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几何与代数
主讲: 关秀翠
东南大学数学系
教学内容和学时分配
教 学 内 容
学时数
§6.1 二次型
4
§6.2 空间中的曲面与曲线
2
§6.3 二次曲面
2
§6.4 用Matlab解题
第六章 二次型与二次曲面
球面、旋转曲面、柱面、锥面
A( x2+y2+z2) +B x +Cy +Dz +F =0
x2 + y2 = 2pz
x2 + y2 = k2 z2
y2 = 2px
球面:
旋转曲面
r=3
r=2
柱面
r=2
r=1
锥面:
一直线过定点沿一条定曲线移动所产生的曲面
§6.3 二次曲面
一. 二次曲面的标准方程
第六章 二次型与二次曲面
§6.3 二次曲面
1. 椭球面
b
c
当a = b = c = R时——半径为R的球面
当a, b, c中有两个相等时——旋转椭球面
x = 0,
y = 0,
z = 0,
§6.3 二次曲面
第六章 二次型与二次曲面
2. 单叶双曲面
x = 0,
y = 0,
z = 0,
当a, b相等时——旋转单叶双曲面
§6.3 二次曲面
第六章 二次型与二次曲面
3. 双叶双曲面
x = 0,
y = 0,
z = 0,
当a, b相等时——旋转双叶双曲面
无交
z = k, |k|c,
§6.3 二次曲面
第六章 二次型与二次曲面
4. 二次锥面
x = 0,
y = 0,
z = 0,
当a, b相等时——圆锥面
z = k,
(0,0,0)
§6.3 二次曲面
第六章 二次型与二次曲面
5. 椭圆抛物面
x = 0,
y = 0,
z = 0,
当a, b相等时——旋转抛物面
(0,0,0)
z = k0,
§6.3 二次曲面
第六章 二次型与二次曲面
6. 双曲抛物面
(a0, b0)
(马鞍面)
y2 = 2b2z
x = 0,
y = 0,
z = 0,
x2 =2a2z
当a, b相等时也不是旋转曲面
z = k,
§6.3 二次曲面
第六章 二次型与二次曲面
7. 椭圆柱面
双曲柱面
抛物柱面 x2 = 2py (p 0)
§6.3 二次曲面
第六章 二次型与二次曲面
二. 一般方程表示的二次曲面
a11x2 + a22y2 + a33z2
+ 2a12xy + 2a13xz + 2a23yz
+ b1x + b2y + b3z + c = 0
一般方程
二次型
xTAx
+ + c = 0
BTx
第六章 二次型与二次曲面
§6.3 二次曲面
f(x1, x2, x3) = xTAx + BTx + c = 0
x = Qy,
作直角系的旋转变换
作坐标轴的平移
g(y) = yTy + B’Ty + c = 0
y = z+
1z12 +2z22 +3z32 = bzi + d
Q正交
二. 一般方程表示的二次曲面
即1y12 +2y22 +3y32 + b1y1 + b2y2 + b3y3 + c = 0
标准方程
Q正交且|Q|=1
右手系→右手系
条件
方 程
p,q
d
二次曲面
p=3,q=0
r(g)=3, b=0
椭球面
球面
p=2, q=1
d0
p=0,q=3
d0
单叶双曲面
d0
d0
双叶双曲面
d=0
二次锥面
r(g)=2, b0
d=0
p=2, q=0
椭圆抛物面
p=1, q=1
双曲抛物面
r(g)=2, b=0
d0
p=2, q=0
椭圆柱面
p=1, q=1
双曲柱面
r(g)=1
d=0
p=1, q=0
p=0, q=1
抛物柱面
§6.3 二次曲面
第六章 二次型与二次曲面
例1. 请指出曲面z = xy的类型.
其中|Q| = 1.
§6.3 二次曲面
第六章 二次型与二次曲面
可见原方程表示一个双曲抛物面.
则原方程化为 x2 y2 = 2z,
x
y
z
令
=
,
0
0
0
0
1
x
y
z
第六章 二次型与二次曲面
§6.3 二次曲面
f(x1, x2, x3) = 2x12+x22+x32+2x1x2+kx2x3 = 1
例2. 求k的值使下面的方程表示一个椭球面.
上述方程表示一个椭球面 A正定,
而1 = 2 0,
3 = |A| = 1k2/2.
第六章 二次型与二次曲面
§6.3 二次曲面
x2+y2+z22xz+4x+2y4z5 = 0
例3. 试用直角坐标变换化简下面的方程.
|Q| = 1.
这表示一个椭圆柱面.
则原方程化为
令
再配方可得
第六章 二次型
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