
【醫】 tangent plane
tangent
【機】 tangent
flat; plane; surface
【醫】 flat; plane; planum
在數學分析中,切線平面(英語:tangent plane)是指三維空間中與光滑曲面Σ在點P處相切的二維平面。這個概念包含三個核心要素:
幾何定義
當曲面Σ在點P處可微時,所有通過P點且在P處與曲面相切的直線,共同構成了該點的切線平面。這個平面能最精确地局部近似曲面在該點的幾何特性(來源:《高等數學》第七版,同濟大學數學系)。
數學表達式
若曲面由隱函數F(x,y,z)=0定義,在點P(x₀,y₀,z₀)處的切線平面方程為: $$ F_x(P)(x-x₀) + F_y(P)(y-y₀) + F_z(P)(z-z₀) = 0 $$ 該式被稱為點法式方程(來源:美國數學學會《數學術語》)。
工程應用
在機械工程領域,切線平面被用于齒輪齧合面的應力分析;在計算機圖形學中,它是曲面細分和光線追蹤算法的核心計算單元(來源:Springer《計算幾何手冊》)。
與法線的關系
切線平面始終垂直于該點曲面的法向量n=(F_x,F_y,F_z),這種正交關系構成了微分幾何中曲率計算的基礎(來源:Wolfram MathWorld)。
“切線平面”通常指曲面在某一點的切平面(tangent plane),是微積分和幾何學中的重要概念。以下是詳細解釋:
切平面是曲面在某一特定點處的局部近似平面,滿足:
假設曲面由函數 ( z = f(x, y) ) 定義,點 ( P(x_0, y_0, z_0) ) 在曲面上,則切平面方程為: $$ z = f(x_0, y_0) + f_x(x_0, y_0)(x - x_0) + f_y(x_0, y_0)(y - y_0) $$ 其中:
另一種形式(隱函數曲面 ( F(x, y, z) = 0 )): $$ F_x(P)(x - x_0) + F_y(P)(y - y_0) + F_z(P)(z - z_0) = 0 $$ 這裡 ( 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 ) 為例,在點 ( (a, b, c) ) 處的切平面方程為: $$ a(x - a) + b(y - b) + c(z - c) = 0 $$
如果需要進一步探讨具體場景或公式推導,可以補充說明。
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