8月22日如何理解参数方程?

一般地,在平面直角坐标系中,如果曲线上任意一点的坐标x、y都是某个变数t的函数: $$ \begin{cases} x=f(t)\\ y=g(t) \end{cases} $$ ,并且对于t的每一个允许的取值,由方程组确定的点(x,y)都在这条曲线上,那么这个方程就叫做曲线的参数方程,联系变数x、y的变数t叫做参变数,简称参数。相对而言,直接给出点坐标间关系的方程叫普通方程。

维基百科

大家可以通过下面的互动来感受下参数方程:
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1 一元函数的参数方程
在一元的时候,参数方程是对同一个函数(方程)的不同理解方式,比如:
我们也可以换一种理解圆的方式:
这两种方式都是对的,实际运用中就看哪种方便。比如物理学中往往告诉你横向加速度是多少、纵向减速度是多少,这时候用参数方程就比较方便。
除了这种对称的应用,还有就是通过参数对变量的控制,从而使自变量间产生关系。不再独立。

2 二元函数的参数方程
我们看看一元的参数方程:
变换到二元去会怎么样:
到了二元就变成了一个平面,这里应该比较显然了,在整个平面上运动都满足参数方程,相当于:
$$\begin{cases} z\in \mathbb {R}\\ x=t\\ y=t\end{cases}$$
2.1 应用
二元函数参数方程常见的是下面这样的应用,我第一次看到的时候有点懵。
比如这样一个二元函数,$z=x^2+y^2$:
也就是一个普通的三维抛物线。注意此时的$x,y$都可以自由改变:
但是如果增加参数方程:
$$\begin{cases} z=x^2+y^2\\ x=t\\ y=t\end{cases}$$
这有什么意义?此时的$x,y$的变化就受到$\begin{cases} x=t\\ y=t\end{cases}$的约束:
所以,它的几何意义就是,$z=x^2+y^2$与$\begin{cases} x=t\\ y=t\end{cases}$两个曲面的交线:
是的,变成了一根空间曲线。其实也好理解,假如把$x=t,y=t$代入到$z=x^2+y^2$,得到$z=2t^2$(下面坐标切换到$zt$平面了):
像不像被“万佛朝宗”一巴掌拍平了啊。
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马同学高等数学
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