2023-07-09 19:05:19 | 高校网
对于直线,法线是它的垂线;对于一般的平面曲线,法线就是切线的垂线;对于空间图形,是垂直平面。法线斜率与切线斜率乘积为-1,即若法线斜率和切线斜率分别用α、β表示,则必有α*β=-1。法线可以用一元一次方程来表示,即法线方程。与导数有直接的转换关系。
求切线法线
曲线y=x^3+2在点(1,3)处的切线方程和法线方程。
由已知得y'=3x^2
在点(1,3)处,切线斜率k1=3
所以切线方程为y-3=3(x-1),即y=3x
又法线的斜率k2=-1/k1=-1/3
所以法线方程为y-3=-1/3(x-1),即y=-(1/3)x+10/3
在空间求平面的法向量的方法:
(1)直接法:找一条与平面垂直的直线,求该直线的方向向量.
(2)待定系数法:建立空间直角坐标系,
①设平面的法向量为 n=(x,y,z)
②在平面内找两个不共线的向量a 和 b,
③建立方程组:n点乘a=0
n点乘b=0
④解方程组,取其中的一组解即可.
设曲线方程为y=f (x),在点 (a,f (a))的切线斜率为f' (a),因此法线斜率为-1/f' (a),由点斜式得法线方程为:y=- (x-a)/f' (a)+f (a)。
对于直线,法线是它的垂线;对于一般的平面曲线,法线就是切线的垂线;对于空间图形,是垂直平面
若平面为F(x,y,z)=0,则向量(偏F/偏x,偏F/偏y,偏F/偏z)就是其切平面的法向量,也是法线的方向向量。
若曲线为x=x(t), y=y(t), z=z(t),则向量(dx/dt,dy/dt,dz/dt)就是其法平面的法向量,也是切线的方向向量。
例:
2x^2+3y^2+z^2-9 = 0
法向量 (4x, 6y, 2z),
在点 M(1, -1, 2)处 n1 =(2, -3, 2);
3x^2+y^2-z^2 = 0
法向量 (6x, 2y, -2z),
在点 M(1, -1, 2)处 n2 =(3, -1, -2);
切线方向向量 t = n1 × n2 = (8, 10, 7)
切线方程 (x-1)/8 = (y+1)/10 = (z-2)/7
法平面方程 8(x-1)+10(y+1)+7(z-2) = 0
即 8x+10y+7z =12
空间曲面的切平面和法线方程:曲面上一点(x,y,z)处的法向量为n=(x/2,2y,2z/9)。
把点P带入方程得到n=(1,-2,2/3),可以取n0=(3,-6,2)。所以切平面为3(x-2)-6(y+1)+2(z-3)=0。整理后3x-6y+2z=18。法线为(x-2)/3=(y+1)/(-6)=(z-3)/2。
曲面(x,y,z)处的法向量可以表示为n=(ax,by,cz),在M(1,1,1)出的法向量为n0=(a,b,c),所以M处的其平面为a(x-1)+b(y-1)+c(z-1)=0,整理得ax+by+cz=a+b+cM处的法线方程: (x-1)/a=(y-1)/b=(z-1)/c
变换方程为一般式Ax+By+Cz+D=0,平面的法向量为(A,B,C)。
证明:设平面上任意两点P(x1,y1,z1),Q(x2,y2,z2)
∴ 满足方程:Ax1+By1+Cz1+D=0,Ax2+By2+Cz2+D=0
∴ PQ的矢量为(x2-x1,y2-y1,z2-z1),该矢量满足A(x2-x1)+B(y2-y1)+C(z2-z1)=0
∴ 矢量PQ⊥矢量(A,B,C)
∴ 平面上任意直线都垂直于矢量(A,B,C)
∴ 矢量(A,B,C)垂直于该平面
∴ 平面的法向量为(A,B,C)高校网
扩展资料:
计算
对于像三角形这样的多边形来说,多边形两条相互不平行的边的叉积就是多边形的法线。
用方程ax+by+cz=d表示的平面,向量(a,b,c)就是其法线。
如果S是曲线坐标x(s,t)表示的曲面,其中s及t是实数变量,那么用偏导数叉积表示的法线为
。如果曲面S用隐函数表示,点集合(x,y,z)满足 F(x,y,z)=0,那么在点(x,y,z)处的曲面法线用梯度表示为
。如果曲面在某点没有切平面,那么在该点就没有法线。例如,圆锥的顶点以及底面的边线处都没有法线,但是圆锥的法线是几乎处处存在的。通常一个满足Lipschitz连续的曲面可以认为法线几乎处处存在。
如果已知平面的方程,例如Ax+By+Cz+D=0,那么可以使用叉乘的方式求出平面的法向量。具体求法如下:
第一步,将A、B、C分别定义为三个三维量,各自代表x方向、y方向和z方向上的分量;
第二步,令a=(1,0,0)、b=(0,1,0),则可将(A,B,C)看作a×b的结果,即a×b=(A,B,C),即得到法向量(A,B,C)。
α*β=-1对于直线。法线是它的垂线,对于一般的平面曲线;法线就是切线的垂线;对于空间图形,是垂直平面。
α*β=-1
对于直线。法线是它的垂线,对于一般的平面曲线;法线就是切线的垂线;对于空间图形,是垂直平面。
对于直线,法线是它的垂线;对于一般的平面曲线,法线就是切线的垂线;对于空间图形,是垂直平面。
本介绍
法线斜率与切线斜率乘积为-1,即若法线斜率和切线斜率分别用α、β表示,则必有。法线可以用一元一次方程来表示,即法线方程。与导数有直接的转换关系。
曲线在点的法线方程
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