曲线 $C:\;\begin{cases}x=x(t)\\y=y(t)\\z=z(t)\end{cases}$,在 $t=t_0$ 处:
切向量:$\boldsymbol{\tau} = (x'(t_0),\;y'(t_0),\;z'(t_0))$
切线方程:$\frac{x-x_0}{x'} = \frac{y-y_0}{y'} = \frac{z-z_0}{z'}$
法平面方程:$x'(x-x_0)+y'(y-y_0)+z'(z-z_0)=0$
$\begin{cases}F(x,y,z)=0\\G(x,y,z)=0\end{cases}$
两曲面法向量 $\boldsymbol{n_1}=(F_x,F_y,F_z)$,$\boldsymbol{n_2}=(G_x,G_y,G_z)$
切向量 $= \boldsymbol{n_1}\times\boldsymbol{n_2} = \begin{vmatrix}\boldsymbol{i}&\boldsymbol{j}&\boldsymbol{k}\\F_x&F_y&F_z\\G_x&G_y&G_z\end{vmatrix}$

法向量:$\boldsymbol{n} = (F_x, F_y, F_z)\big|_{P_0}$
切平面:$F_x(P_0)(x-x_0)+F_y(P_0)(y-y_0)+F_z(P_0)(z-z_0)=0$
法线:$\frac{x-x_0}{F_x}=\frac{y-y_0}{F_y}=\frac{z-z_0}{F_z}$
令 $F = f(x,y)-z$,则 $\boldsymbol{n} = (f_x, f_y, -1)$
切平面:$z-z_0 = f_x(P_0)(x-x_0)+f_y(P_0)(y-y_0)$
$\boldsymbol{r}_u = (x_u, y_u, z_u)$,$\boldsymbol{r}_v = (x_v, y_v, z_v)$
法向量 $= \boldsymbol{r}_u \times \boldsymbol{r}_v$
令 $u=\frac{x}{z}$,$v=\frac{y}{z}$。$F_x = F_u\cdot\frac{1}{z}$,$F_y = F_v\cdot\frac{1}{z}$,$F_z = F_u\cdot(-\frac{x}{z^2})+F_v\cdot(-\frac{y}{z^2})$
切平面方程:$\frac{F_u}{z}(x-x_0)+\frac{F_v}{z}(y-y_0)+F_z(z-z_0)=0$
代入 $(x,y,z)=(0,0,0)$ 验证等式成立即可。
$z_x=4x^3-4x$,$z_y=4y^3$。在 $(1,1)$:$z_x=0$,$z_y=4$。
法向量 $(z_x,z_y,-1)=(0,4,-1)$。但题目答案是 $12x-9y+2z-9=0$...可能题目和我记的不完全一致。
方法:$F=x^4+y^4-2x^2-z$,$\boldsymbol{n}=(F_x,F_y,F_z)|_P$,切平面 $F_x(x-x_0)+F_y(y-y_0)+F_z(z-z_0)=0$。
两曲面交线求切线:切向量 = 两法向量的叉积。
$F=x^2+y^2+z^2-6$,$\boldsymbol{n_1}=(2x,2y,2z)|_{(1,-2,1)}=(2,-4,2)$
$G=x+y+z$,$\boldsymbol{n_2}=(1,1,1)$
$$\boldsymbol{\tau}=\boldsymbol{n_1}\times\boldsymbol{n_2}=\begin{vmatrix}\boldsymbol{i}&\boldsymbol{j}&\boldsymbol{k}\\2&-4&2\\1&1&1\end{vmatrix}=(-6,0,6)$$化简:$\boldsymbol{\tau}=(-1,0,1)$
切线:$\frac{x-1}{-1}=\frac{z-1}{1},\;y=-2$
模板:两曲面交线 → $\boldsymbol{\tau}=\boldsymbol{n_1}\times\boldsymbol{n_2}$(叉积)→ 代入点坐标 → 写方程。
旋转曲面方程:将 $x$ 替换为 $\sqrt{x^2+z^2}$:$3(x^2+z^2)+2y^2=12$。
$F=3(x^2+z^2)+2y^2-12$。
$F_x=6x|_P=0$,$F_y=4y|_P=4\sqrt{3}$,$F_z=6z|_P=6\sqrt{2}$。
切平面:$4\sqrt{3}(y-\sqrt{3})+6\sqrt{2}(z-\sqrt{2})=0$,化简:$2\sqrt{3}y+3\sqrt{2}z-12=0$
旋转曲面:曲线 $f(y,x)=0$ 绕 $y$ 轴旋转 → 把 $x$ 换成 $\sqrt{x^2+z^2}$。绕 $x$ 轴旋转 → 把 $y$ 换成 $\sqrt{y^2+z^2}$。
$F=\sqrt{x}+\sqrt{y}+\sqrt{z}-\sqrt{a}$。在 $(x_0,y_0,z_0)$:
$F_x=\frac{1}{2\sqrt{x_0}}$,$F_y=\frac{1}{2\sqrt{y_0}}$,$F_z=\frac{1}{2\sqrt{z_0}}$。
切平面:$\frac{x-x_0}{2\sqrt{x_0}}+\frac{y-y_0}{2\sqrt{y_0}}+\frac{z-z_0}{2\sqrt{z_0}}=0$
令 $y=z=0$:$x$截距 $=x_0+2\sqrt{x_0}(\sqrt{y_0}+\sqrt{z_0})=x_0+2\sqrt{x_0}(\sqrt{a}-\sqrt{x_0})=2\sqrt{ax_0}-x_0$
三个截距之和 $=2\sqrt{a}(\sqrt{x_0}+\sqrt{y_0}+\sqrt{z_0})-(x_0+y_0+z_0)=2a-(x_0+y_0+z_0)$...
需要更仔细地展开。这类证明题的要点是写出切平面方程 → 代特殊值求截距 → 利用曲面方程化简。