空间解析几何 · 配套图例

先看截面,再看空间;先查存在,再做投影。

这四组图例对应讲义里最容易误判的四个环节。每张三维图旁都有不受透视影响的二维图;可以直接使用固定视角按钮,不必靠拖动寻找观察角度。

水平切一刀,形状就有了依据。

三维图取标准系数为 1。一般椭圆型曲面只需沿各坐标方向伸缩;截面中的“圆”相应变为椭圆。

变量 k 是截平面的高度
0.50
三维:曲面与选中的截线

粗线表示 z = k 的截线。三维曲面仅画有限窗口,不表示曲面在窗口边缘终止。

二维:只看这一刀切出的截线

绕 z 轴旋转:保留高度,保留半径。

母线是一条不与 z 轴相交的斜直线。选择母线上的点,再改变旋转角;这个点走出的轨迹始终是同一水平圆。

不是把每个坐标分别平方
0.25
70°
三维:整条母线旋转后生成的曲面
二维:令 y = 0 得到的经线截面

右端的最小值是 1/5,而不是 0。因此曲面有一个非零的“腰”,不会在轴上收成锥顶。仅凭母线是直线,不能断言生成的是圆锥面。

一个投影点,必须能找回至少一个真实原像。

把这条空间曲线沿 x 轴投影到 yOz 平面。消去 x 后得到双曲线方程,但并不是这条双曲线上的每个点都能找回实数 x。

对应笔记中的曲线投影例题
3.50
三维:原曲线与 x = 0 平面上的投影

三维图中的点划线在 x = 0 平面内;它们不是额外的空间交线。

二维:实线是真实投影,虚线是多出的部分

真正的投影集合

同一个等式,两种任务

只要求“一个包含原曲线的柱面”,完整双曲柱面可以满足要求;要求“这条曲线的精确投影”,则必须保留实数存在条件。二者不能混为一谈。

把立体投影出去,不是把一条交线简单填满。

上半圆锥面与抛物柱面围成的有界立体。先用不等式写清楚“里面”,再判断哪些保留坐标存在合法的被消去坐标。

圆锥面下界 · 柱面上界
0.65
三维:两片边界曲面与竖直切片

只画包围该立体的曲面部分。切换“正面”可直接对照下方的 xOz 投影。

二维:在 x = c 内,z 究竟能取哪些值

三个坐标面上的投影

下面的阴影是区域,不是曲线。二维图统一使用等长坐标单位;投影到哪个坐标面,就只保留那个坐标面的两个变量。

xOy:一个圆盘

保留 x、y。上下界之间必须有可选的 z,即 x² + y² ≤ 2x。

yOz:四次曲线围成的区域

保留 y、z。虽然可写成平方和形式,但含有 z⁴,不是椭圆。

xOz:一条直线与一段抛物线之间

交线只投影到上边界 z = √(2x)。下边界 z = x 来自圆锥面的轮廓,不能漏掉。

投影的本质是“存在”:某一组保留下来的坐标,只要能找到至少一个合法的第三坐标,就属于投影。把第三坐标设成 0,求到的是截面,不是一般意义上的投影。