- •Поверхности 2-го порядка
- •3D пространство
- •Параллельный перенос
- •Параллельный перенос
- •3D поворот
- •3D поворот
- •Поворот вокруг оси Z
- •Поворот вокруг оси X
- •Поворот вокруг оси Y
- •Уравнение поверхности 2-го порядка
- •Составим матрицу
- •1. Все собственные числа отличны от нуля.
- •1. Все собственные числа отличны от нуля.
- •1. Все собственные числа отличны от нуля.
- •1. Все собственные числа отличны от нуля.
- •Эллипсоид
- •1. Все собственные числа отличны от нуля.
- •Конусы 2-го порядка
- •Конусы с разными осями симметрии
- •1. Все собственные числа отличны от нуля.
- •Гиперболоиды
- •Разные ориентации однополостных гиперболоидов
- •Гиперболоиды
- •Разные ориентации двуполостного гиперболоида
- •2. Одно из собственных
- •2. Одно из собственных
- •2. Одно из собственных
- •• Эллиптические цилиндры
- ••Гиперболические цилиндры
- •2. Одно из собственных
- •2. Одно из собственных
- •Параболоиды
- •Гиперболический параболоид
- •3. Два собственных числа
- •3. Два собственных числа
- •3. Два собственных числа
Составим матрицу
Так как матрица симметрическая, то существует ортогональное преобразование (поворот), приводящее главную часть к главным осям, так что преобразованное уравнение имеет вид
Хотя бы один из коэффициентов при квадратах отличен от нуля, иначе матрица A была бы нулевой. Рассмотрим три случая.
1. Все собственные числа отличны от нуля.
1x2 2 y2 3 z2 2b1x 2b2 y 2b3 z c 0
Выделим полные квадраты
|
(x |
b1 |
)2 |
|
( y |
b2 |
)2 |
(z |
b3 |
)2 c 0 |
|||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
1 |
1 |
|
2 |
|
|
2 |
3 |
|
3 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
выполним параллельный перенос |
b1 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
x |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 (x ) |
2 |
2 ( y ) |
2 |
3 (z ) |
2 |
c 0 |
y |
y |
|
2 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
b3 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z z |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
3
1. Все собственные числа отличны от нуля.
x2 |
|
y2 z2 c 0 |
||||||||||
1 |
|
|
|
2 |
3 |
|
3 |
|
одинаковы и с=0, |
|||
1.1. Если знаки1 2 |
|
|
|
|
|
|||||||
, |
|
, |
|
|
|
|
|
|
||||
преобразуем уравнение |
|
|
|
|||||||||
|
x2 |
|
|
|
y2 |
|
|
z2 |
0 |
|||
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
Получим каноническое уравнение точки (вырожденный эллипсоид)
x2 |
|
y2 |
|
z2 |
0 |
|
a2 |
b2 |
c2 |
||||
|
|
|
1. Все собственные числа отличны от нуля.
|
|
x2 |
y2 |
z2 c 0 |
|||||||||||||||
|
|
1 |
2 |
|
2 |
|
|
|
3 |
|
и с одинаковы, то |
||||||||
1.2. Если знаки1 |
, |
3 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
действительных решений нет, преобразуем |
|||||||||||||||||||
уравнение x2 |
|
|
y |
2 |
|
|
|
|
|
z2 |
1 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
с |
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
||
Получим каноническое уравнение мнимого |
|||||||||||||||||||
эллипсоида |
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
y2 |
|
z2 |
|
1 |
||||||
|
|
|
|
|
a2 |
|
b2 |
c2 |
|
||||||||||
1. Все собственные числа отличны от нуля.
|
|
x2 |
|
y2 |
z2 c 0 |
||||||||||||||
|
|
1 |
2 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
, с одной стороны, и |
|||||||
1.3. Если знаки1 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
, |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
с различны, то действительных решений нет, |
|||||||||||||||||||
преобразуем уравнение |
z2 |
|
|||||||||||||||||
|
x2 |
|
|
|
|
|
y2 |
|
|
1 |
|||||||||
|
с |
|
|
|
с |
|
|
|
|
с |
|
||||||||
|
1 |
2 |
|
|
|
3 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Получим каноническое уравнение |
|||||||||||||||||||
действительного2эллипсоида2 2 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
y |
|
|
z |
|
1 |
|
|||
|
|
|
|
|
a2 |
b2 |
c2 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Эллипсоид
Каноническое уравнение трехосного эллипсоида имеет
вид |
|
x2 |
|
y2 |
|
z2 |
|
|
|
|
a2 |
b2 |
c2 1 |
c |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a, |
b, |
c |
|
полуоси |
||||
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
эллипсоида. |
|
||
Центр этого эллипсоида находится |
a |
b |
|
||
|
|
|
в начале координат. |
|
|
Признаки уравнения эллипсоида:
1.Наличие квадратов всех трех переменных
2.Одинаковые знаки при квадратах переменных
1. Все собственные числа отличны от нуля.
|
x2 |
|
|
y2 z2 |
c 0 |
|
||||||||
, |
1 |
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
, |
0 |
|||
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1.4. Знаки 1 2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
различны, пусть1 |
2знаки |
|||||
отличаются от3 |
|
знака |
|
|
|
и с =0, |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
преобразуем уравнение2 2 |
|
z |
2 |
|
|
|
||||||||
|
x |
|
y |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|||
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|||||
|
1 |
1 |
2 |
|
3 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Получим каноническое уравнение конуса
x2 |
|
y2 |
|
z2 |
0 |
|
a2 |
b2 |
c2 |
||||
|
|
|
Конусы 2-го порядка |
||||||
Каноническое уравнение конуса |
||||||
x2 |
|
y2 |
|
z2 |
0 |
|
a2 |
b2 |
c2 |
||||
|
|
|
||||
Ось симметрии конуса : перед квадратом какой |
||||||
переменной в левой части уравнения знак минус, та ось |
||||||
системы координат и будет являться осью симметрии. Для |
||||||
данного уравнения – это ось OZ. |
|
|
||||
Признаки уравнения конуса:
1.Наличие квадратов всех трех переменных
2.Разные знаки при квадратах переменных
3.Свободный член в правой части уравнения равен нулю.
Конусы с разными осями симметрии
Ось симметрии конуса определяется по уравнению
Конус с осью симметрии OY |
Конус с осью симметрии OX |
||||||||||||
|
x2 |
|
y2 |
|
z2 |
0 |
|
x2 |
|
y2 |
|
z2 |
0 |
|
|
|
|
a2 |
b2 |
c2 |
|||||||
|
a2 |
b2 |
c2 |
||||||||||
1. Все собственные числа отличны от нуля.
|
x2 |
|
2 |
y2 |
z2 |
c 0 |
|
|
||||||
1 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
, |
0 |
|||
, |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1.5. Знаки 1 2 |
|
3 |
3 |
|
|
различны, пусть1 |
2знаки |
|||||||
|
|
|
|
|
|
с 0 |
и |
, |
||||||
отличаются от знака |
|
|
||||||||||||
преобразуем уравнение |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
x2 |
|
y2 |
|
|
z2 |
|
1 |
|
|
||||
|
с |
|
с |
|
|
с |
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
2 |
|
3 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Получим каноническое уравнение гиперболоида
x2 |
|
y2 |
|
z2 |
1 |
|
a2 |
b2 |
c2 |
||||
|
|
|
