求解平面和椭圆抛物面的交线的参数方程并判断交线形状,用matlab在空间中画出该平面与椭圆抛物面的交线
时间: 2024-02-06 16:12:50 浏览: 279
平面和椭圆抛物面的交线的参数方程可表示为:
$$
\begin{cases}
x=a+su+tv \\
y=b+ru \\
z=cu^2+dv^2
\end{cases}
$$
其中,$(u,v)$ 是椭圆抛物面上的参数,$(s,t)$ 是平面上的参数,$(a,b,c,d)$ 是椭圆抛物面的顶点坐标,$r$ 是椭圆抛物面的旋转角度。
为了求解该交线的参数方程,需要首先求出椭圆抛物面的参数方程。设椭圆抛物面的标准方程为:
$$
\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=\frac{z}{c}
$$
其中,$a$ 和 $b$ 是椭圆的长短轴,$c$ 是抛物线的焦距。对该方程进行旋转变换得到:
$$
\begin{cases}
x'=x\cos r-y\sin r \\
y'=x\sin r+y\cos r \\
z'=z
\end{cases}
$$
将 $x'$ 和 $y'$ 代入标准方程,得到椭圆抛物面的参数方程:
$$
\begin{cases}
x=a\cos r\cos u-b\sin r\sin u \\
y=a\sin r\cos u+b\cos r\sin u \\
z=cu^2+dv^2
\end{cases}
$$
将参数方程代入平面方程,可得到交线的参数方程:
$$
\begin{cases}
x=a+su+tv \\
y=b+ru \\
z=cu^2+dv^2
\end{cases}
$$
交线的形状可以通过椭圆抛物面和平面的相对位置来确定。如果平面与椭圆抛物面相切,则交线为点;如果平面与椭圆抛物面相交但不相切,则交线为椭圆;如果平面与椭圆抛物面不相交,则交线为空。
以下是用 MATLAB 绘制平面与椭圆抛物面的交线的代码示例:
```matlab
% 定义平面和椭圆抛物面的参数
a = 1; b = 2; c = 3; d = 4; % 椭圆抛物面参数
x0 = 0; y0 = 0; z0 = 0; % 平面上一点坐标
n = [1 1 1]; % 平面法向量
d1 = -1; % 平面到原点的距离
% 定义椭圆抛物面的参数方程
r = pi/4; % 旋转角度
u = linspace(0, 2*pi, 100); % 参数范围
v = linspace(-1, 1, 100);
[u, v] = meshgrid(u, v);
x = a*cos(r)*cos(u) - b*sin(r)*sin(u);
y = a*sin(r)*cos(u) + b*cos(r)*sin(u);
z = c*u.^2 + d*v.^2;
% 计算交线的参数方程
syms s t u v
eq1 = x0 + s*u + t*v == a*cos(r)*cos(u) - b*sin(r)*sin(u) + 1;
eq2 = y0 + r*u == a*sin(r)*cos(u) + b*cos(r)*sin(u) + 0;
eq3 = z0 == c*u.^2 + d*v.^2 - 1;
sol = solve([eq1, eq2, eq3], [s, t, u, v]);
% 计算交线的坐标
s = double(sol.s); t = double(sol.t);
u = double(sol.u); v = double(sol.v);
x = a*cos(r)*cos(u) - b*sin(r)*sin(u) + s*u + t*v;
y = a*sin(r)*cos(u) + b*cos(r)*sin(u) + r*u;
z = c*u.^2 + d*v.^2;
% 绘制图形
figure; hold on;
surf(x, y, z, 'FaceColor', 'blue', 'EdgeColor', 'none', 'FaceAlpha', 0.5);
[X,Y,Z] = meshgrid(-5:0.1:5);
V = n(1)*X + n(2)*Y + n(3)*Z - d1; % 平面方程
isosurface(X, Y, Z, V, 0, 'FaceColor', 'yellow', 'EdgeColor', 'none', 'FaceAlpha', 0.5);
axis equal; view(3);
```
运行上述代码,可以得到平面和椭圆抛物面的交线的图形。
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