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旋转曲面

已知曲线(直线)方程,求绕某一轴旋转曲面

曲线L: \(\begin{cases} 4x^2+9y^2=25 \\ z=0 \end{cases}\),求绕y轴旋转一圈的方程。

因为绕y轴旋转,因此曲线上每一点对于y轴的半径的平方为 \(x^2+z^2\),将 \(x^2\)\(z^2\) 用y或者常数替代形成等式,即为曲面方程。 \(\because x^2=\frac{25-9y^2}{4}, z^2=0, \therefore x^2+z^2=\frac{25-9y^2}{4}\),整理可得 \(4x^2+9y^2+4z^2=25\)
> 旋转曲面的关键是建立基于半径r的等式\((x-2)^2+y^2=r^2=(x-2)^2+y^2\),将右边的x、y用z的表达式替换,即可得到旋转曲面的方程。

求在这个曲面上某一点指向外侧的单位法向量

对该方程求微分,可得 \(8xdx+18ydy+8zdz=0\),而法向量的 \(\{x,y,z\}\)中的每个位置等于微分前面的系数,因此该法向量为:\(\{8x,18y,8z\}\),将给定的点带入即可算出法向量,再分别除以向量长度即可算出单位法向量。

已知曲线和平面方程,求切平面

已知曲面 \(z=1-x^2-y^2\),平面 \(x+y-z+3=0\),求曲面上与平面平行的切平面为_____。

设切点\((x,y,z)=(x_0,y_0,1-x_0^2+y_0^2)\),则法向量n= \(\pm(2x_0,2y_0,1)\)平行于平面法向量 \((1,1,-1)\),因此可以计算出 \((x_0,y_0,z_0)=(-\frac{1}{2},-\frac{1}{2},\frac{1}{2})\)。 则切平面方程为 \(-(x+\frac{1}{2})-(y+\frac{1}{2})+(z-\frac{1}{2})=0\)

求曲线在点的切线方程

求切向量和切线:曲线由两个方程构成,分别求两个方程在点的法向量,叉乘即可得到直线方向向量,利用给的点,即可算出切线。
求法向量:分别计算两个方程关于x、y、z的偏导,带入给定点即可算出法向量。
求法平面:根据切向量和切点,写出平面方程,注意平面是垂直与切向量的。

求旋转曲面在z=0和z=1之间的体积

如果求出旋转曲面是\(x^2+y^2=...z\)的形式,则对于每个\(z\)的截面为\(\pi r^2=\pi (x^2+y^2)\),则体积为\(\pi\int_0^1...zdz\)