空间曲线绕z轴旋转,求旋转曲面的方程

更新时间:2026-01-10 13:28:37
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空间曲线绕z轴旋转生成的旋转曲面方程可以通过以下步骤求得:

1. 假设原始空间曲线的参数方程为 \( x = x(t), y = y(t), z = z(t) \)。

2. 由于曲线绕z轴旋转,因此z坐标将保持不变,而x和y坐标将根据旋转的几何关系变为新的坐标。

3. 在旋转过程中,每一点(x, y, z)在绕z轴旋转后会移动到新位置(x', y', z'),其中 \( x' = x, y' = y \cdot \cos(\theta) - x \cdot \sin(\theta), z' = z \)。

4. 对于旋转曲面上的任意点(x', y', z'),我们有 \( x = x', y = y' \cdot \cos(\theta) + x' \cdot \sin(\theta), z = z' \)。

5. 将这些关系代入原始曲线的参数方程,可以得到旋转曲面的方程。

以一个简单的例子说明,如果原始曲线是直线 \( x = t, y = 0, z = t \),那么绕z轴旋转的曲面方程可以通过以下步骤求得:

- 原始曲线的参数方程是 \( x = t, y = 0, z = t \)。
- 绕z轴旋转,x坐标保持不变,y坐标变为 \( y' = y \cdot \cos(\theta) - x \cdot \sin(\theta) = -t \cdot \sin(\theta) \),z坐标保持不变。
- 将旋转关系代入,我们得到 \( x = t, y' = -t \cdot \sin(\theta), z = t \)。

因此,旋转曲面上的任意点 \( (x, y, z) \) 与原始曲线上的点 \( (t, 0, t) \) 相对应,其中 \( t \) 是参数。由于 \( y' = -t \cdot \sin(\theta) \),我们可以得到 \( t = -y' / \sin(\theta) \)。

将 \( t \) 代入 \( x \) 和 \( z \) 的方程中,我们得到旋转曲面的方程:

\[ x = -y' / \sin(\theta), \quad z = -y' / \sin(\theta) \]

简化得到:

\[ y' = -\sin(\theta)(x + z) \]

由于 \( \sin(\theta) \) 是任意值,我们可以去掉它,因为它在等式两边都出现。因此,旋转曲面的方程为:

\[ y = -(x + z) \]

这就是绕z轴旋转直线 \( x = t, y = 0, z = t \) 生成的旋转曲面方程。

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