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455 字
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微积分下 11 - 空间曲线及其方程

方程#

参数方程#

没什么好说的

f(x,y,z)={x=x(t)y=y(t)z=z(t)f(x,y,z)=\begin {cases} x=x(t)\\ y=y(t)\\ z=z(t) \end {cases}

一般方程#

平面相交得到直线,那么显然空间曲面相交就可能得到曲线,于是对于平面 F(x,y,z)=0,G(x,y,z)=0F(x,y,z)=0, G(x,y,z)=0 ,其交线 CC 就表示为

C:{F(x,y,z)=0G(x,y,z)=0C:\begin {cases} F(x,y,z)=0\\ G(x,y,z)=0 \end {cases}

例子#

圆柱螺旋线#

在一个平面的投影上是圆周运动,就有

{x=acosbty=asinbtz=vt\begin {cases} x=a\cos{bt}\\ y=a\sin{bt}\\ z=vt \end {cases}

圆锥螺旋线#

与圆柱螺旋线类似,但是越螺旋半径越大,就是

{x=atcosbty=atsinbtz=vt\begin {cases} x=at\cos{bt}\\ y=at\sin{bt}\\ z=vt \end {cases}

形状类似落入水中漩涡的小物体在水中旋转下沉时的运动轨迹

抛物螺旋线#

与圆锥螺旋线类似,但是在垂直于螺旋方向的竖直方向上的速度变化是二次的

{x=atcosbty=atsinbtz=vt2\begin {cases} x=at\cos{bt}\\ y=at\sin{bt}\\ z=vt^2 \end {cases}

空间曲线在坐标面上的投影#

有了空间曲线C的一般方程,我们就可以尝试对其消元,得到

H(x,y)=0,R(y,z)=0,T(x,z)=0H(x,y)=0,R(y,z)=0,T(x,z)=0

这就是三个柱面,显然如果沿着被拿走的那条轴的方向照射空间曲线C,得到的就是这三个柱面

这时候,空间曲线C在 xOy,yOz,xOzxOy, yOz, xOz 上的投影就分别为

{H(x,y)=0z=0,{R(y,z)=0x=0,{T(x,z)=0y=0\begin {cases} H(x,y)=0\\ z=0 \end {cases}, \begin {cases} R(y,z)=0\\ x=0 \end {cases}, \begin {cases} T(x,z)=0\\ y=0 \end {cases}

求解得到结果之后,需要考察定义域,满足了结果,但是不能满足原曲线的方程的部分应该剔除!

例如

{x2+y2=1y2+z2=1xOz{x2z2=0y=0x21\begin {cases} x^2+y^2=1\\ y^2+z^2=1 \end {cases} \to^{在xOz} \begin {cases} x^2-z^2=0\\ y=0\\ x^2 \le 1 \end {cases}

其中有一个 x21x^2 \le 1 ,这就是我们需要考虑的了

空间区域#

由空间曲面 F(x,y,z)F(x,y,z) 可以分割出空间区域

其中, F(x,y,z)0F(x,y,z) \le 0 表示曲面的内部区域, F(x,y,z)0F(x,y,z) \ge 0 表示曲面的外部区域

同理,联立空间区域然后消元也可以得到投影,不过此时的投影是一个面而非一条曲线,注意有时候题目比较阴,不能仅仅使用投影曲线来看投影区域,要使用代数方法对不等式求解!

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微积分下 11 - 空间曲线及其方程
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作者
两只鸽子
发布于
2026-08-01
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0

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