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

和

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

和

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

即

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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