 a + b = b + a② 结合律(a + b)+c＝ a +(b+c）向量 b 与向量 a 的差 b - a 定义为向量 b 与 a 的负向量-a 的和，即b - a = b + (-a)由向量加法的三角形法则可知：() |a| = |-a|向量 a 与实数λ的积记作λa ，它是一个向量，它的模它的方向当λ＞ 0 时，与向量 a 相同；当λ＜ 0 时，与向量 a 相反。
向量与数的乘积符合下列运算规律：由向量与数的乘积的定义，可得以下定理：定理 设向量 a≠0 ，那么，向量 b 与向量 a 平行的充分必要条件是：存在惟一的实数λ，使 b =λa 。
（二）向量的坐标设有空间直角坐标系 O - xyz ， i、 j、 k 分别表示沿 x 、 y 、 z 轴正向的单位向量， 12a M M是以1111(,,)M x y z 为起点，2222(,,)M x y z 为终点的向量，则向量a 可表示为其中212121x x y y z z ---、、称为向量 a 的坐标。
利用向量的坐标，可得向量的加法、减法以及向量与数的乘法运算如下：非零向量 a 与三条坐标轴正向的夹角αβγ、、称为它的方向角。
向量的模、方向角与坐标之间关系：其中cos cos cos αβγ、、称为向量 a 的方向余弦。
利用向量的坐标可得向量的模与方向余弦如下：（三）数量积 向量积设向量a 和向量 b 的夹角为θθπ≤≤（0）,向量 a 和向量 b 的数量积为一个数量，记作a b ⋅ ，其大小为||||cos a b θ，即a ⊥b 的充分必要条件是 a .b =0向量 a 在轴u 上的投影（记作 Prj u a ）等于向量 a 的模乘以轴与向量a 的夹角φ的余弦，即利用向量在轴上的投影，可将数量积表为向量 a 和向量 b 的向量积为一个向量 c ，记作 a × b ，即c ＝ a × b ，c 的模c 的方向垂直于 a 与 b 所决定的平面， c 的指向按右手法则确定。
空间解析几何历年试题
空间解析几何历年试题04-051.(5分)求过点)1,2,1(-且与直线⎩⎨⎧=+-+=-+-01201z y x z y x 及z y x -=-+=-1221都平行的平面方程. 2．直线31211+=-=-z y x 与平面054=-+-mz y x 平行，则._____=m 3.(5分)求过直线433221+=+=-z y x ，且平行于直线2111z y x =-=的平面方程.05-064.曲面z = ）A .zo x 平面上曲线z =x 绕z 轴旋转而成的旋转曲面B. zoy 平面上曲线z y =绕z 轴旋转而成的旋转曲面C. zo x 平面上曲线z =x 绕x 轴旋转而成的旋转曲面D. zoy 平面上曲线z y =绕y 轴旋转而成的旋转曲面5.已知点A （3，1，-2）和向量{}4,3,1AB =-，则B 点的坐标为 。
6.（8分）求过直线1212:102x y z L --+==-，且平行于直线221:212x y z L +-==--的平面π的方程。
7.旋转曲面2221x y z --=是（ ）。
A.xoy 平面上的双曲线绕x 轴旋转所得B. xoy 平面上的双曲线绕z 轴旋转所得C. xoy 平面上的椭圆绕x 轴旋转所得D. xoz 平面上的椭圆绕x 轴旋转所得8.（8分）连接两点M （3，10，-5）和N （0，12，z ）的线段平行于平面7x +4y +z -1=0，求z 。
06-079.向量{}4,3,4a =-在向量{}2,2,1b =上的投影是 。
10.设直线L 为12421x y z -+==-，平面:4220x y z π-+-=，则（ ）。
A. L 平行于π B. L 在π上 C. L 垂直于π D. L 与π斜交11.（7分）已知直线L 在平面:10x y z π++-=上，并且与直线11:1x t L y t z t =+⎧⎪=-+⎨⎪=⎩垂直相交，求L 的方程。
高数典型题解-向量与空间解析几何
1. 求点 M ( x, y, z ) 与 x 轴， xOy 平面及原点的对称点坐标. 解： M ( x, y, z ) 关于 x 轴的对称点为 M 1 ( x, y, z ) ，关于 xOy 平面的对称点为 M 2 ( x, y , z ) ，关于原点的对称 点为 M 3 ( x, y, z ) . 2. 下列向量哪个是单位向量？ （1） r i j k ， （2） a 解： （1） r 1 1 1
i ab 1 2
j k 1 2 3, 3,0 . 2 1
16. 证明向量 a 1,0, 1与向量 b 1,1, 1垂直. 证明： a b 1 ( 1) 0 1 1 1 0 ,
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由于平面与该直线垂直，故可取平面的法向量 n 为该方向向量 s ，即 n s = {1 , 2 , 3} ， 由点法式得平面方程 x 1 2( y 2) 3( z 1) 0 ，即 x 2 y 3 z 0 . 24. 求通过点 P0 (2 , 1 , 3) 且与直线
因此，由平面的点法式方程，得 4( x 1) 0( y 5) 2( z 1) 0 ，即 2 x z 3 0 . 解二 利用平面的一般式方程。设所求的平面方程为 Ax By Cz D 0 , 由于平面平行于 y 轴，所以 B 0 ，原方程变为 Ax Cz D 0 ，又所求平面过点 A (1, 5, 1)与 B (3 , 2, 3)，将 A, B 的坐标代入上述方程，得 平面方程为 2 x z 3 0 . 7. 求点 M 1 (5,10,15) 到点 M 2 ( 25,35,45) 之间的距离. 解：距离 d M 1 M 2
注电考试最新版教材-第5讲 数学：空间解析几何(五)微分学(一)
（四）例题【 例1-1-11 】方程z 2-x 2-y 2＝0所表示的曲面是（ A ）单叶双曲面（ B ）双叶双曲面（ C ）旋转双曲面（ D ）圆锥面【 解 】 在顶点位于原点、旋转轴为 z 轴的圆锥面方程中，令 a = 1 ，即为所给方程，故选（ D ）。
【例1-1-12 】将双曲线C绕 x 轴旋转一周所生成的旋转曲面的方程是【 解 】 曲线 C 绕 x 轴旋转，只需将 C 的方程中的 y 换成22y z ±+,故应选（ B )。
五、空间曲线空间曲线可以看作是两下曲面的交线。
若空间曲线 C 是曲面的交线，则 C 的方程可用下述方程组表示此方程组称为空间曲线 C 的一般方程。
若将空间曲线 C 上动点的坐标 x 、y 、 z 表示为参数 t 的函数：这方程组称为空间曲线 C 的参数方程。
例如，参数方程表示的空间曲线是螺旋线。
第二节微分学一、极限（一）函数的几种特性一、函数与极限（一）函数的概念与特性1 函数的概念设x和y是两个变量， D 是一个给定的数集，如果对于每个数x ∈D ，变量y按照一定法则总有确定的数值和它对应，则称 y 是x的函数，记作 y = f （x），数集 D 叫做这个函数的定义域， W ={y y = f ( x ) , x ∈ D ｝为函数的值域， C={(x ，y) y = f ( x ) , x ∈ D ｝称为函数 y = f （x）的图形.在自变量的不同变化范围中，对应法则用不同式子来表示的函数，通常称为分段函数。
把直接函数 y = f （x）中的因变量 y 看作自变量，而把自变量 x 看作因变量，按照函数概念，就得到一个新的函数，这个新函数称为函数y= f （x）的反函数，记作x=ϕ(y).如果把直接函数y=f(x)和反函数y=ϕ(x)的图形画在同一坐标面上，则这两个图形关于直线。
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第4章 向量代数与空间解析几何习题解答 习题 一、计算题与证明题 1．已知1||a, 4||b, 5||c, 并且0cba． 计算accbba．
解：因为1||a, 4||b, 5||c, 并且0cba 所以a与b同向，且ba与c反向 因此0ba，0cb，0ac 所以0accbba
2．已知3||ba, 4||ba, 求||||ba．
解：3cos||baba （1） 4sin||baba （2）
22
2)1(得252ba
所以 5ba 3．设力kjiF532作用在点)1,6,3(A, 求力F对点)2,7,1(,B的力矩的大小． 解：因为1,6,3A,2,7,1B 所以31,2AB 力矩kjikjiFABM53232
kjikjikji41614321252325331532312
所以，力矩的大小为 13641614222M
4．已知向量x与)2,5,1(,a共线, 且满足3xa, 求向量x的坐标． 解：设x的坐标为zyx,,，又2,5,1a 则325zyxxa （1） 又x与a共线，则0ax 即
05252512125251kyxjxzizy
kyxjyxizyzyxkji
所以05252222yxxzzy 即01042026529222xyxzyzzyx （2） 又x与a共线，x与a夹角为0或
30325110cos222222222zyxzyx
ax
整理得 103222zyx （3） 联立321、、解出向量x的坐标为51,21,101 5．用向量方法证明, 若一个四边形的对角线互相平 分, 则该四边形为平行四边形． 证明：如图所示，因为平行四边形ABCD的对角线 互相平分，则有
MACNNDBM,
由矢量合成的三角形法则有MABMBA MABMBMMAMDCMCD 所以CDBA 即BA平行且等于CD 四边形ABCD是平行四边形
6．已知点)7,8,3(A, )3,2,1(B求线段AB的中垂面的方程．
解：因为7,8,3A,)3,2,1(B AB中垂面上的点到BA、的距离相等，设动点坐标为zyxM,,，则由MBMA得
222222
321783zyxzyx
化简得027532zyx 这就是线段AB的中垂面的方程。 7．向量a, b, c具有相同的模, 且两两所成的角相等, 若a, b的坐标分别为
)1,1,0()0,1,1(和, 求向量c的坐标．
解：rcba且它们两两所成的角相等，设为 则有1101101ba 则21cosrbaba
设向量c的坐标为zyx,, 则11cos0112rrrbayxzyxca （1） 11cos1102rrrcbzyzyxcb （2）
2011222222rzyxc 所以2222zyx （3）
联立（1）、（2）、(3)求出101zyx或313431zyx 所以向量c的坐标为1,0,1或31,34,31 8．已知点)1,6,3(A, )1,4,2(B, )3,2,0(C, )3,0,2(D， (1) 求以AB, AC, AD为邻边组成的平行六面体的体积． (2) 求三棱锥BCDA的体积． (3) 求BCD的面积． (4) 求点A到平面BCD的距离．
解：因为103，，A，1,4,2B,3,2,0C,3,0,2D 所以0,10,1AB 2,8,3AC
4,6,5AD （1）ADACAB,,是以它们为邻边的平行六面体的体积 176121200010034652830101V
（2）由立体几何中知道，四面体ABCD（三棱锥BCDA）的体积 3881766161VVT
（3）因为222，，BC，444，，BD
kjikjiBDBC01616444222
所以216161622BDBC，这是平行四边形BCED的面积 因此SSBCD21□BCED2821621 (4)设点A到平面BCD的距离为H，由立体几何使得三棱锥BCDA的体积 HSVBCDT3
1
所以22112112838833BCDTSVH 习题 一、计算题与证明题 1．求经过点)1,2,3(A和)3,2,1(B且与坐标平面xOz垂直的平面的方程． 解：与xoy平面垂直的平面平行于y轴，方程为 0DCzAx (1)
把点123，，A和点321，，B代入上式得 03DCA (2)
03DCA (3)
由（2），（3）得2DA,2DC
代入（1）得022DzDxD 消去D得所求的平面方程为 02zx 2．求到两平面0623:zyx和1152:zyx距离相等的点的轨迹方程． 解；设动点为zyxM,,，由点到平面的距离公式得
222222
1025101025213623
zyxzyz
所以10102512914623zyxzyx 3．已知原点到平面的距离为120, 且在三个坐标轴上的截距之比为5:6:2, 求 的方程． 解：设截距的比例系数为k，则该平面的截距式方程为
1562kzkyk
x
化成一般式为0306515kzyx 又因点0,0,0O到平面的距离为120，则有
120651530222
k
求出2864k 所以，所求平面方程为02861206515zyx 4．若点)1,0,2(A在平面上的投影为)1,5,2(B, 求平面的方程． 解：依题意，设平面的法矢为2,5,4n 代入平面的点法式方程为 0125524zyx
整理得所求平面方程为035254zyx 5．已知两平面02467:zymx与平面0191132:zmyx相互垂直，求m的值． 解：两平面的法矢分别为6,1,1mn，11,3,22mn，由1n⊥2n，得 066212mm 求出1966m
6．已知四点)0,0,0(A, )3,5,2(,B, )2,1,0(C, )7,0,2(D, 求三棱锥ABCD中ABC 面上的高． 解：已知四点7,0,2,2,1,0,3,5,2,0,0,0DCBA,则
9,1,2,4,5,0,7,0,2DCDBDA
由DCDBDA,,为邻边构成的平行六面体的体积为 912450702,,DCDBDAV
80700090
87090
28 由立体几何可知，三棱锥ABCD的体积为
314286161VVABCD
设D到平面ABC的高为H
则有 ABCABCDSHV31
所以 ABCABCDSVH3 又2,1,0,3,5,2ACAB kjikjiACAB247210352 所以，69212472121222ACABSABC 因此，696928692869213143H 7．已知点A在z轴上且到平面014724:zyx的距离为7, 求点A的坐标． 解：A在z轴上，故设A的坐标为200，，，由点到平面的距离公式，得
7724147222
z