题目
5.求曲线 ^2=2mx, ^2=m-x 在点(x0,y0,z0)处的切线及法平面方程.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题要求空间曲线在指定点的切线方程及法平面方程,核心思路是利用曲线在点处的切线方向向量。该方向向量由曲线所在两个曲面的法向量叉乘得到。
关键步骤:
- 确定两个曲面的法向量:分别对两个曲面方程求梯度。
- 计算叉乘:得到切线方向向量。
- 简化方向向量:调整分量形式,便于书写方程。
- 构建方程:利用方向向量和点坐标写出切线方程和法平面方程。
1. 求曲面法向量
- 第一个曲面:$y^2 = 2mx$,改写为$F_1 = y^2 - 2mx = 0$,梯度为:
$\nabla F_1 = \left( -2m, \, 2y, \, 0 \right)$ - 第二个曲面:$z^2 = m - x$,改写为$F_2 = z^2 + x - m = 0$,梯度为:
$\nabla F_2 = \left( 1, \, 0, \, 2z \right)$
2. 计算切线方向向量
两法向量叉乘结果为:
$\begin{vmatrix}\boldsymbol{i} & \boldsymbol{j} & \boldsymbol{k} \\-2m & 2y & 0 \\1 & 0 & 2z\end{vmatrix}
= \boldsymbol{i}(4yz) - \boldsymbol{j}(-4mz) + \boldsymbol{k}(-2y)
= (4yz, \, 4mz, \, -2y)$
3. 简化方向向量
将方向向量除以$4yz$,得:
$\left( 1, \, \frac{m}{y}, \, -\frac{1}{2z} \right)$
4. 构建切线方程
以点$(x_0, y_0, z_0)$和方向向量$(1, \frac{m}{y_0}, -\frac{1}{2z_0})$,切线方程为:
$\frac{x - x_0}{1} = \frac{y - y_0}{\frac{m}{y_0}} = \frac{z - z_0}{-\frac{1}{2z_0}}$
5. 构建法平面方程
法平面方程由方向向量分量作为系数,形式为:
$1 \cdot (x - x_0) + \frac{m}{y_0} \cdot (y - y_0) - \frac{1}{2z_0} \cdot (z - z_0) = 0$