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倾斜曲面E的法向量求解问询(要求形式为Aĵ + Bk̂)

倾斜曲面E的法向量求解问询(要求形式为Aĵ + Bk̂)

请问如何找到图中倾斜曲面E的法向量?要求形式为 $A\hat j + B\hat k$,如果可以的话请展示步骤,谢谢!

倾斜曲面E的示意图

我来给你一步步拆解怎么求这个法向量哈:

核心思路

求平面法向量的关键是找到平面上两个不共线的向量,计算它们的叉积——叉积的结果就是平面的一个法向量,刚好能满足你要的$A\hat j + B\hat k$形式(x分量为0)。

具体步骤

  • 第一步:确定平面上的三个顶点
    只需要三个不共线的点就能确定这个平面,这里选取三个顶点:
    $P_1 = (1.3,0.5,0)$,$P_2 = (1.3,0,0.7)$,$P_3 = (0,0,0.7)$

  • 第二步:计算平面上的两个向量
    从同一个顶点(这里选$P_1$)出发,计算另外两个点到它的向量:
    $\vec{P_{21}} = P_1 - P_2 = (1.3-1.3, 0.5-0, 0-0.7) = (0, 0.5, -0.7)$
    $\vec{P_{31}} = P_1 - P_3 = (1.3-0, 0.5-0, 0-0.7) = (1.3, 0.5, -0.7)$

  • 第三步:计算两个向量的叉积
    用行列式展开计算叉积$\vec{P_{21}} \times \vec{P_{31}}$:
    $$
    \begin{vmatrix}
    \hat i & \hat j & \hat k \
    0 & 0.5 & -0.7 \
    1.3 & 0.5 & -0.7
    \end{vmatrix}
    $$
    逐项展开计算:

    • x分量:$\hat i \times (0.5 \times (-0.7) - (-0.7) \times 0.5) = \hat i \times (-0.35 + 0.35) = 0\hat i$,刚好符合你要的x分量为0的要求
    • y分量:$-\hat j \times (0 \times (-0.7) - (-0.7) \times 1.3) = -\hat j \times (0 + 0.91) = -0.91\hat j$
    • z分量:$\hat k \times (0 \times 0.5 - 0.5 \times 1.3) = \hat k \times (0 - 0.65) = -0.65\hat k$

    最终得到的法向量为 $\boldsymbol{-0.91\hat j -0.65\hat k}$;如果需要同向的法向量,也可以乘以-1得到 $0.91\hat j + 0.65\hat k$(平面的法向量方向相反也是有效法向量)

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Amit M

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