Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Видео:Цилиндрические поверхностиСкачать

Цилиндрические поверхности

Глава 46. Поверхности второго порядка

Эллипсоидом называется поверхность, которая в некоторой системе декартовых прямоугольных координат определяется уравнением

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью(1).

Уравнение (1) называется каноническим уравнением эллипсоида. Величины a, b, c суть полуоси эллипсоида (рис. 1). Если все они различны, эллипсоид называется трехосным; в случае, когда какие-нибудь две из них одинаковы, эллипсоид называется вытянутым, при a=b>c — сжатым. В случае, когда a=b=c , эллипсоид представляет собой сферу.

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Гиперболоидами называются поверхности, которые в некоторой системе декартовых прямоугольных координат определяются уравнениями

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, (2)

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью. (3)

Гиперболоид, определяемый уравнением (2), называется однополостным (рис. 2); гиперболоид, определяемый уравнением (3), — двуполостным (рис. 3); уравнения (2) и (3) называются каноническими уравнениями соответствующих гиперболоидов. Величины a, b, c называются полуосями гиперболоида. В случае однополостного гиперболоида, заданного уравнением (2), только первые из них (а и b ) показаны на рис. 2. В случае двуполостного гиперболоида, заданного уравнением (3), одна из них (именно, с) показана на рис. 3. Гиперболоиды, определяемые уравнениями (2) и (3), при a=b являются поверхностями вращения.

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Параболоидами называются поверхности, которые в некоторой системе декартовых прямоугольных координат определяются уравнениями

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, (4)

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, (5)

где p и q — положительные числа, называемые параметрами параболоида. Параболоид, определяемый уравнением (4), называется эллиптическим (рис. 4); параболоид, определяемый уравнением (5), — гиперболическим (рис. 5). Уравнения (4) и (5) называют каноническими уравнениями соответствующих параболоидов. В случае, когда p=q , параболоид, определяемый уравнением (4), является поверхностью вращения (вокруг Oz).

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Рассмотрим теперь преобразование пространства, которое называется равномерным сжатием (или равномерным растяжением).

Выберем какую-нибудь плоскость; обозначим ее буквой Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью. Зададим, кроме того, некоторое положительное число q . Пусть М — произвольная точка пространства, не лежащая на плоскости Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью— основание перпендикуляра, опущенного на плоскость Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюиз точки М. Переместим точку М по прямой Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюв новое положение Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьютак, чтобы имело место равенство

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

и чтобы после перемещения точка осталась с той же стороны от плоскости Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, где она была первоначально (рис. 6). Точно так же мы поступим со всеми точками пространства, не лежащими на плоскости Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью; точки, которые расположены на плоскости Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, оставим на своих местах. Таким образом, все точки пространства, за исключением тех, что лежат на плоскости Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, переместятся; при этом расстояние от каждой точки до плоскости Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюизменится в некоторое определенное число раз, общее для всех точек. Описываемое сейчас перемещение точек пространства называется его равномерным сжатием к плоскости Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью; число q носит название коэффициента сжатия.

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Пусть дана некоторая поверхность F ; при равномерном сжатии пространства точки, которые ее составляют, переместятся и в новых положениях сотавят поверхность F ’. Будем говорить, что поверхность F ’ получено из F в результате равномерного сжатия пространства. Оказывается, что многие поверхности второго порядка (все, кроме гиперболического параболоида) можно получить в результате равномерного сжатия из поверхностей вращения).

ПРИМЕР. Доказать, что произвольный трехосный эллипсоид

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

может быть получен из сферы

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

в результате двух последовательных равномерных сжатий пространства к координатным плоскостям: к плоскости Oxy с коэффициентом сжатия Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюи к плоскости Oxz с коэффициентом сжатия Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Пусть производится равномерное сжатие пространства к плоскости Oxy с коэффициентом Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюи пусть Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью— точка, в которую переходит при этом точка Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью. Выразим координаты x’, y’, z ’ точки М’ через координаты x, y, z точки М. Так как прямая MM ’ перпендикулярна к плоскости Oxy , то x’=x, y’=y . С другой стороны, так как расстояние от точки М’ до плоскости Oxy равно расстоянию от точки М до этой плоскости, умноженному на число Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, то Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью.

Таким образом, мы получаем искомые выражения:

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью(6)

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью(7)

Предположим, что M(x; y; z ) — произвольная точка сферы

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью.

Заменим здесь x, y, z их выражениями (7); получим

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью,

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью.

Следовательно, точка M’(x’; y’; z ’) лежит на эллипсоиде вращения. Аналогично, мы должны осуществить сжатие пространства к плоскости Oxz по формулам

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью;

тогда получим трехосный эллипсоид и именно тот, уравнение которого дано в условии задачи.

Отметим еще, что однополостный гиперболоид и гиперболический параболоид суть линейчатые поверхности, то есть они состоят из прямых; эти прямые называются прямолинейными образующими указанных поверхностей.

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

имеет две системы прямолинейных образующих, которые определяются уравнениями:

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью;

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью,

где Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюи Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью— некоторые числа, не равные одновременно нулю. Гиперболический параболоид

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

также имеет две системы прямолинейных образующих, которые определяются уравнениями

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью;

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью.

Конической поверхностью, или конусом, называется поверхность, которая описывается движущейся прямой (образующей) при условии, что эта прямая проходит через постоянную точку S и пересекает некоторую определенную линию L . Точка S называется вершиной конуса; линия L — направляющей.

Цилиндрической поверхностью, или цилиндром, называется поверхность, которая описывается движущейся прямой (образующей) при услвоии, что эта прямая имеет постоянное направление и пересекает некоторую определенную линию L (направляющую).

Видео:Составляем уравнение прямой по точкамСкачать

Составляем уравнение прямой по точкам

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Если секущая плоскость пересекает ось цилиндра и не перпендикулярна ей, то в сечении может получиться эллипс (рис. 145) или его некоторая часть (рис. 146, 147). Это следует из того, что параллельной проекцией окружности на плоскость, не параллельную плоскости окружности, является эллипс. ( Вспомните : наклонив цилиндрический стеклянный сосуд с водой, вы видите на поверхности воды эллипс или его часть. )

Сечение цилиндра плоскостью, проходящей через ось, называется осевым сечением цилиндра. Так как поворот пространства вокруг прямой на угол 180 ° является осевой симметрией относительно оси вращения, то ось прямого кругового цилиндра является его осью симметрии. Значит, осевым сечением цилиндра вращения является прямоугольник, стороны которого равны диаметру основания и образующей цилиндра (рис. 148). При этом все осевые сечения цилиндра — равные между собой прямоугольники .

Цилиндр, осевое сечение которого — квадрат, называют равносторонним цилиндром (рис. 149).

Так как все образующие цилиндра равны и параллельны друг другу, то любое сечение цилиндра плоскостью, параллельной его оси, есть прямоугольник, высота которого равна образующей цилиндра (рис. 150).

б) Изображение цилиндра. Чтобы построить изображение цилиндра, достаточно построить: 1) прямоугольник AВB 1 A 1 и его ось OO 1 (рис. 151); 2) два равных эллипса, центрами которых являются точки O и O 1 и осями — отрезки АВ и A 1 В 1 . Выделив штрихами невидимые линии, получаем искомое изображение цилиндра.

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

в) Касательная плоскость к цилиндру.

Определение. Плоскость, проходящая через образующую цилиндра перпендикулярно плоскости осевого сечения, проведённой через эту образующую, называется касательной плоскостью к цилиндру (рис. 152).

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Говорят, что плоскость α касается цилиндра ( цилиндрической поверхности ) по образующей DD 1 , каждая точка образующей DD 1 является точкой касания плоскости α и данного цилиндра.

Через любую точку боковой поверхности цилиндра проходит только одна его образующая. Через эту образующую можно провести только одно осевое сечение и только одну плоскость, перпендикулярную плоскости этого осевого сечения. Следовательно, через каждую точку боковой поверхности цилиндра можно провести лишь одну плоскость, касательную к данному цилиндру в этой точке.

17.3. Развёртка и площадь поверхности цилиндра

Следует заметить, что развёртка поверхности вращения — понятие в определённой мере интуитивное. К тому же не для каждой поверхности тела вращения можно построить её развёртку. Иными словами, не каждую поверхность можно «развернуть» на плоскости. Например, не существует развёртки сферы (см. раздел «Дифференциальная геометрия» в конце этой книги).

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Развёртку цилиндра мы также введём на интуитивном уровне.

Пусть R — радиус основания, h — высота цилиндра.

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Полная поверхность цилиндра состоит из его боковой поверхности и двух оснований — равных кругов. Если эту поверхность «разрезать» по образующей DD 1 (рис. 153) и по окружностям оснований, затем боковую поверхность развернуть на плоскости, то получим развёртку полной поверхности цилиндра (рис. 154), состоящую из прямоугольника и двух равных кругов, касающихся противоположных сторон этого прямоугольника (рис. 155).

Попробуйте изготовить развёртку цилиндра и склеить из неё цилиндр.

За площадь боковой поверхности цилиндра принимается площадь её развёртки , т. е. площадь боковой поверхности цилиндра равна площади прямоугольника, у которого одна сторона равна длине окружности основания цилиндра, а другая сторона — высоте цилиндра:

Таким образом, доказана следующая теорема.

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Теорема 26. Площадь боковой поверхности цилиндра равна произведению длины окружности основания на высоту. ▼

Площадь круга радиуса R равна π R 2 , поэтому S осн = π R 2 . Тогда для нахождения площади полной поверхность цилиндра справедливо:

S полн = S бок + 2 S осн = 2 π Rh + 2 π R 2 = 2 π R ( R + h ) .

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Следствие. Пусть цилиндр образован вращением прямоугольника ABCD вокруг его высоты AD (рис. 156) . Тогда

S бок = 2 π DC • BC . (1)

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Если EF — серединный перпендикуляр к образующей BC, проведённый из точки F оси l цилиндра, то EF = CD. Учитывая, что ВС = AD, получаем: S бок = 2 π EF • AD, т. е. боковая поверхность цилиндра равна произведению высоты цилиндра на длину окружности, радиус которой равен длине серединного перпендикуляра его образующей, проведённого из точки оcu цилиндра.

Это следствие найдёт своё применение в п. 19.7.

17 . 4 . Призмы, вписанные в цилиндр и описанные около цилиндра

Нам предстоит решать задачи, в которых рассматриваются многогранники, вписанные в фигуры вращения и описанные около них.

Для правильного и наглядного изображения конфигураций из таких многогранников и фигур вращения необходимо верно изображать правильные многоугольники, вписанные в окружность (круг) или описанные около неё.

Определение. Призма называется вписанной в цилиндр, если основания призмы вписаны в основания цилиндра (рис. 157).

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Цилиндр в этом случае называют описанным около призмы.

Боковые рёбра призмы соединяют соответственные вершины её оснований, вписанных в основания цилиндра. Эти вершины лежат на окружностях оснований цилиндра. Образующие цилиндра соединяют соответственные точки окружностей его оснований и параллельны боковым рёбрам призмы. Следовательно, боковые рёбра вписанной в цилиндр призмы — образующие цилиндра.

Определение. Призма называется описанной около цилиндра, если основания призмы описаны около оснований цилиндра.

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Цилиндр при этом называют вписанным в призму (рис. 158).

Так как соответственные стороны оснований призмы параллельны друг другу и перпендикулярны радиусам оснований цилиндра, проведённым в точки касания, то плоскости боковых граней призмы являются касательными плоскостями к цилиндру: эти плоскости касаются поверхности цилиндра по образующим , соединяющим точки, в которых стороны оснований призмы касаются окружностей оснований цилиндра.

При изображении правильных призм, вписанных в цилиндр, следует руководствоваться алгоритмами построений изображений правильных многоугольников, вписанных в окружность.

Итак, для построения изображения правильной призмы, вписанной в цилиндр: 1) строим изображение цилиндра; 2) строим изображение правильного многоугольника, вписанного в верхнее основание цилиндра; 3) через вершины построенного вписанного многоугольника проводим образующие цилиндра; 4) в нижнем основании цилиндра последовательно соединяем концы этих образующих; 5) выделяем видимые и невидимые линии (отрезки) изображаемых фигур.

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

На рисунке 159 изображены вписанные в цилиндр: призма, в основании которой прямоугольный треугольник (рис. 159, а ); правильная четырёхугольная призма (рис. 159, б ); правильная треугольная призма (рис. 159, в ); правильная шестиугольная призма (рис. 159, г ).

 ЗАДАЧА (3.029). Диагональ осевого сечения равностороннего цилиндра равна a Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью. Найти площади боковой и полной поверхностей правильной призмы, вписанной в этот цилиндр, если призма: а) треугольная; б) четырёхугольная; в) шестиугольная.

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Решени е. Рассмотрим случай а). Пусть в равносторонний цилиндр вписана правильная призма ABCA 1 B 1 C 1 (рис. 160); CDD 1 C 1 — осевое сечение; OO 1 = h — высота цилиндра; ОС = R — радиус основания цилиндра.

Так как цилиндр — равносторонний, то CDD 1 C 1 — квадрат, значит, высота цилиндра равна диаметру его основания. Тогда в квадрате СDD 1 С 1 находим CD = Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью= a = h.

Далее, △ АВС — правильный, вписанный в основание, радиус которого R = Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью= Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью. Значит, сторона АВ и высота СЕ этого треугольника равны: АВ = R Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью= Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, СЕ = Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюR = Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюa. Откуда

S осн = Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью= Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью;
S бок = 3 S ABB 1 A 1 = 3 AB • BB 1 = 3 • Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью• a = Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью.

S полн = S бок + 2 S осн = Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью+ 2 • Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью= Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью.

Ответ: a) Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью; Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью.

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

 ЗАДАЧА (3.032). В равносторонний цилиндр, высота которого равна a, вписана правильная призма. Найти расстояние и угол между диагональю боковой грани призмы и осью цилиндра, если призма: а) треугольная; б) четырёхугольная; в) шестиугольная.

Решени е. Рассмотрим случай б). Пусть ABCDA 1 B 1 C 1 D 1 — вписанная в цилиндр правильная призма (рис. 161). Найдём расстояние и угол между осью OO 1 цилиндра и скрещивающейся с ней (почему?) диагональю АB 1 боковой грани ABB 1 A 1 данной призмы.

Расстояние между скрещивающимися прямыми равно расстоянию между параллельными плоскостями, проведёнными через эти прямые.

Если точка Е — середина отрезка AD, то расстояние между скрещивающимися прямыми AB 1 и OO 1 равно расстоянию между плоскостью грани ABB 1 A 1 и параллельной ей (почему?) плоскостью сечения EFF 1 E 1 . Это расстояние равно длине отрезка ОK (где точка K — середина АВ ), так как OK ⟂ ( ABB 1 ) и ( ABB 1 ) || ( EFF 1 ) .

Поскольку данный цилиндр — равносторонний, то BDD 1 B 1 — квадрат со стороной BD = ВВ 1 = a. Тогда АВ = Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью= Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью. Значит, ОK = АЕ = Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью= Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью— искомое расстояние между прямыми ОО 1 и АВ 1 .

Обозначим ∠ ( OO 1 ; AB 1 ) = ϕ , M = AB 1 ∩ A 1 B. Для нахождения угла ϕ проведём в грани ABB 1 A 1 прямую KK 1 || OO 1 . Тогда ϕ = ∠ ( OO 1 ; AB 1 ) = ∠ ( KK 1 ; AB 1 ) . Так как KK 1 || OO 1 , OO 1 ⟂ ( ABC ) , то MK ⟂ AB. Поэтому △ АKМ — прямоугольный. В этом треугольнике АK = Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, KМ = Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью. Значит, tg ϕ = Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью= Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, откуда ϕ = arctg Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью.

Ответ: б) Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, arctg Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью.

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюВо многих пособиях по геометрии за площадь боковой поверхности цилиндра принимают предел последовательности площадей боковых поверхностей правильных вписанных в цилиндр (или описанных около цилиндра) n- угольных призм при n → + ∞ .

Действительно, S бок. пов. призм = h • P осн. призм , где Р осн. призм — периметр основания призмы, h — длина её высоты. Для правильных вписанных в цилиндр призм h — постоянная величина, равная длине высоты цилиндра, а предел последовательности периметров правильных многоугольников, вписанных в окружность (основание цилиндра), равен длине этой окружности. Таким образом, мы вновь получаем: S бок = 2 π Rh. Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

17.5. Объём цилиндра

Напомним принятое нами соглашение, основанное на принципе Кавальери.

«Пусть даны два тела и плоскость. Если каждая плоскость, параллельная данной плоскости и пересекающая одно из данных тел, пересекает также и другое, причём площади сечений, образованных при пересечении обоих тел, относятся как m : n, то и объёмы этих тел относятся как m : n ».

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Расположим цилиндр, имеющий высоту h и радиус основания R, и прямоугольный параллелепипед с рёбрами h, R, R так, чтобы их основания находились на двух параллельных плоскостях, расстояние между которыми равно h (рис. 162). Каждая плоскость, параллельная данным плоскостям и пересекающая цилиндр, пересекает также прямоугольный параллелепипед, причём площади образованных при пересечении обоих тел сечений относятся как π • R 2 : R 2 = π : 1. Тогда и для объёмов этих тел справедливо: V цил : V парал = π : 1 или V цил : ( R 2 • h ) = π : 1, откуда

V цил = π • R 2 • h.

Если цилиндр высотой h пересечь плоскостью, параллельной его оси, то этот цилиндр разобьётся на два тела (рис. 163). Объёмы этих тел относятся как площади сегментов, образовавшихся в основании цилиндра (докажите это на основании принципа Кавальери). Следовательно, объём каждого из этих тел может быть вычислен по формуле

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Любая плоскость, проведённая через середину оси цилиндра, разбивает этот цилиндр на два равновеликих тела (рис. 164), объём V каждого из которых равен половине объёма данного цилиндра, т. е. V = Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюπ • R 2 • h.

Попробуйте, исходя из этой формулы, доказать, что в таком случае объём каждой части цилиндра (см. рис. 164) может быть вычислен по формуле:

V= Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюπ • R 2 • ( a + b ),

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

где a и b — длины отрезков, на которые образующая цилиндра делится секущей плоскостью.

Видео:§64 Поверхности вращенияСкачать

§64 Поверхности вращения

Уравнения поверхности и линии в пространстве с примерами решения

Содержание:

Видео:Математика без Ху!ни. Уравнение плоскости.Скачать

Математика без Ху!ни. Уравнение плоскости.

Уравнения поверхности и линии в пространстве

Определение: Уравнение м поверхности в пространстве Oxyz называется такое уравнение между переменными х, у у z, которому удовлетворяют координаты всех точек данной поверхности и не удовлетворяют координаты точек, не лежащих на этой поверхности. То есть если

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

— уравнение поверхности Р (рис. 189), то при М(х, у, z) Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Таким образом, уравнение (1) выполнено тогда и только тогда, когда точка М(х, у, z) принадлежит данной поверхности. Координаты произвольной точки поверхности называются текущими координатами точки. Поэтому составить уравнение поверхности — это значит найти связь между текущими координатами ее точек.

Пример (уравнения координатных плоскостей):

Каждая точка М(х, у, z), лежащая на координатной плоскости Oyz, имеет абсциссу х = 0; обратно, если для какой-нибудь точки М(х, у, z) абсцисса ее х = 0, то эта точка расположена на плоскости Oyz. Следовательно,

— уравнение координатной плоскости Oyz. Аналогично,

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

— соответственно уравнения координатных плоскостей Oxz и Оху.

Формула Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюобозначает, что точка М принадлежит Р. Формула Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюобозначает, что точка N не принадлежит Р.

В более общем случае

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

— уравнения трех плоскостей, перпендикулярных соответствующим координатным осям Ох, Оу, Ог и отсекающих на них отрезки, численно равные Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Теорема: Уравнение цилиндрической поверхности, образующие которой параллельны координатной оси, не содержит текущей координаты, одноименной с этой координатной осью, и обратно.

Доказательство: Пусть, например, цилиндрическая поверхность Р образована перемещением прямой Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью(образующая) вдоль заданной линии L, лежащей в плоскости Оху (направляющая) (рис. 190).

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Обозначим через М(х, у, z) точку поверхности Р с текущими координатами х, у и z. Образующая MN, проходящая через точку М, пересекает направляющую, очевидно, в точке N(x, у, 0).

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

— уравнение направляющей L в координатной плоскости Оху. Этому уравнению удовлетворяют координаты точки N. Так как точка М поверхности Р имеет ту же самую абсциссу хиту же самую ординату у, что и точка N, а переменная г в уравнение (3) не входит, то координаты точки М также удовлетворяют уравнению (3). Таким образом, координаты любой точки М(х, у, z) поверхности Р удовлетворяют уравнению (3). Обратно, если координаты какой-нибудь точки М(х, у, z) удовлетворяют уравнению (3), то эта точка расположена на прямой MN || Оz такой, что ее след на плоскости Оху, точка N(x, у, 0), лежит на линии L, а значит, точка М принадлежит цилиндрической поверхности Р. Следовательно,

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

является уравнением цилиндрической поверхности в пространстве Oxyz, причем в этом уравнении отсутствует координата z.

Пример (уравнение эллиптического цилиндра):

Эллиптический цилиндр, в основании которого лежит эллипс с полуосями а и b, а осью служит ось Оz (рис. 191), на основании предыдущей теоремы имеет уравнение

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

В частности, при а = b получаем уравнение кругового цилиндра

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Линию L в пространстве можно задать как пересечение двух данных поверхностей Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью(рис. 192). Точка Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, лежащая на линии L, принадлежит как поверхности Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьютак и поверхности Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, и, следовательно, координаты этой точки удовлетворяют уравнениям обеих поверхностей.

Поэтому под уравнениями линии в пространстве понимается совокупность двух уравнений:

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

являющихся уравнениями поверхностей, определяющих данную линию.

Не нужно думать, что для нахождения уравнений линий систему (4) следует «решить». Этого, вообще говоря, нельзя сделать, так как число уравнений системы (4) меньше числа неизвестных. Точный смысл, который придается равенствам (4), следующий: линии L принадлежат те и только те точки Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, координаты которых удовлетворяют обоим уравнениям системы (4).

Заметим, что данную линию можно по-разному задавать как пересечение поверхностей. Поэтому линии в пространстве соответствует бесчисленное множество равносильных между собой систем уравнений.

Определение: Уравнениями линии в пространстве Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюназывается такая пара уравнений между переменными Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью, которой удовлетворяют координаты каждой точки, лежащей на данной линии, и не удовлетворяют координаты любой точки, не лежащей на этой линии.

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Пример (уравнения координатных осей):

Ось Ох можно, рассматривать как пересечение координатных плоскостей Оху и Oxz. Поэтому

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

— уравнения оси Ох. Аналогично,

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

— уравнения осей Оу и Oz соответственно.

Пример:

Написать уравнения окружности Г радиуса R = 1, центр которой находится в точке С(0, 0, 2) и плоскость которой параллельна координатной плоскости Оху (рис. 193).

Решение:

Окружность Г можно рассматривать как пересечение кругового цилиндра радиуса 1 с осью Oz и горизонтальной плоскости, расположенной выше координатной плоскости Оху на две единицы. Поэтому уравнения данной окружности есть

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

В механике линию L часто рассматривают как след движущейся точки (рис. 194). Пусть х, у, z — текущие координаты точки М линии L. Так как с течением времени точка М перемещается и ее координаты меняются, то они являются функциями времени t. Следовательно, имеем

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

где Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью— некоторые определенные функции. Обобщая уравнения (5), под t понимают вспомогательную переменную (параметр)> не обязательно время; поэтому уравнения (5) носят название параметрических уравнений линии в пространстве.

Исключая из уравнений (5) параметр t, мы получим два соотношения между текущими координатами х, у и z, которые представляют собой уравнения некоторых поверхностей, проходящих через данную линию.

Пример:

Написать уравнения винтовой линии радиуса а и шага Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью(рис. 195).

Решение:

Пусть М (х, у, z) — текущая точка винтовой линии, М’ (х, у, 0) — ее проекция на плоскость Оху.

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Приняв за параметр Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюи учитывая, что аппликата г винтовой линии растет пропорционально углу поворота t, будем иметь

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Для определения коэффициента пропорциональности b положим Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью; тогда Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью. Следовательно,

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Исключая параметр t из первого и второго, а также из первого и третьего уравнений (6), получаем

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Следовательно, винтовая линия представляет собой пересечение кругового цилиндра с образующими, параллельными оси Oz, и цилиндрической поверхности с образующими, параллельными оси Оу, и имеющей своей направляющей косинусоиду, лежащую в плоскости Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью. Из уравнений (6′) также вытекает, что проекция винтовой линии (6′) на координатную плоскость Оху есть окружность, а на координатную плоскость Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью— косинусоида.

Текущую точку Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюкривой L можно характеризовать ее радиусом-вектором («следящий радиус-вектор») (рис. 196)

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

( Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью— орты). Тогда из (5) получаем векторное уравнение линии

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

— так называемая вектор-функция скалярного аргумента t.

В механике в качестве параметра t обычно берут время. В таком случае линию (7) называют траекторией точки М(х, у, z).

Множество всех точек М(х, у, г) пространства, координаты которых удовлетворяют данному уравнению (или системе уравнений), называется геометрическим образом (графиком) данного уравнения (или системы уравнений).

Пример:

Какой геометрический образ соответствует уравнению

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Решение:

Из уравнения (8) получаем Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осьюили Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью. Следовательно, графиком уравнения (8) является пара плоскостей, параллельных координатной плоскости Оху и отстоящих от нее на расстояниях, равных единице (рис. 197).

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Пример:

Какой геометрический образ соответствует паре уравнений

Найти уравнение прямого кругового цилиндра с осью

Решение:

Искомый график представляет собой пересечение плоскостей х = 2 и у = 3 и, следовательно, является прямой линией, параллельной оси Oz и имеющей след N (2, 3, 0) на координатной плоскости Оху (рис. 198).

Рекомендую подробно изучить предметы:
  1. Математика
  2. Алгебра
  3. Линейная алгебра
  4. Векторная алгебра
  5. Высшая математика
  6. Дискретная математика
  7. Математический анализ
  8. Математическая логика
Ещё лекции с примерами решения и объяснением:
  • Общее уравнение плоскости
  • Угол между плоскостями
  • Понятие о производной вектор-функции
  • Криволинейные интегралы
  • Прямоугольная система координат на плоскости и ее применение
  • Линии второго порядка
  • Полярные координаты
  • Непрерывность функции

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

🔍 Видео

Математика без Ху!ни. Уравнения прямой. Часть 2. Каноническое, общее и в отрезках.Скачать

Математика без Ху!ни. Уравнения прямой. Часть 2. Каноническое, общее и в отрезках.

Поверхности второго порядка. Поверхности вращенияСкачать

Поверхности второго порядка. Поверхности вращения

Видеоурок "Уравнение прямой с угловым коэффициентом"Скачать

Видеоурок "Уравнение прямой с угловым коэффициентом"

553. Уравнение цилиндрической поверхности.Скачать

553. Уравнение цилиндрической поверхности.

Математика без Ху!ни. Кривые второго порядка. Эллипс.Скачать

Математика без Ху!ни. Кривые второго порядка. Эллипс.

Математика без Ху!ни. Уравнение касательной.Скачать

Математика без Ху!ни. Уравнение касательной.

Уравнение окружности (1)Скачать

Уравнение окружности (1)

Как составить уравнение прямой, проходящей через две точки на плоскости | МатематикаСкачать

Как составить уравнение прямой, проходящей через две точки на плоскости | Математика

§63 Цилиндрические поверхностиСкачать

§63 Цилиндрические поверхности

Аналитическая геометрия, 8 урок, Поверхности второго порядкаСкачать

Аналитическая геометрия, 8 урок, Поверхности второго порядка

Цилиндрические функции, решение задачСкачать

Цилиндрические функции, решение задач

Уравнение плоскости через 3 точкиСкачать

Уравнение плоскости через 3 точки

✓ Задача про цилиндр | ЕГЭ-2018. Задание 13. Математика. Профильный уровень | Борис ТрушинСкачать

✓ Задача про цилиндр  | ЕГЭ-2018. Задание 13. Математика. Профильный уровень | Борис Трушин

9 класс, 7 урок, Уравнение прямойСкачать

9 класс, 7 урок, Уравнение прямой

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ НА ЦИЛИНДРСкачать

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ НА ЦИЛИНДР

Геометрия 11 класс (Урок№6 - Тела вращения. Цилиндр.)Скачать

Геометрия 11 класс (Урок№6 - Тела вращения. Цилиндр.)
Поделиться или сохранить к себе: