题目
曲面z=x^2+y^2在点(-1,2,5)处的切平面方程为()A. 2x+4y+z+5=0B. 2x-4y+z+5=0C. 2x-4y-z+5=0D. 2x+4y-z-5=0
曲面$z=x^{2}+y^{2}$在点$(-1,2,5)$处的切平面方程为()
A. $2x+4y+z+5=0$
B. $2x-4y+z+5=0$
C. $2x-4y-z+5=0$
D. $2x+4y-z-5=0$
题目解答
答案
B. $2x-4y+z+5=0$
解析
考查要点:本题主要考查曲面在某点处切平面方程的求解方法,涉及隐函数的梯度计算及点法式方程的应用。
解题核心思路:
- 将曲面方程转化为隐函数形式,构造$F(x, y, z) = x^2 + y^2 - z = 0$;
- 计算梯度向量$\nabla F$,其在给定点处的值即为切平面的法向量;
- 利用点法式方程,代入法向量和给定点坐标,建立切平面方程。
破题关键点:
- 正确计算梯度:注意偏导数的符号,尤其是对$z$的偏导数为$-1$;
- 代入点坐标时符号处理:确保点法式方程中的$(x_0, y_0, z_0)$与原点坐标对应。
步骤1:构造隐函数形式
将曲面方程$z = x^2 + y^2$改写为隐函数形式:
$F(x, y, z) = x^2 + y^2 - z = 0$
步骤2:计算梯度向量
对$F(x, y, z)$求偏导数:
$\nabla F = \left( \frac{\partial F}{\partial x}, \frac{\partial F}{\partial y}, \frac{\partial F}{\partial z} \right) = (2x, 2y, -1)$
步骤3:代入给定点求法向量
在点$(-1, 2, 5)$处,梯度向量为:
$\nabla F(-1, 2, 5) = (2 \cdot (-1), 2 \cdot 2, -1) = (-2, 4, -1)$
步骤4:建立切平面方程
利用点法式方程:
$-2(x + 1) + 4(y - 2) - 1(z - 5) = 0$
步骤5:化简方程
展开并整理:
$-2x - 2 + 4y - 8 - z + 5 = 0 \\
-2x + 4y - z - 5 = 0 \\
\text{两边乘以$-1$得:} \quad 2x - 4y + z + 5 = 0$
对应选项B。