java马鞍面 马鞍面公式_几何学

(马鞍面)

在高数2(同济大学版本)空间曲面中,我们在课后习题中会发现一个奇怪的方程:z=xy.

下面是它的简要推导过程(选自百度百科):

java马鞍面 马鞍面公式_坐标变换_02

看这个推导过程,可能还是有点懵逼,尤其是已经好久没碰高数的同学。接下来是较为具体的诠释。

既然是双曲抛物面,那么我们来回忆一下双曲抛物面是怎么来的。双曲抛物面,光看前俩字,是不是觉得它和双曲线有关系?事实上,它和双曲线无关,由二维双曲线推导出来的是旋转单叶双曲面与旋转双叶双曲面(简称旋转法) 而双曲抛物面是由截痕法得到的,而且是与二维抛物线有关。这一点,要看后面三个字。

java马鞍面 马鞍面公式_坐标变换_03

(同济大学高等数学)

也就是说,你可以这样理解,先写了一个方程:z=x^2/a^2+y^2/b^2  然后用x=t去截 就会得到一个个开口向下的抛物线,随着x=t不断变化,顶点坐标变化,两端看着越来越大,形成一个马鞍的形状。

第二步顺着+z方向旋转45度就需要坐标变换了,这里 x=a*cos45-b*sin45 y=a*sin45+b*cos45 代表 空间坐标系 Z轴不变 X,Y轴同时旋转 45度 

为了消去xy前面的系数,令a=√2,就得到了这样的形式:z=xy. ①若将√2带入最初双曲抛物面方程,就得到了

java马鞍面 马鞍面公式_坐标变换_04

①与②是全等的。有些同学会说,令x=2,y=2,两个方程得到的z的值都不同,怎么可能全等?因为这里指的是形状大小

利用坐标旋转便知它是马鞍面:令x=(u+v)/√2,y=(u-v)/√2,z=z,方程变作:z=½(u²-v²),这就是马鞍面

java马鞍面 马鞍面公式_坐标变换_05