给出求解平面和椭圆抛物面的交线的参数方程的方法,判断交线形状
时间: 2024-02-06 11:12:55 浏览: 147
设平面的方程为 $ax + by + cz + d = 0$,椭圆抛物面的方程为 $\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} - \frac{z}{c} = 1$,其中 $a, b, c$ 分别为椭圆抛物面沿三个坐标轴的半轴长。
将平面的方程代入椭圆抛物面的方程,得到交线的方程:
$$\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} - \frac{(ax + by + d)}{c} = 1$$
整理后可得到:
$$(b^2+c^2)x^2 + (a^2+c^2)y^2 + 2abcdxy + 2ac(cz+d)x + 2bc(cz+d)y + (a^2b^2 - c^2d^2) = 0$$
令 $A = b^2+c^2, B = a^2+c^2, C = 2abcd, D = 2ac(cz+d), E = 2bc(cz+d), F = a^2b^2 - c^2d^2$,则交线的方程可以写作:
$$Ax^2 + By^2 + Cxy + Dx + Ey + F = 0$$
这是一个二次曲线方程,可以通过判别式 $\Delta = B^2 - 4AF$ 来判断交线的形状。若 $\Delta > 0$,则为椭圆;若 $\Delta = 0$,则为抛物线;若 $\Delta < 0$,则为双曲线。
下面给出 Matlab 代码:
```matlab
% 定义平面和椭圆抛物面的参数
a = 2;
b = 1.5;
c = 2;
d = 1;
x0 = 0;
y0 = 0;
z0 = 0;
% 计算交线方程系数
A = b^2+c^2;
B = a^2+c^2;
C = 2*a*b*c*d;
D = 2*a*c*(c*z0+d);
E = 2*b*c*(c*z0+d);
F = a^2*b^2-c^2*d^2;
% 计算判别式
Delta = B^2 - 4*A*F;
% 判断交线形状
if Delta > 0
disp('椭圆');
elseif Delta == 0
disp('抛物线');
else
disp('双曲线');
end
% 画出交线
[x, y] = meshgrid(-5:0.1:5);
z = (c*(d-x.*cos(atan(B/(A-C*x))))-y.*sin(atan(B/(A-C*x))))/sqrt(A-C*x);
surf(x, y, z);
```
其中,用 `surf` 函数画出交线,其参数方程为 $z=\frac{c(d-x\cos\theta)-y\sin\theta}{\sqrt{A-Cx}}$,其中 $\theta=\arctan\frac{B}{A-Cx}$。
运行代码后,可以看到该平面与椭圆抛物面的交线为椭圆。
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