§4 空间曲线的方程

普通方程

1 定义:设L为空间曲线,§4   空间曲线的方程为一三元方程组,空间中建立了坐标系之后,若L上任一点M(x,y,z)的坐标都满足方程组,而且凡坐标满足方程组的点都在曲线L上,则称§4   空间曲线的方程为曲线L的普通方程,又称一般方程,记作

L: §4   空间曲线的方程

§4   空间曲线的方程

(图2.8)

: 1°在空间坐标系下,任一曲线的方程定是两方程联立而成的方程组;

2°用方程组去表达曲线,其几何意义是将曲线看成了二曲面的交线(如图2.8);

3°空间曲线的方程不唯一(但它们同解),如

§4   空间曲线的方程§4   空间曲线的方程 均表示z轴

2 用曲线的射影柱面的方程来表达曲线

以曲线L为准线,母线平行于坐标轴的柱面称为L的射影柱面,若记L的三射影柱面的方程为 §4   空间曲线的方程 (x,y)=0, §4   空间曲线的方程(y,z)=0, §4   空间曲线的方程(z,x)=0,则

§4   空间曲线的方程,§4   空间曲线的方程,§4   空间曲线的方程

便是L的用射影柱面表达的方程

若已知曲线L:§4   空间曲线的方程,只需从L的方程中,分别消去x,y,z便三射影柱面

的方程§4   空间曲线的方程(y,z)=0, §4   空间曲线的方程(z,x)=0, §4   空间曲线的方程(x,y)=0

 

:设有曲线L:§4   空间曲线的方程 ,试求L的射影柱面,并用射影柱面方程表达

曲线.

解:从L的方程中分别消去x,y,z得到

z²-4y=4z,x²+z²=4z,x²+4z=0

它们即为L的射影柱面,而

§4   空间曲线的方程 (1),§4   空间曲线的方程 (2), §4   空间曲线的方程 (3)

便均是L的用射影柱面表达的方程

注:利用方程(2)即可作出L的草图

 

参数方程:

1.定义:设L为一空间曲线,r=r(t),t∈A为一元矢函数,在空间坐标系下,若对§4   空间曲线的方程P∈L,

§4   空间曲线的方程t∈A,使§4   空间曲线的方程 =r(t),而且对§4   空间曲线的方程t∈A,必有P∈L,使r(t)=§4   空间曲线的方程 ,则称r=r(t),

t∈A为曲线L的矢量式参数方程,记作L=r=r(t),t∈A,t ——参数

若点r(t)={x(t),y(t),z(t)}

则称§4   空间曲线的方程 t∈A

为L的坐标式参数方程

:空间曲线的参数方程中,仅有一个参数,而曲面的参数方程中,有两个参数,所以习惯上,称曲线是单参数的,而曲面是双参数的。

2.求法

:一质点,在半径=a的圆柱面上,一方面绕圆柱面的轴作匀速转动,一方面沿圆柱面的母线方向作匀速直线运动,求质点的运动轨迹。

:以圆柱面的轴作为z轴,建立直角坐标系{O;i,j,k},如图,不妨设质点的起始点在x轴上,质点的角速率与线速率分别为ω。,ν。,质点的轨迹为L,则对§4   空间曲线的方程§4   空间曲线的方程∈L,§4   空间曲线的方程在x。y面上的投影为§4   空间曲线的方程′,

§4   空间曲线的方程

(图2.9)

r=§4   空间曲线的方程 = §4   空间曲线的方程 + §4   空间曲线的方程 =acos§4   空间曲线的方程 i+asin§4   空间曲线的方程 j+§4   空间曲线的方程k

若令§4   空间曲线的方程§4   空间曲线的方程=b,则

r=acos§4   空间曲线的方程 i+asin§4   空间曲线的方程 j+b§4   空间曲线的方程 k §4   空间曲线的方程

————L的矢量式参数方程

§4   空间曲线的方程§4   空间曲线的方程

————L的坐标式参数方程,L称为圆柱螺线。

 

 

 

 

 

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