《利用二次曲面的主径面化简二次曲面课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《利用二次曲面的主径面化简二次曲面课件.ppt(15页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、6.4 利用二次曲面的主径面化简二次曲面Simplifying the equation of a quadratic surface by using master diameters,6.4.1 二次曲面的主径面方程(the lord diameter surface equation of a quadratic surface)定义1 二次曲面(6.1-1)的平行弦的中点轨迹是一个平面,称为共轭于平行弦的径面,而平行弦称为这个径面的共轭弦,平行弦的方向称为这个径面的共轭方向。若方向(X,Y,Z)满足(X,Y,Z)=0,则称(X,Y,Z)为渐进方向,否则称为非渐进方向.,6.4 利用二次
2、曲面的主径面化简二次曲面Simplify,不难验证,二次曲面(6.1-1)的对应于方向(X,Y,Z)的径面方程(证明略)为,定理1 二次曲面的任何径面一定通过它的中心.定义2 如果二次曲面的径面垂直于它所共轭的方向,那么这个径面就称为二次曲面的主径面.定义3 二次曲面主径面的共轭方向(即垂直于主径面的方向),或者二次曲面的奇向,称为二次曲面的主方向.,不难验证,二次曲面(6.1-1)的对应于方向(X,Y,Z)的,设二次曲面方程为(6.1-1),方向(X,Y,Z),如果(X,Y,Z)是(6.1-1)的渐近方向,那么它成为(6.1-1)的主方向的条件是成立,这时称(X,Y,Z)是(6.1-1)的奇
3、向.,设二次曲面方程为(6.1-1),方向(X,Y,Z)如果(X,如果(X,Y,Z)是(6.1-1)的非渐近方向,那么它成为(6.1-1)的主方向的条件是与它的共轭径面垂直,所以有 从而得,如果(X,Y,Z)是(6.1-1)的非渐近方向,那么它成为(,因此方向(X,Y,Z)成为二次曲面(6.1-1)的主方向的充要条件是存在使得上式成立,把上式改写成(6.4-2)这是一个关于X,Y,Z的奇次线性方程组,因此X,Y,Z不能全为零,因此,(6.4-3)即,因此方向(X,Y,Z)成为二次曲面(6.1-1)的主方向的充,定义4 方程(6.4-3)称为二次曲面(6.1-1)的特征方程,特征方程的根称为二次
4、曲面(6.1-1)的特征根。显然,这里的特征方程与不变量一节中的特征方程是完全相同的.从特征方程(6.4-3)求得特征根,代入(6.4-2),就可以求出相应的主方向(X,Y,Z).当=0时,与它相应的主方向为二次曲面的奇向;当0时,与它相应的主方向为非奇主方向,将非奇主方向(X,Y,Z)代入(6.4-1),就得共轭于这个非奇主方向的主径面.,定义4 方程(6.4-3)称为二次曲面(6.,例1 求二次曲面 的主方向与主径面.解 二次曲面的矩阵是 则 二次曲面的特征方程为,所以特征根为=4,3,0.,例1 求二次曲面,将=4 代入(6.4-2),得,解该方程组,得对应于特征根=4的主方向为(X,Y
5、,Z)=(1,0,-1),将其代入主径面方程(6.4-1)即有 化简得共轭于这个主方向的主径面为:,将=4 代入(6.4-2),得解该方程组,得对应于特征根,将=3代入(6.4-2),得解该方程组,得对应于特征根的主方向为(X,Y,Z)=(1:-1:1)将其代入(6.4-1)并化简得共轭于这个主方向的主径面为:将=0 代入(6.4-2),得解该方程组,得对应于特征根的主方向为(X,Y,Z)=(1:2:1),这一主方向为二次曲面的奇向(注意:奇向没有对应的主径面).,将=3代入(6.4-2),得,二次曲面特征根的性质:定理2 二次曲面的特征根都是实数.定理3 特征方程的三个根至少有一个不为零,因
6、而二次曲 面总有一个非奇主方向.推论 二次曲面至少有一个主径面.,二次曲面特征根的性质:,6.4.2 利用主径面化简二次曲面方程(Simplifying the equation of a quadratic surface by master diameters)由二次曲面的主径面、主方向、特征根的的一些性质可以得出,化简二次曲面方程(6.1-1)的一般步骤如下:(1)先求解二次曲面(6.1-1)的矩阵的特征方程,求出特征根;(2)根据不同的特征根求出主方向(X,Y,Z);(3)根据主方向求出主径面;(4)取不同特征根下的主径面为新坐标平面作坐标变换,得出曲面的简化方程.,6.4.2 利用主
7、径面化简二次曲面方程,例2 化简二次曲面方程解 二次曲面的矩阵为 所以曲面的特征方程为 解得二次曲面的三个特征根为=6,3,-2.,例2 化简二次曲面方程,与特征根=6对应的主方向(X,Y,Z)由方程组,决定,解之得对应于特征根=6 的主方向为(X,Y,Z)=(-8,8,16)=8(-1,1,2)与它共轭的主径面为同理得,特征根=3对应的主方向(X,Y,Z)=(-5,5,-5)=-5(1,-1,1)与它共轭的主径面为,与特征根=6对应的主方向(X,Y,Z)由方程组决定,解之,特征根=-2 对应的主方向为(X,Y,Z)=(20,20,0)=20(1,1,0)与它共轭的主径面为取这三个主径面为新坐标平面作坐标变换 解出,代入原方程得到曲面的化简方程为 显然,这是一个双叶双曲面.,End,特征根=-2 对应的主方向为End,谢谢大家!Thank you!,谢谢大家!,