解析几何汇总——数学竞赛

答案

初赛

第一届:求经过三平行直线L_{1} : x=y=zL_{2} : x-1=y=z+1, \quad L_{3} : x=y+1=z-1的圆柱面方程
第二届:已知二次曲面\Sigma(非退化)过以下九点:A(1,0,0),B(1,1,2),C(1,-1,-2),D(3,0,0),E(3,1,2),F(3,-2,-4),G(0,1,4),H(3,-1,-2),I(5,2\sqrt 2,8)\Sigma是哪一类曲面?
第三届:已知四点A(1,2,7),B(4,3,3),C(5,-1,6),D(\sqrt 7,\sqrt 7,0)试求过这四点的球面方程。
第四届:设\Gamma为椭圆抛物面z=3x^2+4y^2+1从原点作\Gamma的切锥面,求切锥面方程。
第五届:平面\mathbb{R^2}上两个半径为r的圆C_1C_2外切于P点。将圆C_2沿C_1的圆周(无滑动)滚动一圈,这时,C_2上的P点也随C_2的运动而运动。记\GammaP点的运动轨迹曲线,称为心脏线。现设C为以P的初始位置(切点)为圆心的圆,其半径为R。记\gamma:\mathbb{R^2}\cup\{\infty\}为圆C的反演变换,它将Q\in \mathbb{R^2/ \{P\}}映成射线PQ上的点Q',满足\vec{PQ}·\vec{PQ'}=R^2求证:\gamma(\Gamma)为抛物线
第六届:已知空间的两条直线\begin{aligned} l_{1} : & \frac{x-4}{1}=\frac{y-3}{-2}=\frac{z-8}{1} \\ l_{2} : & \frac{x+1}{7}=\frac{y+1}{-6}=\frac{z+1}{1} \end{aligned}
(1)证明l_1l_2异面
(2)求l_1l_2公垂线的标准方程
(3)求连接l_1上的任一点和l_2上的任一点线段中点的轨迹的一般方程。
第七届:设L_1L_2是空间中两异面直线。设在标准直角坐标系下直线L_1过坐标为a的点,以单位向量v为直线方向;直线L_2过坐标为b的点,以单位向量w为直线方向。
(1)证明:存在唯一点P\in L_1Q\in L_2使得两点连线PQ同时垂直于L_1L_2
(2)求P点和Q点坐标(用a,b,v,w表示)
第八届:设S是空间中的一个椭球面,设方向为常向量V的一束平行光线照射S,其中的部分光线与S相切,它们的切点在S上形成一条曲线\Gamma证明:\Gamma落在一张过椭球中心的平面上。
第九届:在平面直角坐标系中,设单叶双曲面\Gamma的方程为x^2+y^2-z^2=1。设P为空间中的平面,它交\Gamma于一抛物线C求该平面P的法线与z-轴的夹角
第十届:在平面直角坐标系中,设马鞍面S的方程为x^{2}-y^{2}=2 z。设\sigma为平面z=\alpha x+\beta y+\gamma,其中\alpha,\beta,\gamma为给定常数。求马鞍面S上点P的坐标,使得过P且落在马鞍面上的直线均平行于平面\sigma

决赛

第一届:已知两直线的方程\mathrm{L} : x=y=z, L^{\prime} : \frac{x}{1}=\frac{y}{a}=\frac{z-b}{1}
(1)问:参数a,b满足什么条件时,LL'是异面直线
(2)当LL'不重合时,求L'L旋转所生成的旋转面\pi的方程,并指出曲面\pi的类型
第二届:求出过原点且和椭球面4 x^{2}+5 y^{2}+6 z^{2}=1的交线为一个圆周的所有平面。
第三届:设有空间中五点,A(1,0,1),B(1,1,2),C(1,-1,-2),D(3,1,0),E(3,1,2)试求过点E且与A,B,C所在平面\Sigma平行而与直线AD垂直的直线方程
第四届:设A为正常数,直线l与双曲线x^2-y^2=2(x>0)所围的有限部分的面积为A,证明:
(i)所有上述l与双曲线x^2-y^2=2(x>0)的截线段的中点的轨迹为双曲线。
(ii)l总是(i)中轨迹曲线的切线
第五届:设S\mathbb{R^3}中的抛物面z=\frac{1}{2}\left(x^{2}+y^{2}\right), P=(a, b, c)S外一固定点,满足a^2+b^2>2c过点PS的所有切线。证明:这些切线的切点落在同一张平面上。
第六届:设空间中定点P到一定直线l的距离为p。一族球面中的每个球面都过点P,且截直线l得到的弦长都是定值a求该球面族的球心的轨迹。
第七届:在空间直角坐标系中,设S为椭圆柱面x^2 +2y^2=1,\sigma是空间中的平面,它与S的交集为一个圆。求所有这样平面\sigma的法向量。
第八届:在空间直角坐标系中设旋转抛物面\Gamma的方程为z=\frac{1}{2}(x^2+y^2)P为空间中的平面,它交抛物面\Gamma与曲线C问:C是何种类型的曲线?证明你的结论。
第九届:在空间直角坐标系下,设有椭球面S:\frac{x^{2}}{a^{2}}+\frac{y^{2}}{b^{2}}+\frac{z^{2}}{c^{2}}=1, \quad a, b, c>0S外部一点A(x_0,y_0,z_0)A点且与S相切的所有直线构成锥面\Sigma。证明:存在平面\Pi使得交线S\cap\Sigma=S\cap\Pi;同时求出平面\Pi的方程。

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