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空间曲线的切线与法平面问题举例在线视频

空间曲线的切线与法平面问题举例

下一节:曲面的切平面与法线(之一)

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空间曲线的切线与法平面问题举例课程教案、知识点、字幕

我们已经给出了

当曲线以参数方程

或者是一般方程给出时

我们如何求曲线在指定点的

切线和法平面方程

在这一节 我们看两个具体的例题

第一个例题

我们求一求螺旋线

L也就是x等于cost

y等于sint z等于t

在点(1,0,0)处的切线方程

和法平面方程

这个螺线实际上它相当于是

一个点在一个平面上绕着一个圆运动

同时这个平面又以一个匀速上下运动

那么这个点的轨迹

就是所谓的螺线

它一个简单形式下的方程

我们就可以把t取成参数

它螺线上任一点的坐标(x,y,z)

与t就有这个关系

这实际就是螺线的参数方程

那么根据参数方程形式下

我们切向量的计算公式

它的切向量应该是

x关于t的导数就是负的sint

y关于t的导数就是cost

z关于t的导数是一

这就是它在参数t对应的点处的切向量

就这个题目来说

因为它求的是(1,0,0)这一点

我们知道它实际是参数t等于零对应的点

那么我们要求的这个

参数t等于零对应的点的切向量就是

第一个分量是零

第二个分量是一

第三个分量是一

我们知道了切向量 知道了点

所以说 它的切线方程

我们就直接写出来了

就应该是x减掉一比上零

等于 y减掉零 也就是y比上一

又等 就是z减掉零 就是z比上一

当然 同学们可能觉得奇怪

你这个除法 分母怎么可以等于零

大家注意 我们在这个地方

这个等式尽管呈现的形式

好像是两个数的相除

但实际我们表示的是说

两个向量平行

它的对应分量应该成比例

如果对应分量成比例

那么第一个表达式

在这个地方表示的应该是

当这个分量等于零时

我们切向量的第一个分量也应该等于零

也应该等于零也就是x减一应该等于零

所以它应该等价于就是

x等于一

那这个自然就是z等于y

这样我们就把这个切线

表示成了两个具体的平面的交线

这是切线方程

类似的 我们自然可以写出法平面方程

法平面方程 第一个

大家注意一下

它的切向量也就是法向量

对法平面来说

分量是等于零的

所以说 我们在这个法平面里面

与x有关的这个项是不出现的

所以我们应该就是直接写

第二个一乘上y减零

实际上就是y

再加上一乘上z减零

实际就是z

这个就是它的法平面方程

法平面方程实际上它不出现x变量

说明它应该是平行于x轴的一个平面

这是在参数方程形式下

怎么样具体的去求切线和法平面方程

接下来我们看第二个例子

第二个例子 我们假设

L的方程是x方加上y方等于a方

x方加上z方等于a方

a是个大于零的实数

我们求这条曲线在这个点

根下二分之a 根下二分之a 根下二分之a

这个点当然在这条曲线上

求这个曲线在这点处的

切线和法平面

实际上 这条曲线尽管我们说

它是以一般方程给出的

但这两张曲面

大家一看也应该很熟悉

这表示的是空间中的两张圆柱面

在它的交线上求这一点

它的切线和法平面方程

因为这个点肯定是在第一卦限的

所以说我们简单的看一下

在第一卦限里面

这两张柱面大概是什么样子

也就是我们画一个直角坐标系

x轴y轴z轴 原点是O

那x方加z方等于a方 在第一卦限里面

是将它与xz平面的交线就是四分之一圆

它母线是平行于y轴的

实际上指的是个四分之一圆柱面

x方加y方等于a方类似的

它与xy平面的交线应该是这个四分之一圆

它母线是平行于z轴的

应该是这一块四分之一圆柱面

那么这两个圆柱面的交线

大概在这个位置

我们画一个示意图

就是这实际就是这个L

在第一卦限中的那一段

相当于我们这个点

就取的这个位置

求这条曲线在这点的

切线方程和法平面方程

那我们看一下

在一般方程形式下

那么我把大F记成x方加y方减a方

我们把大G(x,y,z)记成x方加上z方减a方

那我们就求它们的一阶偏导数

这样大F关于x的一阶偏导是两倍x

然后关于y的一阶偏导就是两倍y

大F关于z的一阶偏导是等于零的

G关于x的一阶偏导两倍x

G关于y的一阶偏导是等于零的

关于z的一阶偏导是等于两倍的z

有了这三个一阶偏导数之后

那么我们切向量的第一个分量A应该是谁

A应该就是这四个数

构成的二阶偏导数的值

应该就是这个两个的乘积减掉这两个的乘积

实际上也就是四倍的yz

考虑到我们是在这边求

y和z都是根下二分之a

所以它的乘积就是二分之a方

这个也就是一个两倍的a方

类似的 我们切向量的第二个分量

切向量的第二个分量应该就是

把x偏导数这一项放到这个地方来

也就是这里有一个两倍x 两倍x

就是这四个数构成的二阶行列式的值

我们看一下这两个的乘积减掉这两个

实际上应该就等于负的四倍的xz的值

把xz的值代进来也就是

负的两倍的a方

我们要求切向量的第三个分量

也就是C

C应该就是再把关于y偏导数放到后面来

这就是两倍的y 0

我们要求这个二阶行列式的值

出来应该是负的四倍的xy的乘积

然后把x y的值代进来

所以它应该也等于负的两倍的a方

当然 大家看一下

我们求的是切向量

我们只要方向

长度与我们求切向量方程

和法平面方程是无关的

所以我们直接就把这个切向量表示成

第一个分量是一

第二个分量是负一

第三个分量也是负一

因为这个向量显然与

(A,B,C)做分量的向量是平行的

这样子的时候

我们就可以把

它在这一点的切线方程

和法平面方程都写出来了

切线方程也就是

x减掉根下二分之a除上一

等于y减掉根下二分之a比上负一

等于z减掉根下二分之a再比上负一

切线方程

法平面方程大家自然自己可以写出来

它应该就是

x减掉根下二分之a

减掉括号里面y减根下二分之a

再减括号里面z减根下二分之a等于零

这是在一般方程形式下

我们按照一般方程形式求切向量的方法

把这个切线和法平面方程求出来

当然 就这一个具体的例子

大家知道 我只关心的是

x y z都是非负的那一段曲线上的情况

所以说在这个前提下

大家自然还可以写出

曲线L的参数方程

也就是说我把x取成参数

那么y就等于根下a方减x方

z就等于根下a方减x方

这就是在第一卦限中

这条曲线L的参数方程

那利用参数方程的形式

大家自然也可以求出它的切向量

求出它的切线方程和法平面方程

在参数方程形式下的具体计算

作为一个练习

大家课下把它写出来

做一下对具体的曲线

如果它不是参数方程形式时

我们如果能把它变成参数方程

如何去处理

微积分——多元函数与重积分课程列表:

第一章 多元函数微分学

-第一节 多元连续函数

--向量的内积与长度-1

--向量的内积与长度-2

--R^n中的点列的收敛性

--内点、外点、边界点-1

--内点、外点、边界点-2

--开集、闭集、区域

--多元函数的有关概念

--二重极限的定义

--二重极限的例题

--二次极限的定义

--连续与一致连续的定义

--连续函数的性质-1

--连续函数的性质-2

--连续函数的性质-3

-第一章 多元函数微分学--第一节练习题

-第二节 多元函数的偏导数

--偏导数的概念

--偏导数的几何意义

--高阶偏导数的概念

--混和偏导数与求导顺序无关的条件

-第一章 多元函数微分学--第二节练习题

-第三节 多元函数的全微分

--全微分的概念

--可微的必要条件

--可微的充分条件

--可微的充要条件

--多元函数的原函数

-第一章 多元函数微分学--第三节练习题

-第四节 多元函数的微分法

--复合函数微分法之一

--复合函数微分法之二

--复合函数求导数(举例)

--隐函数存在定理

--隐函数求导法(举例)

--隐函数组求导法

-第一章 多元函数微分学--第四节练习题

-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量

--方向导数的概念

--方向导数的计算

--梯度向量的概念与计算

-第一章 多元函数微分学--第五节练习题

-第六节 映射及其微分

--映射与连续映射的概念

--映射的导数、微分、雅克比矩阵

--复合映射的微分法

-第一章 多元函数微分学--第六节练习题

-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式-2

--二元函数带有Lagrange型余项的泰勒公式

-第一章 多元函数微分学--第七节练习题

第二章 多元函数微分学应用

-第一节 多元函数微分学的几何应用

--空间曲线的切线与法平面(之一)

--空间曲线的切线与法平面(之二)

--空间曲线的切线与法平面问题举例

--曲面的切平面与法线(之一)

--曲面的切平面与法线(之二)

--曲面的切平面与法线(之三)

--曲面的切平面与法线问题举例

-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题

-第二节 多元函数的极值

--极值点的概念和必要条件

--极值点的判别法

--极值问题举例

-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题

-第三节 多元函数的条件极值

--二元函数条件极值问题的提法

--三元函数条件极值问题的提法(之一)

--三元函数条件极值问题的提法(之二)

--条件极值问题的直接解法

--条件极值问题的Lagrange解法

--条件极值问题举例

--多元函数在有界闭域上的最值

--最小二乘法

-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题

第三章重积分

-第一节 二重积分的概念和性质

--二重重积分引入

--二重积分定义

--二重积分性质

--关于二重积分性质的例题

-第二节 二重积分的计算

--二重积分的计算:直角坐标系(1)

--二重积分的计算:直角坐标系(2)

--二重积分的计算:直角坐标系(3)

-第三章重积分--第二节练习题

-第三节 极坐标系及一般坐标系

--极坐标系

--一般坐标系

--二重积分的一般坐标变换公式

--二重积分的计算:极坐标系

--二重积分的计算:极坐标系例题

--二重积分的计算:一般坐标系例题

-第三章重积分--第三节练习题

-第四节 三重积分

--三重积分的引入

--三重积分的定义

--三重积分的性质

--直角坐标系

--三重积分的计算:例题(1)

--三重积分的计算:例题(2)

--空间坐标变换

--空间柱坐标系

--空间柱坐标系例题(1)

--空间柱坐标系例题(2)

--球坐标系

--球坐标系例题

-第三章重积分--第四节 练习题

-第五节 第一类曲线积分

--第一类曲线积分的引入

--第一类曲线积分的定义

--第一类曲线积分的性质

--第一类曲线积分的计算公式

--第一类曲线积分的计算例题

-第三章重积分--第五节 练习题

-第六节 第一类曲面积分

--第一类曲面积分的引入

--第一类曲面积分的定义

--第一类曲面积分的性质

--第一类曲面积分的计算公式

--第一类曲面积分的计算例题(1)

--第一类曲面积分的计算例题(2)

-第三章重积分--第六节 练习题

-第七节 含参变量积分

--含参定积分的定义

--含参积分的连续性

--含参积分的导数

--含参积分的例题

-- 广义含参积分的一致收敛性

--广义含参积分的连续性和积分导数

-第三章重积分--第七节 练习题

第四章 向量分析

-第一节 第二类曲线积分

--第二类曲线积分的引入

--第二类曲线积分的定义

--第二类曲线积分的性质第二类曲线积分的性质

--第二类曲线积分的性质

-第四章 向量分析--第一节 练习题

-第二节 Green公式及其应用

--平面第二类曲线积分:Green公式

--平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式

-第四章 向量分析--第二节 练习题

-第三节 第二类曲面积分

--曲面的定向

--第二类曲面积分的引入

--第二类曲面积分的定义与性质

--第二类曲面积分的计算

-第四章 向量分析--第三节 练习题

-第四节 Gauss公式与Stokes公式

--Gauss公式

--第二类曲面积分的计算:Gauss公式

--Stokes公式及其应用

-第四章 向量分析--第四节 练习题

-第五节 无源场,保守场与调和场

--平面保守场

--势函数及其计算

--空间保守场

--常见的场

-第四章 向量分析--第五节 练习题

第五章 常微分方程

-第一节 微分方程的基本概念

--微分方程概念举例

--微分方程的基本概念

--一阶微分方程定解问题解的存在唯一性

-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)

--变量分离方程

--齐次型方程

--可化为齐次型方程的方程

--一阶线性微分方程的概念和解的性质

--一阶线性微分方程的解法

--Bernoulli方程

--可降阶方程(之一)

--可降阶方程(之二)

-第五章 常微分方程--第二节 练习题

-第三节 高阶线性微分方程解的结构

--线性微分方程解的性质

--函数组线性相关(无关)的概念

--函数组线性相关的必要条件

--线性微分方程解函数组线性相关的判别法

--线性微分方程解的结构

-第五章 常微分方程--第三节 练习题

-第四节 高阶线性常系数微分方程

--视频5--17 二阶线性齐次微分方程的特征法

--n阶线性齐次微分方程的特征法

-- 线性齐次微分方程的特征法举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之一)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法(之二)

--欧拉方程

--欧拉方程举例

-第五章 常微分方程--第四节 练习题

空间曲线的切线与法平面问题举例笔记与讨论

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