
【計】 hyperboloid
both; double; even; twin; two; twofold
【化】 dyad
【醫】 amb-; ambi-; ambo-; bi-; bis-; di-; diplo-; par
bend; bent; crooked; melody; music; song; wrong
【化】 distiller's yeast; distillery yeast
【醫】 bend; curvatura; curvature; cyrto-; flexura; flexurae; flexure; leaven
face; surface; cover; directly; range; scale; side
【醫】 face; facies; facio-; prosopo-; surface
雙曲面(hyperboloid)是三維空間中由二次方程定義的幾何曲面,其幾何形态可分為單葉雙曲面和雙葉雙曲面兩種類型。在數學和工程領域,這一概念具有重要應用價值。
單葉雙曲面(hyperboloid of one sheet)的标準方程為: $$ frac{x}{a} + frac{y}{b} - frac{z}{c} = 1 $$ 其幾何特征表現為沿z軸方向無限延伸的連通曲面,形似“沙漏”或柱狀結構。雙葉雙曲面(hyperboloid of two sheets)的方程為: $$ frac{x}{a} - frac{y}{b} - frac{z}{c} = 1 $$ 該曲面由兩個分離的對稱葉片組成,常見于天體力學中的雙星運動軌迹模拟。
雙曲面結構因其優異的力學性能被廣泛應用于冷卻塔設計中,例如中國洛陽電廠的超臨界機組冷卻塔采用單葉雙曲面形态,可通過最小材料用量實現最大結構強度。在建築領域,廣州塔的“纖腰”造型即源自雙曲面幾何原理,有效分散風荷載并提升抗震能力。
雙曲面與橢球面、抛物面同屬二次曲面族,其漸近行為可通過關聯的錐面方程$frac{x}{a} + frac{y}{b} - frac{z}{c} = 0$進行解析推導。該特性在微分幾何的曲率分析中具有理論研究價值。
參考資料
雙曲面是三維空間中的一種二次曲面,其幾何特征和數學定義如下:
雙曲面的一般方程分為兩種類型:
單葉雙曲面:
$$frac{x}{a} + frac{y}{b} - frac{z}{c} = 1$$
方程中僅含有一個負號,表現為單層無限延伸的曲面。
雙葉雙曲面:
$$frac{x}{a} + frac{y}{b} - frac{z}{c} = -1$$
方程中含兩個正項和一個負項,表現為上下分離的兩部分曲面。
單葉雙曲面:
形狀類似馬鞍或旋轉的喇叭,所有點連成一個連續曲面,可通過直線族(直母線)生成,屬于直紋面。
雙葉雙曲面:
由上下對稱的兩片獨立曲面組成,中間被平面隔開,無法通過直線族生成。
通過調整方程參數((a, b, c)),可控制曲面的形狀和開口方向。雙曲面在工程和自然科學中具有重要價值,其獨特的幾何特性為實際問題提供了高效解決方案。
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