切平面

在一定條件下,過曲面Σ上的某一點M的曲線有無數多條,每一條曲線在點M處有一條切線,在一定的條件下這些切線位於同一平面,稱這個平面為曲面Σ在點M處的切平面(tangent plane)。點M叫做切點。

性質

曲面Σ上過點 M的所有曲線在點M處的切線都位於曲面Σ在切點 M處的 切平面

證明

球面的切平面 球面的切平面
切平面 切平面
切平面 切平面
切平面 切平面
切平面 切平面
切平面 切平面

設正則參數曲 S的方程為 , 是曲面 S上點的曲紋坐標,因此曲面 S上的任意曲線L可以用參數方程 給出,將其視為 中的曲線,則其方程為 。

切平面 切平面

顯然,根據定義, 都是曲面 S的切向量,假定 P是曲線上對應t=0的點,因此曲面 S在點 P的切向量是

切平面 切平面
切平面 切平面
切平面 切平面
切平面 切平面
切平面 切平面
切平面 切平面
切平面 切平面

這表明曲面 SP點的切向量為,是,的線性組合,其分量恰好是,。反過來,的任意一個線性組合必定是曲面的切向量。

切平面 切平面
切平面 切平面
切平面 切平面
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切平面 切平面

實際上,對於任意實數,只要命曲線L為,,其中,,則曲線 L在點 P的切向量是.

切平面 切平面
切平面 切平面
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切平面 切平面
切平面 切平面
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由於,故是線性無關向量,因此曲面在點 P的切向量構成一個二維向量空間,這個空間稱為曲面 S在點 P的切空間,記做,顯然,構成了空間的一個基底。在空間中經過點 P、並且由空間 S在點 P張成的平面就是曲面 S在點 P的切平面,顯然,曲面在點 P的切平面是與曲面的參數表示無關的概念。

切平面 切平面
切平面 切平面
切平面 切平面

曲面在點的切平面的參數方程是.

舉例

平面的切平面為此平面自身。

錐面的所有切平面都經過一個定點

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