题目
【填空题】曲线z=x^2,y=0,绕z轴旋转一周所生成的旋转曲面的方程是什么?
【填空题】曲线z=x^2,y=0,绕z轴旋转一周所生成的旋转曲面的方程是什么?
题目解答
答案
z=x^2+y^2
解析
考查要点:本题主要考查旋转曲面的方程推导方法,特别是绕z轴旋转时的坐标变换规律。
解题核心思路:
当平面曲线绕某一坐标轴旋转时,曲线上每一点在空间中形成一个圆。对于绕z轴旋转的情况,原曲线中的x坐标会被替换为旋转后的点的径向距离$\sqrt{x^2 + y^2}$,而z坐标保持不变。
破题关键点:
- 识别原曲线的位置:原曲线$z = x^2, y = 0$位于xz平面,是开口向上的抛物线。
- 理解旋转后的几何意义:绕z轴旋转后,原曲线上的每一点$(x, 0, x^2)$在空间中形成圆,其半径为$|x|$,对应的径向距离为$\sqrt{x^2 + y^2}$。
- 替换变量:将原方程中的$x$替换为$\sqrt{x^2 + y^2}$,保持$z$不变,即可得到旋转曲面的方程。
原曲线为$z = x^2$且$y = 0$,位于xz平面。绕z轴旋转时,曲线上任意一点$(x, 0, x^2)$在空间中形成圆,其半径为$|x|$。旋转后的空间点$(X, Y, Z)$满足:
- 径向距离不变:$\sqrt{X^2 + Y^2} = |x|$,即$x = \sqrt{X^2 + Y^2}$。
- z坐标不变:$Z = x^2$。
将$x = \sqrt{X^2 + Y^2}$代入$Z = x^2$,得:
$Z = (\sqrt{X^2 + Y^2})^2 = X^2 + Y^2.$
因此,旋转曲面的方程为$z = x^2 + y^2$。