三维空间
xyz轴将空间分为八个部分。
xyz轴各自有单位向量,可以用来作为基底表示空间中任意一个点的位置或者向量。
空间中向量加法,减法,数乘,求两点距离。
点乘
ABcos,得到一个数值。Bcos几何上为B在A上的投影带正负号。
点乘的坐标运算。
两个互相垂直的向量,点乘为零。
叉乘
ABsin,得到一个垂直于AB平面的向量,
方向由右手法则决定(A在前面所以手掌顺着A),大小为平行四边形的面积。
叉乘的坐标运算!矩阵!ijk,j对应的是负号。
平行六面体体积
底面组成平行四边形的两个向量AB先叉乘,再和另一条棱C点乘
坐标运算法,矩阵abc
求单位向量
某向量除以他本身的长度(模)。
向量的表示
PP0右边坐标减去左边坐标
知道某一个向量(x,y,z),过一个点(x1,y1,z1),平行于另一个向量(a,b,c)
注:这个点可能是在某条曲线上,满足某个方程,可以作为条件使用
参数写法x=x1+a * t
y =y1 + b * t
z = z1 + c * t
三维空间中的平面的
知道平面上一点A(a,b,c),和垂直于该平面的向量N(n1.n2,n3)。求平面上的点的方程B(x,y,z)
该平面写作:n1* (x–a) + n2 * (y - b) + n3 *(z - c) = 0
原理是:AB垂直于N,点乘为0
特殊平面
平行于xy平面: Z = c(常数)
平行于yz平面: X = c(常数)
平行于xz平面: Y = c(常数)
曲面:某条直线沿着特定轨迹移动而成
曲面f(x,y)=0
说明产生器是平行于z轴的。没有z说明对于z没有限制,取任何值都可以,和z=f(x,y)是不一样的。
例子:z = x^2 说明generator是平行于y轴的。
旋转面:某条轨迹绕轴旋转而成
如果轨迹在xy平面,那只能绕x轴或者y轴
求旋转而成的曲面方程
轨迹 旋转轴 方程
f(x,y) = 0 x f(x,+-sqrt(y^2 + z^2)) = 0
y f(+-sqrt(x^2 + z^2),y) = 0
以此类推
利用等高线作图
将xyz 中的一个看作常数,看能否化为可以作图的形式
例子: x^2 + 1/9 * y^2 - z^2 = 1
三维空间极坐标(r, theta,z)
x = r * cos(theta)
y = r * sin(theta)
z = z
r是点在xy平面上的垂足,到原点的距离
theta是在xy平面上的垂足与原点连线,连线与x轴的夹角
z是这个点的高度
三维空间球坐标
x = p . sin(fi) * cos(theta) = r * cos(theta)
y = p * sin(fi) * sin(theta)
z = p * cos(fi)
r = p * sin(fi)
p = x^2 + y^2 +z^2
p是点到原点的距离
fi 是点与原点的连线,连线与z轴正半轴的夹角
theta 是点到xy平面的垂足,垂足与原点的连线,连线与x轴的夹角
偏微分
极限定义: 一个函数f(x,y)包含xy两个变量,控制其中一个不变,看另外一个变化的量无限接近于0时,函数值的变化量是多少
几何定义:(投影得到的曲线的切线斜率)
z = f(x.y)是一个曲面,有切面;(曲线对应切线,曲面对应切面)
如果将x 看作常数,那么z = f(x,y)变为一条曲线,投影在yz平面一条曲线,可以求出对应的切线斜率。(在不同的常数x,投影得到的曲线会不同,在不同的变量y,切线的斜率取值会不同);这个斜率就是偏导数的值。
以此类推
高阶偏微分
求导顺序对结果没有影响
求曲面z = f(x,y)上一点(x0,y0,z0)的切面方程
z - z0 = fx(x0)* (x- x0)+ fy(y0)*(y - y0)
类比求曲线y = f(x)上一点(x0,y0)的切线方程
y - y0 = fx(x0) *(x-x0)
线性估值
在二维上,A点的斜率很好计算,B点和A 点接近,则可以利用A的斜率和AB横坐标的距离去计算B的函数值。
从A 到B 的变化记为灯塔,灯塔y值 =灯塔x值 * A 点的斜率
在三维上z = f(x,y),x1 ,y1 的偏导数都不如x1,y1处更加方便计算,而且彼此接近。
灯塔z = 灯塔x * x1偏导 + 灯塔y * (y1偏导)
链式法则
作图法
(因变量- 中间变量-自变量)
(因变量- 自变量)
小技巧:标出函数名 + 标出视为参数的变量名称 + 要把中间变量的式子展开
梯度
z = f(x, y )
z 的梯度 = (fx, fy)即:由偏导数组成的向量
沿PQ方向移动造成的z的变动: 该移动方向的单位向量 (点乘)梯度(带入起点P处的值)
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