题目
已知曲面z=4-x 2 -y 2 上点P处的切平面平行于平面2x+2y+z-1=0,则点P的坐标是( )。A. (1,-1,2)B. (-1,1,2)C. (1,1,2)D. (-1,-1,2)
已知曲面z=4-x 2 -y 2 上点P处的切平面平行于平面2x+2y+z-1=0,则点P的坐标是( )。
A. (1,-1,2)
B. (-1,1,2)
C. (1,1,2)
D. (-1,-1,2)
题目解答
答案
C. (1,1,2)
解析
考查要点:本题主要考查曲面在某点处的切平面方程及其法向量的求解,以及平面平行的条件。
解题核心思路:
- 确定曲面的法向量:对于显函数形式的曲面$z = f(x, y)$,其法向量为$(-f_x, -f_y, 1)$。
- 平面平行的条件:两平面平行当且仅当它们的法向量成比例。
- 联立方程求解点坐标:通过法向量比例关系和曲面方程联立,确定点$P$的坐标。
破题关键点:
- 正确写出曲面的法向量表达式。
- 将法向量与给定平面的法向量建立比例关系,解出点$P$的$x$和$y$坐标。
- 代入曲面方程验证$z$坐标是否符合。
步骤1:求曲面的法向量
曲面方程为$z = 4 - x^2 - y^2$,计算偏导数:
$f_x = \frac{\partial z}{\partial x} = -2x, \quad f_y = \frac{\partial z}{\partial y} = -2y$
因此,曲面在点$P(x_0, y_0, z_0)$处的法向量为:
$\boldsymbol{n} = (-f_x, -f_y, 1) = (2x_0, 2y_0, 1)$
步骤2:平面平行条件
给定平面$2x + 2y + z - 1 = 0$的法向量为$\boldsymbol{m} = (2, 2, 1)$。两平面平行时,法向量成比例:
$(2x_0, 2y_0, 1) = k \cdot (2, 2, 1)$
解得:
$\begin{cases}2x_0 = 2k \\2y_0 = 2k \\1 = k\end{cases}$
由第三式得$k = 1$,代入前两式得:
$x_0 = 1, \quad y_0 = 1$
步骤3:确定点坐标
将$x_0 = 1$,$y_0 = 1$代入曲面方程:
$z_0 = 4 - (1)^2 - (1)^2 = 2$
因此,点$P$的坐标为$(1, 1, 2)$,对应选项C。