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同济大学高等数学上课件D86几何中的应用.pptx

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同济大学高等数学上课件D86几何中的应用.pptx

1、第六节复习目录上页下页返回结束一、空间曲线的切线与法平面一、空间曲线的切线与法平面二、曲面的切平面与法线二、曲面的切平面与法线多元函数微分学的几何应用第八章复习复习:平面曲线的切线与法线已知平面光滑曲线切线方程法线方程若平面光滑曲线方程为故在点切线方程法线方程在点有有因机动目录上页下页返回结束一、一、空间曲线的切线与法平面空间曲线的切线与法平面过点 M 与切线垂直的平面称为曲线在该点的法法机动目录上页下页返回结束位置.空间光滑曲线在点 M 处的切线切线为此点处割线的极限平面平面.点击图中任意点动画开始或暂停1.曲线方程为参数方程的情况曲线方程为参数方

2、程的情况切线方程切线方程机动目录上页下页返回结束此处要求也是法平面的法向量,切线的方向向量:称为曲线的切向量切向量.如个别为0,则理解为分子为 0.机动目录上页下页返回结束不全为0,因此得法平面方程法平面方程说明说明:若引进向量函数,则为 r(t)的矢端曲线,处的导向量就是该点的切向量.例例1.求圆柱螺旋线对应点处的切线方程和法平面方程.切线方程法平面方程即即解解:由于对应的切向量为在机动目录上页下页返回结束,故2.曲线为一般式的情况曲线为一般式的情况光滑曲线当曲线上一点,且有时,可表示为处的切向量为机动目录上页下页返回结束则在点切线方程

3、切线方程法平面方程法平面方程有或机动目录上页下页返回结束也可表为法平面方程法平面方程机动目录上页下页返回结束例例2.求曲线在点M(1,2,1)处的切线方程与法平面方程.切线方程解法解法1 令则即切向量机动目录上页下页返回结束法平面方程即机动目录上页下页返回结束解法解法2.方程组两边对 x 求导,得曲线在点 M(1,2,1)处有:切向量解得切线方程即法平面方程即点 M(1,2,1)处的切向量机动目录上页下页返回结束二、二、曲面的切平面与法线曲面的切平面与法线设有光滑曲面通过其上定点对应点 M,切线方程为不全为0.则在且点 M 的切

4、向量切向量为任意引一条光滑曲线下面证明:此平面称为在该点的切平面切平面.机动目录上页下页返回结束上过点 M 的任何曲线在该点的切线都在同一平面上.证:机动目录上页下页返回结束在上,得令由于曲线的任意性,表明这些切线都在以为法向量的平面上,从而切平面存在.曲面在点 M 的法向量法向量法线方程法线方程切平面方程切平面方程复习目录上页下页返回结束曲面时,则在点故当函数法线方程法线方程令特别特别,当光滑曲面的方程为显式在点有连续偏导数时,切平面方程切平面方程机动目录上页下页返回结束法向量法向量用将法向量的法向量的方向余弦：方向余弦：表示法向

5、量的方向角,并假定法向量方向分别记为则向上,复习目录上页下页返回结束例例3.求球面在点(1,2,3)处的切平面及法线方程.解解:所以球面在点(1,2,3)处有:切平面方程切平面方程即法线方程法线方程法向量令机动目录上页下页返回结束例例4.确定正数使曲面在点解解:二曲面在 M 点的法向量分别为二曲面在点 M 相切,故又点 M 在球面上,于是有相切.与球面机动目录上页下页返回结束,因此有1.空间曲线的切线与法平面空间曲线的切线与法平面切线方程法平面方程1)参数式情况.空间光滑曲线切向量内容小结内容小结机动目录上页下页返回结束切线方程法平面方程空间

6、光滑曲线切向量2)一般式情况.机动目录上页下页返回结束空间光滑曲面曲面在点法线方程法线方程1)隐式情况.的法向量法向量切平面方程切平面方程2.曲面的切平面与法线曲面的切平面与法线机动目录上页下页返回结束空间光滑曲面切平面方程切平面方程法线方程法线方程2)显式情况.法线的方向余弦方向余弦法向量法向量机动目录上页下页返回结束思考与练习思考与练习1.如果平面与椭球面相切,提示提示:设切点为则机动目录上页下页返回结束(二法向量平行)(切点在平面上)(切点在椭球面上)证明曲面上任一点处的切平面都通过原点.提示提示:在曲面上任意取一点则通过此作业作业 P45 2，3，4，5，8，9，102.设 f(u)可微,第七节目录上页下页返回结束证明原点坐标满足上述方程.点的切平面为 1.证明曲面与定直线平行,证证:曲面上任一点的法向量取定直线的方向向量为则(定向量)故结论成立.的所有切平面恒备用题备用题机动目录上页下页返回结束 2.求曲线在点(1,1,1)的切线解解:点(1,1,1)处两曲面的法向量为因此切线的方向向量为由此得切线:法平面:即与法平面.机动目录上页下页返回结束