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Matemáticas · 术语表

什么是 Plano tangente?

又称: normal unitaria

Definición 19.4 Matemáticas universitarias — Grado 2 · 第 19 章 — Superficies

Sea σ\sigma regular en (u0,v0)(u_0, v_0), y M0=σ(u0,v0)M_0 = \sigma(u_0, v_0). El plano tangente TM0ST_{M_0}S es el plano que pasa por M0M_0 y tiene dirección Vect⁡(σu,σv)\operatorname{Vect}(\sigma_u, \sigma_v) (con las parciales en (u0,v0)(u_0, v_0)). La normal unitaria es

n(u0,v0)=σu∧σv∥σu∧σv∥.n(u_0, v_0) = \frac{\sigma_u \wedge \sigma_v} {\norm{\sigma_u \wedge \sigma_v}} .

示例

Ejemplo 19.6 (El plano tangente del helicoide)

Para el helicoide σ(u,v)=(vcos⁡u, vsin⁡u, au)\sigma(u, v) = (v\cos u,\ v\sin u,\ au), en el punto σ(0,1)=(1,0,0)\sigma(0, 1) = (1, 0, 0):

σu=(0, 1, a),σv=(1, 0, 0),σu∧σv=(0, a, −1),\sigma_u = (0,\ 1,\ a), \qquad \sigma_v = (1,\ 0,\ 0), \qquad \sigma_u \wedge \sigma_v = (0,\ a,\ -1),

de modo que el plano tangente es a y=za\,y = z. Contiene toda la generatriz horizontal {(t,0,0)}\{(t, 0, 0)\} (dirección σv\sigma_v): como en el cono del Ejercicio 19.1, en una superficie reglada por rectas cada generatriz está dentro del plano tangente a lo largo de ella. La otra dirección tangente σu\sigma_u es la velocidad de la hélice u↦σ(u,1)u \mapsto \sigma(u, 1): una carta, dos curvas trazadas y todo el plano tangente queda generado; la Proposición 19.5 en acción.

Ejemplo 19.8

Para la esfera x2+y2+z2=R2x^2 + y^2 + z^2 = R^2: ∇f=2(x,y,z)\nabla f = 2(x, y, z), luego el plano tangente en M0M_0 es ortogonal al radio OM0→\vect{OM_0}; el hecho clásico de que el radio y el plano tangente son perpendiculares, con ecuación ⟨M0,M⟩=R2\langle M_0, M\rangle = R^2.

Ejemplo 19.9 (Plano tangente de un grafo)

Para z=f(x,y)z = f(x, y) en (x0,y0)(x_0, y_0): aplicando la Proposición 19.7 a F(x,y,z)=f(x,y)−zF(x,y,z) = f(x,y) - z,

z=f(x0,y0)+fx(x0,y0)(x−x0)+fy(x0,y0)(y−y0),z = f(x_0, y_0) + f_x(x_0, y_0)(x - x_0) + f_y(x_0, y_0)(y - y_0) ,

la parte afín del desarrollo de Taylor de primer orden: el plano tangente es el grafo de la diferencial, como debe ser.

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