张宇基础30讲三重积分1.18.3的一点注解

本文详细解析了如何计算旋转曲面的方程,包括找到母线方程、绕直线的方程,以及通过方向向量和特定点来确定旋转后的曲面上任意点的位置。通过实例说明了计算过程及简便方法。

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在这里插入图片描述
这个题要先算出来旋转曲面的方程

旋转曲面的方程的计算要点有以下几个

要找到母线方程,也就是旋转曲线的方程

还要找到绕直线的方程

接着是在绕直线方程中得到方向向量和上面的任意一点

x\boldsymbol xx = (m,n,p)(m,n,p)m,n,p

M0(x0,y0,z0)M_{0}(x_{0},y_{0},z_{0})M0(x0,y0,z0)

然后在母线方程中找一点 M1(x1,y1,z1)M_{1}(x_{1},y_{1},z_{1})M1(x1,y1,z1)

母线方程绕着直线旋转,然后这一点就会转成一个圆

在这个圆上任取一点 P(x,y,z)P(x_{},y_{},z_{})P(x,y,z)

注意这个点PPP并不满足初始的母线方程,因为随着母的旋转,母线的方程会改变,只有M1M_1M1会满足题目给定的母线方程

然后利用M1P⊥M_1P\botM1Ps\boldsymbol ss
x1x+y1y+z1z=0x_1x+y_1y+z_1z=0x1x+y1y+z1z=0

以及将M1M_1M1代入母线方程得到一个表达式

还有∣M0P→∣|\overrightarrow {M_0P}|M0P = ∣M0M1→∣|\overrightarrow {M_0M_1}|M0M1

根据此题有 在z轴选原点(0,0,0)(0,0,0)(0,0,0),方向向量选(0,0,1)(0,0,1)(0,0,1)

在母线上选一点(x0,y0,z0)(x_0,y_0,z_0)(x0,y0,z0),该点绕着ZZZ轴转了一个圆,接着在该圆上选一点(x,y,z)(x,y,z)(x,y,z),根据上面有
0∗(x−x0)+0∗(y−y0)+1∗(z−z0)=00*(x-x_0)+0*(y-y_0)+1*(z-z_0)=00(xx0)+0(yy0)+1(zz0)=0
这个方程的来源是方向向量垂直于旋转面,故垂直于所有在旋转面的线
得出z=z0z=z_0z=z0
接着有
x02+y02+z02=x2+y2+z2\sqrt{x_0^2+y_0^2+z_0^2}=\sqrt{x^2+y^2+z^2}x02+y02+z02=x2+y2+z2
两边平方代入z=z0z=z_0z=z0,有
x02+y02=x2+y2x_0^2+y_0^2=x^2+y^2x02+y02=x2+y2
根据母线方程有(注意这里的母线方程只能适用于(x0,y0,z0)(x_0,y_0,z_0)(x0,y0,z0)PPP点随着母线在动,母线随着转动它的方程也在变)
y02=x2+y2y_0^2=x^2+y^2y02=x2+y2
根据母线方程有
y02=2z0y_0^2=2z_0y02=2z0
结合z=z0z=z_0z=z0
z=x2+y22z=\frac{x^2+y^2}{2}z=2x2+y2
当然这个题也有简便的办法
就是绕着哪个轴转,这个字母就不变,把另外一个字母改成x2+y2\sqrt{x^2+y^2}x2+y2,这种方法只适合绕着坐标轴转,平面曲线方程是上述形式的

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