本書主要介紹空間解析幾何的內(nèi)容.全書共6章,第1章給出向量與坐標(biāo)的概念及其向量的相關(guān)運(yùn)算,第2章討論軌跡與方程,第3章研究空間中最簡單的圖形——平面與直線的方程,第4章推導(dǎo)給定條件所確定的常見二次曲面的方程以及討論給定方程對(duì)應(yīng)的曲面的性質(zhì),第5章研究一般二次曲線的相關(guān)問題,第6章對(duì)一般二次曲面進(jìn)行討論.書中將“以形助數(shù),以數(shù)輔形”的觀點(diǎn)融入教材中,著重體現(xiàn)幾何意義,培養(yǎng)學(xué)生直觀的空間想象能力,注重?cái)?shù)形結(jié)合思想的滲入和實(shí)踐.
前言
1637年,法國數(shù)學(xué)家勒內(nèi)·笛卡兒發(fā)明了現(xiàn)代數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)工具之一——坐標(biāo)系,將幾何和代數(shù)相結(jié)合,成功地創(chuàng)立了解析幾何學(xué),從而開創(chuàng)了幾何學(xué)的新局面,甚至可以說開創(chuàng)了數(shù)學(xué)的新局面,因?yàn)槲⒎e分的發(fā)現(xiàn)就深受其影響,而微積分又是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的重要基石.隨著坐標(biāo)系的出現(xiàn),經(jīng)過數(shù)學(xué)家們的努力,仿射幾何、黎曼幾何等幾何分支隨著相繼問世.
我國著名數(shù)學(xué)家華羅庚曾講過: “數(shù)缺形時(shí)少直觀,形少數(shù)時(shí)難入微,數(shù)形結(jié)合百般好,隔離分家萬事休.”遇到“數(shù)”的問題,有了“形”的幫助更加直觀易懂; 遇到“形”的問題,有了“數(shù)”來幫忙能精準(zhǔn)分析.而坐標(biāo)系引入的實(shí)質(zhì)就是用“數(shù)”去描述“形”,如今的“量化管理”就源于這種思想.所以我們可以說,解析幾何是一門用“數(shù)”去描述“形”和用“形”去解釋“數(shù)”的學(xué)科.
坐標(biāo)的雛形是“不同方向的線段長”.后來經(jīng)數(shù)學(xué)家們的改造,用“向量法”引入坐標(biāo),這讓我們站在一個(gè)新的高度去認(rèn)識(shí)它,即“坐標(biāo)是極大線性無關(guān)向量組的表出系數(shù)構(gòu)成的有序數(shù)組”.
如今解析幾何已是大學(xué)的必修課程.在普及教育的背景下,我們要讓每一個(gè)學(xué)生都掌握數(shù)學(xué)的思想與方法,就必須讓學(xué)生從“數(shù)”與“形”的兩個(gè)角度去認(rèn)識(shí)同一個(gè)對(duì)象.就連“向量”這個(gè)聯(lián)系“數(shù)”與“形”的工具,也不例外,本書給出了三個(gè)解釋,即:
(1) 本質(zhì)的解釋: 具有大小和方向的量;
(2) “形”的解釋: 有向線段;
(3) “數(shù)”的解釋: 有序數(shù)組.
對(duì)于向量的運(yùn)算,如加、數(shù)乘、內(nèi)積、外積等,也不例外.只有這樣,才能使學(xué)生更為全面地認(rèn)識(shí)事物、理解原理與掌握規(guī)律,得到更為真實(shí)的結(jié)論.
本書是作者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),為師范院校數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)、信息計(jì)算科學(xué)與應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)等相關(guān)專業(yè)的“解析幾何”課程編寫的教材.解析幾何的教材有較多版本,各有春秋,本書有如下主要特點(diǎn).
(1) 語言: 采用通俗且易懂的描述.
林群院士說: “深?yuàn)W的東西,能說你懂了,以什么為標(biāo)準(zhǔn)呢?那就是看你能否用粗淺的語言去描述.”在本書的編寫中,語句的陳述盡量通俗且易懂,定義、定理與性質(zhì)的描述準(zhǔn)確精練,讓讀者喜聞樂見且容易接受.
(2) 題材: 采用抽象與應(yīng)用相結(jié)合.
教材內(nèi)容的選取體現(xiàn)了理論與實(shí)際的聯(lián)系.通過理論的具體抽象過程,使得讀者掌握在實(shí)際中的應(yīng)用方法.對(duì)抽象的概念,都盡量給出其引入的情境,告知抽象的過程,從而得到應(yīng)用的方法.
(3) 性質(zhì): 采用嚴(yán)謹(jǐn)與合理的解釋.
嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评,是?shù)學(xué)的基本要求之一.本書注重引導(dǎo)學(xué)生能從合理的解釋達(dá)到嚴(yán)密的論證,掌握數(shù)學(xué)思維方法,培養(yǎng)邏輯推理能力.
(4) 習(xí)題: 采用基礎(chǔ)與競賽的融合.
習(xí)題的主要目的是幫助學(xué)生回顧和加深對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)的理解,從而達(dá)到鞏固知識(shí),有助于學(xué)展邏輯思維、問題解決等能力.本書特別添加了一些大學(xué)數(shù)學(xué)競賽的題目,讓學(xué)生在對(duì)競賽題的實(shí)際演練過程中,體驗(yàn)到解決數(shù)學(xué)問題的樂趣,同時(shí)感受數(shù)學(xué)競賽題目的魅力,從而增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力和探索欲望.
(5) 拓展: 采用放眼幾何學(xué)的家族.
解析幾何只是幾何學(xué)科的一門基礎(chǔ)課程,本書在適當(dāng)?shù)闹R(shí)點(diǎn)處增加了議一議模塊,以此來種下像微分幾何、積分幾何、凸幾何等幾何學(xué)種子,引出學(xué)生對(duì)解答問題的探索欲望,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)幾何學(xué)科的興趣,培養(yǎng)學(xué)生探索幾何科學(xué)的能力.
本書在編寫、修訂過程中,得到了貴州師范大學(xué)教務(wù)處的及相關(guān)工作人員和貴州師范大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院的及相關(guān)人員,以及貴州師范大學(xué)的孫謙副教授的關(guān)心、支持和幫助,在此表示衷心的感謝.在修訂的過程中,還得到了清華大學(xué)出版社的和有關(guān)同志的大力支持與幫助,在此表示深切的謝意.還要特別感謝清華大學(xué)出版社劉穎編輯的多方協(xié)調(diào)與辛勤付出,使得本書能順利出版.
羅淼
2024年9月
羅淼,男,漢族,中共黨員,1975年生,貴州正安人,F(xiàn)任貴州師范大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院副教授,理學(xué)博士,碩士生導(dǎo)師,主要從事幾何學(xué)方面的教學(xué)與研究。出版本科教材一部---《幾何學(xué)概論》
目錄
第1章向量及其相關(guān)運(yùn)算
1.1向量的概念
1.2向量的加減法
1.3數(shù)量與向量的乘法
1.4線性方程組、矩陣與行列式
1.5向量的分解與向量組的線性關(guān)系
1.6標(biāo)架與坐標(biāo)
1.7兩向量的數(shù)量積
1.8兩向量的向量積
1.9三向量的混合積
1.10三向量的雙重向量積
第2章軌跡與方程
2.1平面曲線的方程
2.2曲面的方程
2.3空間曲線的方程
第3章平面與空間直線
3.1平面的方程
3.2平面與點(diǎn)、平面與平面的相關(guān)位置
3.3空間直線的方程
3.4直線與平面、直線與點(diǎn)的相關(guān)位置
3.5空間兩直線的相關(guān)位置
3.6平面束
第4章常見二次曲面
4.1柱面
4.2錐面
4.3旋轉(zhuǎn)曲面
4.4橢球面
4.5雙曲面
4.6拋物面
4.7特殊的直紋面
4.8數(shù)學(xué)制圖
第5章一般二次曲線
5.1一般二次曲線的一些相關(guān)概念
5.2二次曲線的漸近方向、中心與漸近線
5.3二次曲線的切線
5.4二次曲線的直徑
5.5二次曲線的主直徑與主方向
5.6二次曲線方程的化簡與分類
第6章一般二次曲面
6.1一般二次曲面的一些相關(guān)概念
6.2二次曲面的漸近方向與中心
6.3二次曲面的切線與切平面
6.4二次曲面的徑面與奇向
6.5二次曲面的主徑面與主方向
6.6二次曲面方程的化簡與分類
習(xí)題參考答案與提示
參考文獻(xiàn)