题目
5,直线 :dfrac (x-1)(0)=dfrac (y-1)(1)=dfrac (z-1)(1) 绕z轴旋转一周所成的旋转曲面方程为 __ .

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查旋转曲面的方程求解,涉及空间几何中直线绕坐标轴旋转的性质。
解题核心思路:
- 确定直线参数方程:将直线方程转换为参数形式,明确直线上任意点的坐标表达式。
- 分析旋转特性:绕z轴旋转时,直线上每一点生成的圆的半径等于该点到z轴的距离。
- 建立方程关系:利用旋转前后点的几何关系,联立消去参数,得到曲面方程。
破题关键点:
- 直线参数方程的正确推导:注意分母为0时对应变量的固定值。
- 旋转圆半径的几何意义:旋转后点的坐标满足到z轴的距离等于原直线点的到z轴距离。
步骤1:确定直线L的参数方程
原直线方程为 $\dfrac{x-1}{0} = \dfrac{y-1}{1} = \dfrac{z-1}{1}$。
- 分母为0的项:$\dfrac{x-1}{0}$ 仅在分子为0时有意义,故 $x=1$。
- 参数化:设公共比值为$t$,则:
$\begin{cases} y-1 = t \\ z-1 = t \end{cases} \implies \begin{cases} x = 1 \\ y = 1 + t \\ z = 1 + t \end{cases}$
直线L的参数方程为 $(1, 1+t, 1+t)$,其中$t \in \mathbb{R}$。
步骤2:分析旋转曲面的几何关系
- 旋转特性:直线L绕z轴旋转时,直线上任意点$M_0(1, 1+t, 1+t)$生成的圆的圆心为$T(0,0,1+t)$,圆半径为$M_0$到z轴的距离:
$r = \sqrt{1^2 + (1+t)^2}$ - 旋转后点的坐标:旋转曲面上任意点$M(x,y,z)$满足:
$\sqrt{x^2 + y^2} = \sqrt{1^2 + (1+t)^2}$
且$z = 1 + t$(旋转后z坐标不变)。
步骤3:消去参数$t$,得到曲面方程
- 用$z$表示$t$:由$z = 1 + t$得 $t = z - 1$。
- 代入半径表达式:
$x^2 + y^2 = 1^2 + (1 + (z - 1))^2 = 1 + z^2$
整理得:
$x^2 + y^2 - z^2 = 1$