Как найти нормальный вектор
- Поиск нормали к поверхности
- Определение нормали к поверхности
- График функции двух переменных
- Геометрический смысл производной функции
- Уравнение касательной к поверхности
- Угловой коэффициент для частной производной по y
- Поиск нормали
- Заключение
- Обратите внимание
Поиск нормали к поверхности
Перед тем как ответить на поставленный вопрос, требуется определить, нормаль чего именно необходимо искать. В данном случае, предположительно, в задаче рассматривается некая поверхность.
Определение нормали к поверхности
Приступая к решению поставленной задачи, следует помнить, что нормаль к поверхности определяется как нормаль к касательной плоскости. Исходя именно из этого и будет выбираться методика решения.
График функции двух переменных
График функции двух переменных z=f(x, y)=z(x, y) – это поверхность в пространстве. Таким образом ее чаще всего и задают. В первую очередь необходимо найти касательную плоскость к поверхности в некоторой точке М0(x0, y0, z0), где z0=z(x0, y0).
Геометрический смысл производной функции
Для этого следует вспомнить, что геометрический смысл производной функции одного аргумента, это угловой коэффициент касательной к графику функции в точке, где y0=f(x0). Частные производные функции двух аргументов находят, фиксируя «лишний» аргумент точно так же, как и производные обычных функций. Значит геометрический смысл частной производной по x функции z=z(x, y) в точке (x0,y0) состоит в равенстве ее углового коэффициента касательной, к кривой, образуемой пересечением поверхности и плоскости y=y0 (см. рис. 1).
Уравнение касательной к поверхности
Данные, отраженные на рис. 1, позволяют заключить, что уравнение касательной к поверхности z=z(x, y), содержащей точку М0(xo, y0, z0) в сечении при y=y0: m(x-x0)=(z-z0), y=y0. В каноническом виде можно записать:(x-x0)/(1/m)=(z-z0)/1, y=y0. Значит направляющий вектор этой касательной s1(1/m, 0, 1).
Угловой коэффициент для частной производной по y
Теперь, если угловой коэффициент касательно для частной производной по y обозначить n, то совершенно очевидно, что аналогично предыдущему выражению, это приведет к (y-y0)/(1/n)=(z-z0), x=x0 и s2(0, 1/n, 1).
Поиск нормали
Далее продвижение решения в виде поиска уравнения касательной плоскости можно прекратить и перейти непосредственно к искомой нормали n. Ее можно получить как векторное произведение n=[s1, s2]. Вычислив его, будет определено, что в заданной точке поверхности (x0, y0, z0). n={-1/n, -1/m, 1/mn}.
Заключение
Так как любой пропорциональный вектор также останется вектором нормали, удобнее всего ответ представить в виде n={-n, -m, 1} и окончательно n(дz/дx, дz/дx, -1).
Обратите внимание
У незамкнутой поверхности имеется две стороны. В данном случае ответ дан для «верхней» стороны, там где нормаль образует острый угол с осью 0Z.
