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由 z=x2+y2z=x^2+y^2 和 z=4z=4 围成的立体区域的水平截面是什么几何形状?

水平截面是圆盘。在任何固定高度 zz 处,与抛物面 z=x2+y2z=x^2+y^2 的交集形成了一个由 x2+y2≤zx^2 + y^2 \le z 描述的圆形圆盘。该圆盘的半径取决于高度 zz,由 r=zr = \sqrt{z} 给出。

适用条件

  • 立体区域下方由 z=x2+y2z=x^2+y^2 界定,上方由 z=4z=4 界定。
  • 截面是水平取得的(垂直于 z 轴)。

理解与推导

  1. 考虑在 00 到 44 之间的固定高度 zz 处的水平切割平面。
  2. 识别该高度处立体的边界:抛物面方程 z=x2+y2z = x^2+y^2。
  3. 重新排列方程以查看 xx 和 yy 之间的关系:x2+y2=zx^2+y^2 = z。
  4. 认识到 x2+y2≤zx^2+y^2 \le z 描述了半径为 z\sqrt{z} 的圆的内部。
  5. 得出截面是一个圆盘,其半径随 zz 的增加而增加的结论。

例子

脚本指出:“动画显示一个水平切割平面从顶点 z=0z=0 向上移动到顶盖 z=4z=4,揭示每个截面都是一个圆盘,其半径取决于当前高度 zz。”

容易误解的地方

  • 认为截面是正方形或矩形。
  • 假设整个立体中截面的半径是恒定的。
  • 将截面与投影到 xy 平面(半径为 2 的圆盘)混淆。

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