
【医】 tangent plane
tangent
【机】 tangent
flat; plane; surface
【医】 flat; plane; planum
在数学分析中,切线平面(英语:tangent plane)是指三维空间中与光滑曲面Σ在点P处相切的二维平面。这个概念包含三个核心要素:
几何定义
当曲面Σ在点P处可微时,所有通过P点且在P处与曲面相切的直线,共同构成了该点的切线平面。这个平面能最精确地局部近似曲面在该点的几何特性(来源:《高等数学》第七版,同济大学数学系)。
数学表达式
若曲面由隐函数F(x,y,z)=0定义,在点P(x₀,y₀,z₀)处的切线平面方程为: $$ F_x(P)(x-x₀) + F_y(P)(y-y₀) + F_z(P)(z-z₀) = 0 $$ 该式被称为点法式方程(来源:美国数学学会《数学术语》)。
工程应用
在机械工程领域,切线平面被用于齿轮啮合面的应力分析;在计算机图形学中,它是曲面细分和光线追踪算法的核心计算单元(来源:Springer《计算几何手册》)。
与法线的关系
切线平面始终垂直于该点曲面的法向量n=(F_x,F_y,F_z),这种正交关系构成了微分几何中曲率计算的基础(来源:Wolfram MathWorld)。
“切线平面”通常指曲面在某一点的切平面(tangent plane),是微积分和几何学中的重要概念。以下是详细解释:
切平面是曲面在某一特定点处的局部近似平面,满足:
假设曲面由函数 ( z = f(x, y) ) 定义,点 ( P(x_0, y_0, z_0) ) 在曲面上,则切平面方程为: $$ z = f(x_0, y_0) + f_x(x_0, y_0)(x - x_0) + f_y(x_0, y_0)(y - y_0) $$ 其中:
另一种形式(隐函数曲面 ( F(x, y, z) = 0 )): $$ F_x(P)(x - x_0) + F_y(P)(y - y_0) + F_z(P)(z - z_0) = 0 $$ 这里 ( abla F = (F_x, F_y, F_z) ) 是曲面的法向量,垂直于切平面。
以球面 ( x + y + z = r ) 为例,在点 ( (a, b, c) ) 处的切平面方程为: $$ a(x - a) + b(y - b) + c(z - c) = 0 $$
如果需要进一步探讨具体场景或公式推导,可以补充说明。
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