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S5G2 平面截圆锥

2022-02-24 14:24 作者:学用数学  | 我要投稿

椭圆、抛物线、双曲线这三个曲线都可在平面截圆锥中体现出来。我在高二时知道这事时,还是升起不少对数学的美与巧合有些赞叹。但当时也是从书上的平面得知这事实,要找个圆锥来切可不是那么容易的事。况且实物模型可能只切一次,也不太方便多次观察比较。现在有了 GGB,就可方便调整平面的角度来观察平面截圆锥的情况。


这课件的主要结构就是平面与圆锥,通过曲面交线取得平面。但为了可调整平面的观看角度,有以下三个方式。

一、建立三个动点来调整平面位置与方向。

二、建立一个控制法向量与位置的两点。

三、参考了 Anthony OR 柯志明的 https://www.geogebra.org/m/DyVDJrh3 

在绘图区建立一个控制角度与控制位置的操作区。来调整平面的位置与方向。

在这次我们提供一、三种的做法。第二个方法,可参考先前平面截正立方体的这个教学。https://www.bilibili.com/video/BV1Eb411s7zi?p=3


2 平面截圆锥

在这单元要建立双圆锥,并建立一个过三点的平面来截圆锥。

2a 建立下方圆锥


问:建立圆锥需要哪些参数?

答:底面的圆,圆心先固定在 D=(0,0,0) ,并将其半径设为 tr ,圆锥的高度设定为 th。

操作:

th = Slider(0,2,0.1)

tr = slider(0,2,0.1)

D = (0,0,0)

coneD = cone(Circle(D, tr,vector((0,0,1)), th)

2b 建立上方圆锥


问:如何建立上方的倒圆锥?

答:类似下方的圆锥,要建立上面的圆锥也需要画个圆。主要差别在这个圆需要有个向下的方向,才能让圆锥往下长。

操作:

U = D + (0,0,2th)

coneU = cone(Circle(U,tr,vector((0,0,-1))),th)

2c 三点作平面



问:如何绘制平面?

答:可以用三点来作平面,通过调整三点位置来观察截平面。

操作:

Q1=(2,0,0)

Q2=(0,2,0)

Q3=(0,-2,0)

plQ = plane(Q1,Q2,Q3)

inQD = intersect(plQ,coneD)


3 用旋转平面取得截面

通过制作对三轴旋转与平移来完成这个截面。

3a 转动的平面


问:如何控制平面的转动?

答:用三个滑动条 tX, tY, tZ 控制平面转动,并用 tH 控制平面的平移。接着从 plB, 依序转出 plX, plY, plZ, plH 。

操作:

plB: z=0

tX = Slider(0,1,0.01)

tY = Slider(0,1,0.01)

tZ = Slider(0,1,0.01)

tH = Slider(0,2*th,0.01)

plX = Rotate(plB, tX*pi, line((0,0,0),(1,0,0)))

plZ = Rotate(plY, tZ*pi, line((0,0,0),(0,0,1)))

plH = Translate(plZ,(0,0,tH))

3b 取得平面的交点


问:如何取得平面与圆锥交点?

答:主要通过 Intersect 指令,取得 plH 与coneU, coneD 的相交曲线。

操作:

inU = intersect(plH,coneU)

inD = intersect(plH,coneD)

3c 设定观看角度


问:如何从平面的俯视视角来看平面?

答:要先取得平面的法向量,主要利用 n1 = OrthogonalLine(D,plH)

再新增【按钮】并在脚本内新增 SetViewDirection(n1) 来设定观看角度。

操作:

n1 = OrthogonalLine(D,plH)

3d 设定曲面的透明度


问:如何调整曲面的透明度?

答:建立滑动条 oP,将 plH的【高级】 的【填满】设为 oP;

       建立滑动条 oC,将 coneU, coneD 的【高级】 的【填满】设为 oC。

操作:

oP = Slider(0,1,0.1)

oC = Slider(0,1,0.1)


相关资料

【Bili】https://space.bilibili.com/32012983/channel/seriesdetail?sid=1334883

【GGB】https://www.geogebra.org/m/vjqanwvt

【YouTube 】https://www.youtube.com/playlist?list=PLXH05kw-i_5KLg_XfyYh7SL9lXbBCbVZ2



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