版块 14 空间解析几何
A. 实用解题工具
第 1 组: 直线方程
直线方程有如下类型
- 一般式方程:
{A1x+B1y+C1x+D1=0A2x+B2y+C2x+D2=0 平面 π1 平面 π2
-
标准式方程: lx−x0=my−y0=nz−z0
-
两点式方程: x2−x1x−x1=y2−y1y−y1=z2−z1z−z1
-
参数式方程:
⎩⎨⎧x=x0+lty=y0+mtz=z0+nt
第 2 组: 直线平面位置
- 平面间位置关系 :
⎩⎨⎧ 定义 : {A1x+B1y+C1x+D1=0A2x+B2y+C2x+D2=0 平面 π1 平面 π2 两平面平行 : ⇔A2A1=B2B1=C2C1 两平面垂直 : ⇔A1A2+B1B2+C1C2=0 平面间夹角 θ:cosθ=A12+B12+C12A22+B22+C22A1A2+B1B2+C1C2
- 平面与直线关系:
⎩⎨⎧ 定义 : { 直线 L:lx−x0=my−y0=nz−z0 平面 π1:A1x+B1y+C1z+D1=0 平行 :⇔Al+Bm+Cn=0 垂直 :⇔lA=mB=nC 线面夹角 θ:sinθ=A2+B2+C2l2+m2+n2Al+Bm+Cn
- 直线位置关系:
⎩⎨⎧ 定义: {L1:l1x−x1=m1y−y1=n1z−z1L2:l2x−x2=m2y−y2=n2z−z2 平行 :⇔l2l1=m2m1=n2n1 垂直 :⇔l1l2+m1m2+n1n2=0 直线夹角 θ:cosθ=l12+m12+n12l22+m22+n22∣l1l2+m1m2+n1n2∣
第 3 组: 常见曲面
- 球/椭球:
{ 球 : x2+y2+z2=a2 椭球 : a2x2+b2y2+c2z2=1
- 锥面: z2=x2 ,
yy2{z=x2+y2z=−x2+y2
- 抛物面:
⎩⎨⎧ 旋转抛物面: z=x2+y2 椭圆抛物面: z=a2x2+b2y2 双曲抛物面: z=a2x2−b2y2
- 单叶/双叶双曲面:
{ 单. 叶 :a2x2+b2y2−c2z2=1 双叶 :a2x2−b2y2−c2z2=1
1. 求空间曲线的在坐标面上的投影曲线
方法: 空间曲线 Γ 的方程写成两个曲面联立的形式
{F(x,y,z)=0G(x,y,z)=0
。若要求在坐标面 xOy 上的投影,先在方程
{F(x,y,z)=0G(x,y,z)=0
中消去变量 z ,得到 f(x,y)=0 。再写成
{f(x,y)=0z=0
的形式。其他坐标面投影类似。
2. 求空间曲线旋转所得的曲面方程
-
求解旋转曲面的思路: 空间曲线上的任意一点, 绕轴旋转均得出一个圆, 圆半径为点到轴的距离, 圆心在旋转轴上。
-
特别地, f(x,z)=0 绕 z 轴旋转,得到 f(±x2+y2,z)=0
例题 1. 空间直线 x=y=z 绕 z 轴旋转得到的曲面方程为___
【解】设空间曲线上任意点 (x0,y0,z0) 满足 x0=y0=z0 ,绕 z 轴旋转,所得出的点的坐标始终满足 z=z0 ,
且 x2+y2=x02+y02 。整理两式,消除 x0,y0,z0 可得到 x2+y2=x02+y02=z02+z02=2z
即, x2+y2=2z 为所求。