题目
将坐标面上的双曲线绕轴旋转一周所生成的旋转曲面的方程( ).
将
坐标面上的双曲线
绕
轴旋转一周所生成的旋转曲面的方程( ).
题目解答
答案
由于旋转轴是
轴,同名坐标就是
,因此方程
中保留坐标
不变,将
用
代入,得:
整理得:
故旋转曲面的方程是
故答案是:旋转曲面的方程是
解析
考查要点:本题主要考查旋转曲面的方程求解方法,特别是平面曲线绕坐标轴旋转后的曲面方程推导。
解题核心思路:
- 确定旋转轴:题目中双曲线位于zox平面(即$xz$平面),绕轴旋转时需明确旋转轴。根据答案推导,旋转轴为$z$轴。
- 替换变量:绕$z$轴旋转时,原双曲线中的$x$对应空间中任意点到$z$轴的距离$\sqrt{x^2 + y^2}$,因此将原方程中的$x$替换为$\sqrt{x^2 + y^2}$。
- 整理方程:代入替换后的表达式并化简,得到旋转曲面的方程。
破题关键点:
- 旋转轴的判断:绕$z$轴旋转时,$x$和$y$坐标共同决定到$z$轴的距离。
- 变量替换规则:原方程中与旋转轴垂直的坐标(此处为$x$)需替换为$\sqrt{x^2 + y^2}$。
步骤1:确定旋转轴
题目中双曲线$x^2 - 3z^2 = 9$位于$xz$平面($y=0$),绕$z$轴旋转一周生成旋转曲面。
步骤2:变量替换
绕$z$轴旋转时,空间中任意点$(x, y, z)$到$z$轴的距离为$\sqrt{x^2 + y^2}$。原双曲线中的$x$对应此距离,因此将原方程中的$x$替换为$\sqrt{x^2 + y^2}$。
步骤3:代入并化简
将$x$替换为$\sqrt{x^2 + y^2}$,原方程变为:
$\left( \sqrt{x^2 + y^2} \right)^2 - 3z^2 = 9$
化简得:
$x^2 + y^2 - 3z^2 = 9$