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数学
题目

曲面=dfrac ({x)^2}(2)+(y)^2-2平行平面=dfrac ({x)^2}(2)+(y)^2-2的切平面方程是

曲面平行平面的切平面方程是

题目解答

答案

曲面平行平面的切平面方程

  1. 求曲面的法向量

,,

2.求平面的法向量

3.计算

由于所求切面与平面平行,即其法向量也平行。

设,即 k

得出,即所求切平面过点。

其法向量。

可写出切平面得点法式方程:

化简可得所求切平面方程:

解析

考查要点:本题主要考查曲面切平面方程的求解方法,以及平面平行的条件。
解题核心思路:

  1. 求曲面的法向量:利用显式曲面$z=f(x,y)$的法向量公式$(-f_x, -f_y, 1)$。
  2. 平面平行条件:两平面平行当且仅当法向量成比例。
  3. 联立方程求切点:通过比例关系解出切点坐标,代入点法式方程得到切平面方程。

破题关键:

  • 正确计算曲面法向量,并将其与已知平面法向量建立比例关系。
  • 解方程组确定切点坐标,代入方程时注意符号和代数运算的准确性。

1. 求曲面的法向量

曲面方程为$z = \dfrac{x^2}{2} + y^2 - 2$,可改写为隐式形式:
$F(x, y, z) = \dfrac{x^2}{2} + y^2 - z - 2 = 0.$
法向量为$F$的梯度:
$\nabla F = \left( \dfrac{\partial F}{\partial x}, \dfrac{\partial F}{\partial y}, \dfrac{\partial F}{\partial z} \right) = \left( x, 2y, -1 \right).$
因此,曲面在任一点$(x, y, z)$处的法向量为:
$\overrightarrow{n_1} = (x, 2y, -1).$

2. 求已知平面的法向量

平面方程为$2x + 2y - z = 5$,其法向量为:
$\overrightarrow{n_2} = (2, 2, -1).$

3. 平行条件与方程联立

由于切平面与已知平面平行,法向量成比例:
$\overrightarrow{n_1} = k \cdot \overrightarrow{n_2},$
即:
$\begin{cases}x = 2k, \\2y = 2k, \\-1 = -k.\end{cases}$
解得$k = 1$,代入前两式得:
$x = 2, \quad y = 1.$
将$(x, y) = (2, 1)$代入曲面方程求$z$:
$z = \dfrac{2^2}{2} + 1^2 - 2 = 2 + 1 - 2 = 1.$
因此,切点为$(2, 1, 1)$,对应法向量为:
$\overrightarrow{n_1} = (2, 2, -1).$

4. 写切平面方程

用点法式方程:
$2(x - 2) + 2(y - 1) - (z - 1) = 0,$
化简得:
$2x + 2y - z - 5 = 0.$

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