椭球面 x^2 + y^2 + z^2 = 1 平行于平面 x - y + 2z = 0 的切平面方程为(A. x - y + 2z = sqrt(6);B. x - y + 2z = 2;C. x - y + 2z = pmsqrt(6);D. (x-frac(1)/(3))(1) = (y+frac(1)/(3))(-1) = (z-frac(2)/(3))(2)
A. $x - y + 2z = \sqrt{6}$;
B. $x - y + 2z = 2$;
C. $x - y + 2z = \pm\sqrt{6}$;
D. $\frac{x-\frac{1}{3}}{1} = \frac{y+\frac{1}{3}}{-1} = \frac{z-\frac{2}{3}}{2}$
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查椭球面切平面方程的求解方法,以及平面平行的条件。关键在于理解切平面的法向量与椭球面在切点处的梯度向量一致,并利用平面平行的条件(法向量成比例)建立方程。
解题思路:
- 确定椭球面的梯度向量,即切平面的法向量;
- 与给定平面的法向量平行,建立比例关系,求出切点坐标;
- 代入椭球面方程,解出比例系数;
- 计算切平面方程,验证选项。
步骤1:求椭球面的梯度向量
椭球面方程为 $F(x,y,z) = x^2 + y^2 + z^2 - 1 = 0$,其梯度为:
$\nabla F = (2x, 2y, 2z)$
该梯度即为切平面的法向量。
步骤2:法向量平行条件
给定平面 $x - y + 2z = 0$ 的法向量为 $(1, -1, 2)$。设切点为 $(x_0, y_0, z_0)$,则梯度与给定法向量平行,即:
$(2x_0, 2y_0, 2z_0) = \lambda (1, -1, 2)$
解得:
$x_0 = \frac{\lambda}{2}, \quad y_0 = -\frac{\lambda}{2}, \quad z_0 = \lambda$
步骤3:代入椭球面方程
将切点坐标代入椭球面方程:
$\left(\frac{\lambda}{2}\right)^2 + \left(-\frac{\lambda}{2}\right)^2 + \lambda^2 = 1$
化简得:
$\frac{\lambda^2}{4} + \frac{\lambda^2}{4} + \lambda^2 = \frac{3\lambda^2}{2} = 1 \implies \lambda = \pm \frac{\sqrt{6}}{3}$
步骤4:求切平面方程
切平面方程为:
$1(x - x_0) - 1(y - y_0) + 2(z - z_0) = 0$
化简为:
$x - y + 2z = x_0 - y_0 + 2z_0$
代入 $\lambda = \pm \frac{\sqrt{6}}{3}$,得:
$x_0 - y_0 + 2z_0 = \pm \sqrt{6}$
因此,切平面方程为:
$x - y + 2z = \pm \sqrt{6}$