雙曲面漸近錐面

雙曲面漸近錐面

雙曲面的漸近錐面(asymptotic conical surface of hyperboloid)是刻畫雙曲面形狀的錐面,由經過雙曲面中心的雙曲面的漸近線所組成的錐面。雙曲面族(x/a+(y/b)-(z/c)=K(參數K≠0)有共同的漸近錐面(x/a)+(y/b)-(z/c)=0 。

基本介紹

雙曲面(hyperboloid(surface))是指在通過主軸的平面上,截痕是雙曲線,而在與主軸垂直的平面上的截痕是橢圓的二次曲面。它分為單葉雙曲面和雙葉雙曲面,它們都關於三個相互垂直的平面中每一個平面對稱。

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面
雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面
雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

在平面幾何中,雙曲線有漸近線,相類似地,雙曲面也有漸近錐面。二次錐面是單葉雙曲面和雙葉雙曲面的漸近錐面 。

二次錐面是雙曲面的漸近錐面

現在我們來考慮單葉雙曲面(1)和雙葉雙曲面(2)與二次錐面(3)。

單葉雙曲面

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

雙葉雙曲面

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

二次錐面

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

當它們有相同的正數a,b,c時,則它們有密切的關係。

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面
雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

用平行於坐標面的平面去截三個曲面。所得截線方程為

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面
雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

它們都是橢圓,具有相同的中心和對稱軸,並且曲面對應的半軸分別為

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

但它們的半軸的比相等

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面
雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面
雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面
雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

所以在平面z=h上截線橢圓的形狀相似,很明顯有。但當無限增大時,差趨於零。事實上

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面
雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面
雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

同理得

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面
雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

可見,當無限增大時,三個曲面無限接近。即單葉雙曲面和雙葉雙曲面都與二次錐面(3)無限接近,我們稱二次錐面(3)是雙曲面(1)和(2)的漸近錐面(圖1) 。

圖1 圖1

例題解析

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

【例1】 用一族平行平面z=h(h為參數)截割單葉雙曲面得一族橢圓,求這些橢圓焦點的軌跡。

解:所截得的橢圓族方程為

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面
雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面
雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面
雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

因為,所以橢圓的長半軸為,短半軸為,從而橢圓焦點的坐標為

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

消去參數h得

雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面
雙曲面漸近錐面 雙曲面漸近錐面

顯然這族橢圓焦點的軌跡是一條在坐標面上的雙曲線。雙曲線的實軸為x軸,虛軸為z軸 。

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