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当前位置:课程学习>>第四章>>学习内容>>视频课堂>>知识点五 知识点五:双曲面1.单叶双曲面 定义1 在直角坐标系下,由方程 (4.5-1) 所表示的曲面叫做单叶双曲面,方程(4.5-1)叫做单叶双曲面的标准方程,其中是任意的正常数。 显然,单叶双曲面(4.5-1)与椭球面(4.4-1)一样,它关于三坐标平面,三坐标轴以及坐标原点都对称。 双曲面(4.5-1)与轴不相交,与轴与轴分别交于点与,这四点叫做单叶双曲面的顶点。 如果用三个坐标平面分别截割曲面(4.5-1),那么所得的截线顺次为 (1) (2) (3)
(1)为面上的椭圆,叫做单叶双曲面的腰椭圆;(2)与(3)分别为面与面上的双曲线,这两条曲线有着共同的虚轴与虚轴长(图4-10)。 当我们用一组平行平面(可为任意实数)来截割单叶双曲面(4.5-1),便得到椭圆 (4) 它的两半轴分别是与,两轴的端点分别为与,容易知道这两对端点分别在双曲线(2)与(3)上,这样单叶双曲面可以看成是由一个椭圆变动(大小位置都改变)而产生的,这个椭圆在变动中保持所在的平面与面平行,且两对顶点分别沿着两个定双曲线(2)与(3)滑动。 图4-10是单叶双曲面(4.5-1)的图形。 如果用平行于的平面来截割单叶双曲面(4.5-1),那么截线的方程为: (5) 当时,截线(5)为双曲线,它的实轴平行于轴,实半轴长为,虚轴平行于轴,虚半轴长为,且双曲线(5)的顶点在腰椭圆(1)上(图4-11)。 当时,截线(5)仍为双曲线,但它的实轴平行于轴,实半轴长为,虚轴平行于轴,虚半轴长为,而且它的顶点在双曲线(3)上(图4-12)。 当时,(5)变成 或 这是两条直线 或 如果,那么两条直线交于点(图4-13),如果,那么两条直线交于。 如果用平行于的平面来截割单叶双曲面(4.5-1),那么它与用平行于的平面来截割所得结果完全相类似。 在方程(4.5-1)中,如果,那么它就成为单叶旋转双曲面(4.3-3)。 方程与所表示的图形,也都是单叶双曲面。 2双叶双曲面 定义2 在直角坐标系下,由方程
(4.5-2) 所表示的图形,叫做双叶双曲面,方程(4.5-2)叫做双叶双曲面的标准方程,其中是任意的正常数。 因为双叶双曲面的方程(4.5-2)仅含坐标的平方项,因此这个曲面关于三坐标平面,三坐标轴以及坐标原点都对称,而且曲面与轴轴都不相交,只与轴相交于两点,这两点叫做双叶双曲面(4.5-2)的顶点。 从方程(4.5-2)容易知道,曲面上的点恒有,因此曲面分成两叶与。 坐标平面与曲面(4.5-2)不相交,而其它两个坐标平面与分别交曲面于两条双曲线(图4-14)。 (6) 与 (7) 如果用一组平行于的两平行平面来截割曲面(4.5-2),我们得截线方程为 (8) 当时,截得的图形为一点,当时,截线为椭圆,它的两半轴为 与 这时椭圆(8)的两轴的端点 与 分别在双曲线(6)与(7)上。因此,双叶双曲面可以看成是由一个椭圆变动(大小位置都改变)而产生的,这个椭圆在变动中,保持所在平面平行于面,且两轴的端点分别沿着双曲线(6),(7)滑动。 图4-14是双叶双曲面(4.5-2)的图形。 在方程(4.5-2)中,如果,那么这时截线(8)为一圆,曲面就是一个旋转双叶双曲面。 方程 与 所表示的图形,也都是双叶双曲面。 单叶双曲面与双叶双曲面统称为双曲面。 例 用一组平行平面(为任意实数),截割单叶双曲面得一族椭圆,求这些椭圆焦点的轨迹。 解 这一族椭圆的方程为 即 因为,所以椭圆的长半轴为,短半轴为, 从而椭圆焦点的坐标为 消去参数得 显然这族椭圆焦点的轨迹是一条在坐标面上的双曲线,双曲线的实轴为轴,虚轴为轴。
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