视频字幕
这个问题要求我们确定一个值a,使得平面x加2y加3z等于a与曲面z等于x平方加y平方相切。我们可以看到这个曲面是一个开口向上的抛物面,而平面有固定的法向量(1,2,3)。当平面与曲面相切时,它们在切点处有相同的法向量方向。
要找到切点,我们需要满足两个条件。首先,切点必须同时位于曲面和平面上。其次,在切点处,曲面和平面的法向量必须平行。曲面z等于x平方加y平方的法向量是(2x₀, 2y₀, -1),而平面x加2y加3z等于a的法向量是(1, 2, 3)。这两个法向量平行意味着它们之间存在一个非零常数k,使得平面法向量等于k乘以曲面法向量。
现在我们来求解切点坐标。从法向量平行条件,我们得到k等于负3。代入方程,我们可以求出x₀等于负六分之一,y₀等于负三分之一。由于切点在曲面上,z₀等于x₀平方加y₀平方,计算得z₀等于三十六分之五。有了切点坐标,我们可以求解参数a。将切点坐标代入平面方程x加2y加3z等于a,经过计算,我们得到a等于负十二分之五。这就是使平面成为曲面切平面的参数值。
让我们在三维空间中可视化切平面与曲面的关系。我们已经确定参数a等于负十二分之五,因此切平面方程为x加2y加3z等于负十二分之五。切点坐标为负六分之一,负三分之一,三十六分之五。在这个切点处,曲面的法向量为负三分之一,负三分之二,负一,而平面的法向量为1,2,3。可以验证这两个法向量是平行的,平面法向量等于负3乘以曲面法向量。这证明了我们的解是正确的。
让我们总结一下这个切平面问题的解法。我们需要确定参数a,使平面x加2y加3z等于a成为曲面z等于x平方加y平方的切平面。解题的关键是利用两个条件:切点同时位于曲面和平面上,以及在切点处曲面和平面的法向量平行。通过法向量平行条件,我们确定了切点坐标为负六分之一,负三分之一,三十六分之五。将切点坐标代入平面方程,我们求得参数a等于负十二分之五。这种解法体现了微分几何中切平面的几何意义,也展示了如何利用法向量平行条件解决切平面问题。