В § 7.1 будут рассмотрены некторые вспомогательные вопросы, в § 7.2-§ 7.4 мы выведем канонические уравнения всех действительных пространственных квадрик, не распадающихся в пару плоскостей, а в § 7.5 и § 7.6 полученные уарвнения используем для изучения геометриечских свойств квадрик.
§ 7.1. Вспомогательные вопросы
А. Поверхность вращения.
Определение. Поверхностью вращения кривой (образующей) около прямой (оси) называется поверхность, которая вместе с каждой точкой образующей содержит всю окружность (паралель), проходящую через эту точку, расположенную в плоскости, перпендикулярной оси, и имеющую центр на оси. Сечение поверхности плоскостью, проходящей через ось, называется меридианом.
Через каждую точку поверхности вращения, не лежащую на оси, проходит одна параллель и один меридиан.
На
рис. 7.1 - образующая, р – ось вращения, М – точка
поверхности. Показаны параллель и меридиан, проходящие через эту точку.
Обратите внимание, что образующая – не обязательно плоская кривая. Вообще, за
образующую можно принять любую кривую, лежащую на поверхности вращения, если
она пересекает все параллели. В частности, можно считать образующей любой меридиан.
Задача.
Пусть в плоскости YOZ расположена кривая .
Найти уравнение поверхности вращения этой кривой около оси OZ.
Зметим, что в пространстве данная кривая определяется системой двух уравнений
.
Решение.
На рис. 7.2 -данная кривая (образующая),
М(х, у, z) - произвольная точка поверхности вращения, N –
точка образующей, лежащая на одной параллели с М, С –центр параллели, СМ и CN –
радиусы параллели;
.
Определим
координаты точки N. Так как она лежит в плоскости YOZ,
то . А так как
, то
. И, наконец, из параллельности плоскости
ХОУ и плоскости, в которой находится параллель, следует, что аппликаты точек М
и N равны:
. Итак,
. Но поскольку
, то
(7.1.1)
Это уравнение выражает зависимость между координатами произвольной точки поврехности вращения, поэтому оно является уравнением поверхности вращения.
Вывод:
если в плоскости YOZ дано уравнение образующей, а осью вращения служит ось
OZ, то уранение поверхности вращения получим, заменив в
уравнении образующей переменную у на .
Пример 1. Найдите уранвнеие поверхности вращения окружности
, около оси OZ; эта
поверхность называется тором (смотри рис. 7.3).
Решение. В соответствии со сделаннымвыше
выводом уравнение тора получим, если в уравнении окружности заменим
на
. Отсюда
и окончательно
Пример
2. Найдите уравнение поверхности вращения прямой ,
около оси ОУ.
Решение.
В этом случае образующая поверхность вращения в плоскости ХОУ имеет уравнение
. Теперь надо х заменить на
:
.
После упрощений получаем
.
Б. Сжатие.
Определение.
Сжатием к плоскости α с коэффициентом называется
такое преобразование пространства, при котором каждая точка пространства
смещается по перпендикуляру к плоскости α, а ее расстояние до плоскости изменяется
в k раз.
На
рис. 7.4 образом точки М является точка и при
этом
, где С – основание перпендикуляра,
опущенного из М на α. Из определения ясно, что все точки плоскости α неподвижны.
Заметим,
что при сжатие представляет собой тождественное
преобразование, а при
сжатие к плоскости вполне
уместно было бы назвать растяжением от плоскости. Для простоты
дальнейших формулировок мы ограничимся одним термином – сжатие.
Если
плоскость α совпадает с координатной плоскостью YOZ, то
координаты произвольной точки М(х, у, z) и ее образа связаны очевидными соотноешниями
(7.1.2)
(рис. 7.5). Это и есть уравнения сжатия к плоскости YOZ.
Найдем
образ произвольной плоскотси при сжатии. Применяя
уравнения сжатия, находим уравнение этого образа:
. Так
как получилось уарвнение первой степени, то отсюда заключаем, что при сжатии
плоскость переходит в плоскость. А так как прямая есть линия пересечения
плоскостей, то при сжатии прямая переходит в прямую.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.