题目
曲面 z = xy 在其上某点处的法线垂直于平面 x + 3y + z + 9 = 0 ,则该点是:A. (-3, -1, 3)B. (-1, -3, 3)C. (3, 1, 3)D. (1, 3, 3)
曲面 $z = xy $在其上某点处的法线垂直于平面 $x + 3y + z + 9 = 0 $,则该点是:
A. (-3, -1, 3)
B. (-1, -3, 3)
C. (3, 1, 3)
D. (1, 3, 3)
题目解答
答案
A. (-3, -1, 3)
解析
本题考查曲面的法线向量以及两向量平行的性质。解题的关键思路是先求出曲面$z = xy$的法线向量,再根据法线与已知平面垂直,得到两向量平行的关系,进而求出曲面上满足条件的点。
- 求曲面$z = xy$的法线向量:
- 设$F(x,y,z)=xy - z$,则曲面$z = xy$是函数$F(x,y,z)=0$所表示的曲面。
- 根据求偏导数公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$,分别对$F(x,y,z)$求关于$x$、$y$、$z$的偏导数:
- $F_x=\frac{\partial F}{\partial x}=y$;
- $F_y=\frac{\partial F}{\partial y}=x$;
- $F_z=\frac{\partial F}{\partial z}=-1$。
- 所以曲面$z = xy$在点$(x,y,z)$处的法线向量$\vec{n}=(F_x,F_y,F_z)=(y,x,-1)$。
- 求平面$x + 3y + z + 9 = 0$的法向量:
- 对于平面$Ax+By + Cz+D = 0$,其法向量为$\vec{m}=(A,B,C)$。
- 那么平面$x + 3y + z + 9 = 0$的法向量$\vec{m}=(1,3,1)$。
- 根据两向量平行的性质列方程:
- 因为曲面的法线垂直于平面,所以曲面的法线向量$\vec{n}$与平面的法向量$\vec{m}$平行。
- 若两向量$\vec{a}=(x_1,y_1,z_1)$,$\vec{b}=(x_2,y_2,z_2)$平行,则存在实数$\lambda$,使得$\vec{a}=\lambda\vec{b}$,即$(x_1,y_1,z_1)=\lambda(x_2,y_2,z_2)$。
- 所以$(y,x,-1)=\lambda(1,3,1)$,可得方程组$\begin{cases}y = \lambda\\x = 3\lambda\\-1=\lambda\end{cases}$。
- 解方程组求出$x$、$y$的值:
- 由$-1=\lambda$,将$\lambda=-1$代入$y = \lambda$,可得$y=-1$;代入$x = 3\lambda$,可得$x=-3$。
- 求出$z$的值:
- 因为点$(x,y,z)$在曲面$z = xy$上,把$x=-3$,$y=-1$代入$z = xy$,可得$z=(-3)\times(-1)=3$。