题目
曲面x^2+2y^2+3z^2=21在点(1,-2,2)处的法线方程是().A. (x-1)/(1)=(y+2)/(-4)=(z-2)/(6)B. (x+1)/(1)=(y-2)/(-4)=(z+2)/(6)C. (x-1)/(-1)=(y+2)/(-4)=(z-2)/(-6)D. (x+1)/(-1)=(y-2)/(4)=(z+2)/(-6)
曲面$x^{2}+2y^{2}+3z^{2}=21$在点$(1,-2,2)$处的法线方程是().
A. $\frac{x-1}{1}=\frac{y+2}{-4}=\frac{z-2}{6}$
B. $\frac{x+1}{1}=\frac{y-2}{-4}=\frac{z+2}{6}$
C. $\frac{x-1}{-1}=\frac{y+2}{-4}=\frac{z-2}{-6}$
D. $\frac{x+1}{-1}=\frac{y-2}{4}=\frac{z+2}{-6}$
题目解答
答案
A. $\frac{x-1}{1}=\frac{y+2}{-4}=\frac{z-2}{6}$
解析
本题考查曲面的法线方程的求解,解题的关键在于先求出曲面在给定点处的法向量,再利用点向式方程得到法线方程。
步骤一:求曲面的法向量
设$F(x,y,z)=x^{2}+2y^{2}+3z^{2}-21$,根据求偏导数的公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$,分别对$x$、$y$、$z$求偏导数:
- 对$x$求偏导数:$F_{x}=\frac{\partial F}{\partial x}=2x$。
- 对$y$求偏导数:$F_{y}=\frac{\partial F}{\partial y}=4y$。
- 对$z$求偏导数:$F_{z}=\frac{\partial F}{\partial z}=6z$。
步骤二:计算给定点处的法向量
将点$(1,-2,2)$代入上面求出的偏导数中,得到该点处的法向量$\vec{n}$的坐标:
- $F_{x}(1,-2,2)=2\times1 = 2$。
- $F_{y}(1,-2,2)=4\times(-2)= - 8$。
- $F_{z}(1,-2,2)=6\times2 = 12$。
所以,曲面在点$(1,-2,2)$处的法向量$\vec{n}=(2,-8,12)$。为了简化计算,可将法向量化为$\vec{n}=(1,-4,6)$(法向量的非零倍数仍是法向量)。
步骤三:求法线方程
过点$(x_0,y_0,z_0)$且方向向量为$(m,n,p)$的直线的点向式方程(即法线方程)为$\frac{x - x_0}{m}=\frac{y - y_0}{n}=\frac{z - z_0}{p}$。
已知点$(1,-2,2)$,法向量$\vec{n}=(1,-4,6)$,则该曲面在点$(1,-2,2)$处的法线方程为$\frac{x - 1}{1}=\frac{y + 2}{-4}=\frac{z - 2}{6}$。