第八章 空间解析几何 与向量代数 一. 内 容 要 点 二. 重 点 难 点 三. 主 要 内 容 四. 例 题与习题
一. 内容要点 1. 空间直角坐标系及向量代数 空间直角坐标系; 向量,向量的坐标; 向量的加减法;向量与数的乘法; 数量积,向量积,混合积。
2. 平面与直线,曲面与曲线 曲面及其方程; 空间曲线及其方程; 平面及其方程; 空间直线及其方程; 二次曲面。
二、重点 难点 重点: 1. 向量的运算,两个向量垂直、平行的条件; 2. 平面方程和直线方程的建立;
3. 以坐标轴为旋转轴的旋转曲面及母 线平行于坐标轴的柱面方程的求法; 4. 利用截痕法讨论曲面的形状。
难点: 向量积的定义及其运算规律、几何意义; 二次曲面的方程及其图形。
三、主要内容 (一)向量代数 (二)空间解析几何
(一)向量代数 向量概念 向量的 线性运算 向量的 表示法 向量的积 数量积 混合积 向量积
1、向量的概念 定义:既有大小又有方向的量称为向量. 重要概念: 向量的模、 单位向量、 零向量、 自由向量、 相等向量、 负向量、 平行向量、 向径.
2、向量的线性运算 (1) 加法: (2) 减法: (3) 向量与数的乘法:
3、向量的表示法 向量的分解式: 在三个坐标轴上的分向量: 向量的坐标表示式: 向量的坐标:
向量的加减法、向量与数的乘积等的坐标表达式
向量模长的坐标表示式 向量方向余弦的坐标表示式
4、数量积 (点积、内积) 数量积的坐标表达式 两向量夹角余弦的坐标表示式
5、向量积 (叉积、外积) 向量积的坐标表达式
// 6、混合积
(二)空间解析几何 空间直角坐标系 曲线 曲面 直 线 平 面 一般方程 旋转曲面 参数方程 柱 面 一般方程 二次曲面 参数方程 柱 面 直 线 平 面 一般方程 二次曲面 参数方程 对称式方程 点法式方程 一般方程
1、空间直角坐标系 竖轴 空间的点 定点 纵轴 有序数组 横轴
空间直角坐标系 共有一个原点,三个坐标轴,三个坐标面,八个卦限.
两点间距离公式: 它们距离为
2、曲面 曲面方程的定义:
[1] 旋转曲面 研究空间曲面的两个基本问题: (1)已知曲面作为点的轨迹时,求曲面方程. (2)已知坐标间的关系式,研究曲面形状. 定义:以一条平面曲线绕其平面上的一条直线旋转一周所成的曲面称之. 这条定直线叫旋转曲面的轴.
方程特点:
(1)球面 (2)圆锥面 (3)旋转双曲面
[2] 柱面 定义: 平行于定直线并沿定曲线C移动的直线L所形成的曲面称之. 这条定曲线叫柱面的准线,动直线叫柱面的母线.
从柱面方程看柱面的特征: (1) 平面
(2) 圆柱面 (3) 抛物柱面 (4) 椭圆柱面
[3] 二次曲面 定义:三元二次方程所表示的曲面称为二次曲面. (1)椭球面 (2)椭圆抛物面
(3)马鞍面 (4)单叶双曲面 (5)圆锥面
3、空间曲线 [1] 空间曲线的一般方程 [2] 空间曲线的参数方程
如图空间曲线 一般方程为 参数方程为
[3] 空间曲线在坐标面上的投影 设空间曲线的一般方程: 消去变量z后得: 曲线在 面上的投影曲线为 面上的投影曲线 面上的投影曲线
如图:投影曲线的研究过程. 空间曲线 投影柱面 投影曲线
[4] 空间立体或曲面在坐标面上的投影 空间立体 曲面
4、平面 [1] 平面的点法式方程 [2] 平面的一般方程 [3] 平面的截距式方程
[4] 平面的夹角 [5] 两平面位置特征: //
5、空间直线 [1] 空间直线的一般方程
[2] 空间直线的对称式方程 [3] 空间直线的参数方程
[4] 两直线的夹角 直线 直线 ^ 两直线的夹角公式
[5] 两直线的位置关系: // [6] 直线与平面的夹角
直线与平面的夹角公式 [7] 直线与平面的位置关系 //
四、典型例题 例1 解 由题设条件得 解得
例2 解 过已知直线的平面束方程为
由题设知 由此解得 代回平面束方程为
例3 解 将两已知直线方程化为参数方程为
即有
例4 解
所求投影直线方程为
例5 解 由于高度不变,
故所求旋转曲面方程为
五、例题选讲 例1 如果直线 与平面 平行, 求 例2 空间直线 与平面 的相互位置关系是 ( )
过点 例3 平面 则 与平面 例4 平面 的位置关系是 ( )
例5 例6
例7 例8
六、 练 习 题
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练习题答案