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曲面法向量求法

求曲面在某一點的法向量有多種方法,具體取決於曲面的表示形式:

如果是隱函式形式的曲面(F(x,y,z)=0),則在某一點(M(x_0,y_0,z_0))處的法向量(\vec{n})可以通過對該方程在點(M)處對(x)、(y)和(z)求偏導數得到,即(\vec{n} = \left(\frac{\partial F}{\partial x},\frac{\partial F}{\partial y},\frac{\partial F}{\partial z}\right))。

如果是參數方程表示的曲面(r(u,v) = x(u,v)i + y(u,v)j + z(u,v)k),則在某一點的法向量(\vec{n})可以通過計算該點處兩個切向量(\frac{\partial r}{\partial u})和(\frac{\partial r}{\partial v})的叉乘得到,即(\vec{n} = \frac{\partial r}{\partial u} \times \frac{\partial r}{\partial v})。

法向量的方向不唯一,通常可以取為單位法向量,即通過將法向量除以其模長得到。例如,如果(\vec{n} = (a,b,c)),那麼單位法向量為(\vec{n}_{unit} = \frac{\vec{n}}{|\vec{n}|})。此外,法向量在幾何學中有重要套用,如計算斜線與平面所成角、求二面角、計算點到面的距離等。