空间曲线的切线和法平面怎么求

57次

问题描述:

空间曲线的切线与法平面公式推导

推荐答案

2023-10-23 14:34:41

空间曲线的切线和法平面是曲线的重要概念,它们的求取方法如下:

1. 空间曲线的切线:

首先,给定空间曲线的一般方程: $F(x,y,z)=0$,其中 $F$ 是一个光滑的函数。

设曲线上的某一点 $P(x_0,y_0,z_0)$,在点 $P$ 的切线是曲线的一个切方向,这个方向可以用一个向量来表示:$mathbf{T}=(x_0',y_0',z_0')$,其中 $x_0',y_0',z_0'$ 分别是 $x,y,z$ 在点 $P$ 处的导数,即 $x_0',y_0',z_0'$ 分别是 $F$ 对 $x,y,z$ 在点 $P$ 处的偏导数。

因此,在点 $P$ 的切线方程可以表示为:

$$mathbf{r}(t)=mathbf{r}(t_0)+tmathbf{T}$$

其中 $mathbf{r}(t)$ 表示曲线上的点在 $t$ 时刻的位置,$mathbf{T}$ 表示点 $P$ 的切线方向向量。

2. 空间曲线的法平面:

给定空间曲线的一般方程: $F(x,y,z)=0$,其中 $F$ 是一个光滑的函数。

设曲线上的某一点 $P(x_0,y_0,z_0)$,在点 $P$ 的法平面是曲线在该点的切平面上与曲线相切的直线垂直的平面。

因此,在点 $P$ 的法平面方程可以表示为:

$${frac{partial F}{partial x}}(x_0,y_0,z_0)cdot(x-x_0)+{frac{partial F}{partial y}}(x_0,y_0,z_0)cdot(y-y_0)+{frac{partial F}{partial z}}(x_0,y_0,z_0)cdot(z-z_0)$$

其中,$frac{partial F}{partial x}(x_0,y_0,z_0), frac{partial F}{partial y}(x_0,y_0,z_0), frac{partial F}{partial z}(x_0,y_0,z_0)$ 分别是 $F$ 对 $x,y,z$ 在点 $(x_0,y_0,z_0)$ 处的偏导数。

通过以上方法,我们可以求出空间曲线的切线和法平面。注意,这些计算可能会涉及到高阶导数和偏导数,因此需要使用微积分的知识来推导计算过程。

其他答案

2023-10-23 14:34:41

空间曲线的切线可以通过对曲线进行求导得到,即对曲线的参数方程分别求导,得到的向量即为切向量。

法平面可以通过切向量和曲线在某一点的法向量叉乘得到,即法平面的法向量为切向量和曲线在某一点的法向量的叉积。

其他答案

2023-10-23 14:34:41

根据空间曲线的表达形式,一般有两种方法:

1、如果为参数曲线形式,就比较简单了,分别求x,y,z对参数t的倒数,将该点的值带入,就得到该点的切向量,根据点向式和点法式写出切线和法平面。

2、如果为两平面交线的形式,就稍微复杂一点,需要根据方程组求出z对x和y对x的偏导数,然后写出切向量,再进一步写出切线和法平面。

若空间曲线的参数方程为x=a(t),y=b(t),z=c(t),t属于[d,e],三个函数都在[d,e]上可导,且三个导数不同时为零。现在要求曲线在其上的一点M(xo,yo,zo)处的切线及法平面方程。

设与点m对应的参数为to,记f(t)=(a(t),b(t),c(t))

由向量值函数的导向量的几何意义知,向量T=f(to)=(a'(to),b'(to),c'(to))就是曲线在点m处的一个切向量,从而曲线在点M处的切线方程为(x-x0)/a'(to)=(y-yo)/b'(to)=(z-zo)/c'(to)。

通过点M且与切线垂直的平面称为曲线在点M处的法平面,通过点m(xo,yo,zo)且以T=f’(to)为法向量的平面。因此法平面方程为a'(to)(x-xo)+b'(to)(y-yo)+c'(to)(z-zo)=0。

知道问答相关问答

(c)2008-2025 自学教育网 All Rights Reserved 汕头市灵创科技有限公司
粤ICP备2024240640号-6