试求球x²+ y²+ z²=1和平面x+ y+z=1相交的交线所围成的面积
时间: 2023-12-15 12:03:49 浏览: 325
直线与球相交的三种情况-python读取mat文件并转为csv文件的实例
设球面方程为 $x^2+y^2+z^2=1$,则球心在原点 $(0,0,0)$,半径为 $r=1$。平面方程为 $x+y+z=1$。
将平面方程中 $z$ 解出,得 $z=1-x-y$,代入球面方程得到
$$x^2+y^2+(1-x-y)^2=1$$
化简得到
$$x^2+y^2-2x-2y+1=0$$
再次化简,得到
$$(x-1)^2+(y-1)^2=1$$
这是一个以 $(1,1)$ 为圆心,半径为 $1$ 的圆。因此,球面和平面的交线为该圆与平面的交线。
由于该圆心在平面上,因此该圆与平面的交线为圆的切线。可以通过求圆的切点,计算出圆与平面的交线。
圆的切点可以通过求解以下方程组得到:
$$\begin{cases}x+y=2\\(x-1)^2+(y-1)^2=1\end{cases}$$
解得两个切点为 $(\frac{3}{2},\frac{1}{2},0)$ 和 $(\frac{1}{2},\frac{3}{2},0)$。
由于圆在 $z=0$ 平面上方,因此交线为一条弧线,其两端点为上述两个切点。
求出这条弧线的长度,即为所求面积。
可以通过计算圆心角来求出该弧线的长度。圆心角为
$$\theta=2\arcsin\frac{\sqrt{2}}{2}=\frac{\pi}{2}$$
弧线长度为
$$L=r\theta=\frac{\pi}{2}$$
因此,球面和平面的交线所围成的面积为 $\frac{\pi}{2}$。
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