急急急急急急、高一数学。
因为两个锥体的锥面捆绑到一起后,两个锥体的底面不在一个平面、而是有夹角的。而这个夹角与锥体的锥高有关。
设锥高=h厘米,而且两个锥体的高都等于h厘米。大锥体的锥面母线=√[3^2+h^2],小锥体的锥面母线=√[1^2+h^2],因为大小两个锥体母线长度不等,捆绑到一起时只能先规定让锥体底面端比齐、进行绕绳捆绑。
大锥体竖剖面的锥体底面与侧锥面母线间的夹角A,tgA=h/3,A=arctg(h/3);
小锥体竖剖面的锥体底面与侧锥面母线间的夹角B:tgB=h,B=arctg(h)。
两个锥体底面间的夹角=A+B=arctg(h/3)+arctg(h);
在竖剖面中,夹角A+B的两边分别是锥体底面直径6厘米和2厘米,两个锥体捆绑到一起后锥体底面最大距离就是上述“夹角A+B的两边分别是锥体底面直径6厘米和2厘米”的第三边,它的长在附图中是MK,
MK=MR+SK=√[6^2+2^2-2*6*2*con(A+B)]=√[40-24con(A+B)]=2√[10-6con(A+B)]=竖剖面中锥体底面两端最远距离、也是在实际椎体内部的看不见摸不到的一个距离。
绳子绕它们一周的长度的计算有一定难度,因为绕它们的周长组合不是常规图形。附图中,在捆绑之后,N,L重合;R,S重合;M,R,S,K,四点在一条直线上。
角NMK=arccon{[6^2+MK^2-2^2]/[2*6*MK]}=arccon{[32+40-24con(A+B)]/[24√[10-6con(A+B)]]}=arccon{[3-con(A+B)]/√[10-6con(A+B)]},
角NKM=arccon{[2^2+MK^2-6^2]/[2*2*MK]}=arccon{[40-24con(A+B)-32]/[8√[10-6con(A+B)]]}=arccon{[1-3con(A+B)]/√[10-6con(A+B)]}.
!!【提问者,敢问你这个题目是来自哪里?问题好啊,难住了不少英雄豪杰!高手都不露面嘛!可是,好像看得出,你的急切度在大大地下降!你如果能够及时回应“问题的答案与锥高密切相关!那锥高是多少呢?”的问题就好了!如果是你自己想出的问题,你实际量一量不就好了嘛!如果是从别处搞到的题目,说出来我们也好见识见识。因为锥高是数据比锥高是h计算和处理起来要方便得多!】
作为一个专题,求一个平面与一个圆锥面相交后的交线图形方程。
先建立空间坐标系:
以圆锥顶点为原点、圆锥轴线为Z轴组成O-XYZ空间坐标系,XOY平面过圆锥顶点且垂直于圆锥轴线和Z轴。
半径为3厘米、高为h的圆锥的锥面方程可写为:
x^2/3^2+y^2/3^2-z^2/h^2=0。
下面推导一个能够截取大圆锥产生相当于绳子捆绑位置交线的那个平面的方程:
这个截平面经过点M、R,这两点的空间坐标是:
M=M(-3,0,h),R=R(),
在三角形MNR中,根据正弦定理,有:
NR/sin[角NMR]=6/sin[180度-A-角NMR],
NR=6sin[角NMR]/sin[180度-A-角NMR],
R=R(3-NRconA,0,0)=R(3-6conA/sin[180度-A-角NMR],0,0),
图1中剖面三角形MNK中边MK上的高d:
d=6sin(角NMR),
这个高d线垂足W的坐标:W=W(3con(角NMR),0,0),W是截平面经过的一个点。
夹在截平面和锥底面之间的锥高线的那一段PQ,
PQ=MP*tan(角NMR),3tan(arccon{[1-3con(A+B)]/√[10-6con(A+B)]}),
Q点的坐标:Q=Q(0,0,h-PQ)=Q(0,0,h-3tan(arccon{[1-3con(A+B)]/√[10-6con(A+B)]})),
这个截平面共经过M、Q、W三点、并且垂直于NW,向量WN的方向就是截平面的法向量,
N=N(3,0,h),
W=W[6con^2(角NMR)-3,0,h-6sin^2(角NMR)],
出现余弦平方是因为MW第一次是(角NMR)的直角边、第二次是作为(角NMR)的斜边乘以(角NMR)的余弦以求得点W的X轴坐标,同样,出现正弦平方是因为NW第一次是作为直角在W点的(角NMR)的直角对边、第二次是作为直角在MN上的(角NMR)所对的直角边乘以(角NMR)的正弦以求得点W的Y轴上的分量。
于是,法向量n=向量WN=(6-6con^2(角NMR),0,6sin^2(角NMR)),
那个经过点R=R(3-6conA/sin[180度-A-角NMR],0,0)并且具有法向量n=(6-6con^2(角NMR),0,6sin^2(角NMR))的截平面的表达式可以写成:
[6-6con^2(角NMR)]{x-[3-6conA/sin(180度-A-角NMR)]}+{0*[y-0]}+[6sin^2(角NMR)]{z-0}=0, 整理,得:
[6-6con^2(角NMR)]{x-3+6conA/sin(180度-A-角NMR)}+[6sin^2(角NMR)]z=0.
联立 圆锥方程和截平面方程,可以获得缠绕绳子所在的那个平面对应的圆锥的交线图形:
x^2/3^2+y^2/3^2-z^2/h^2=0,
[6-6con^2(角NMR)]{x-3+6conA/sin(180度-A-角NMR)}+[6sin^2(角NMR)]z=0.
同样的方法,可以建立小圆锥体被缠绕绳子平面所截取的交线的方程:
在上述已经建立的空间坐标系中,小圆锥体圆锥面的方程:
在附图1、附图2和附图4中,由于捆绑,大小圆锥的各一条母线重叠,点N和点L重合,点R和点S重合。
延长MN(也是ML)到T,角TLK=180度-A-B,
点L和点K的坐标分别是L=L(3,0,h),K=K(3+2con(180度-A-B),0,h-2sin(180度-A-B))=K(3-2con(A+B),0,h-2sin(A+B)),
在独立体系的O'X'Y'Z'坐标系中的小圆锥体锥面方程是:
x'^2+y'^2-z'^2/h^2=0,其圆锥顶点在O'X'Y'Z'坐标系原点O',
在OXYZ坐标系中,O'X'Y'Z'坐标系原点O'的坐标是:
O'{[√(3^2+h^2)-√(1^2+h^2)]conA,0,[√(3^2+h^2)-√(1^2+h^2)]sinA},
并且独立坐标系O'X'Y'Z'发生了旋转,转角是顺时针方向,大小等于(180度-2A)/2+(180度-2B)/2=180度-(A+B),
所以,在OXYZ坐标系中的小圆锥体圆锥面的方程变为: