双光锥与丹德林球生成的圆锥曲线

双光锥与丹德林球生成的圆锥曲线
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2020-10-20 20:03
本范例通过一个双光锥与两个丹德林焦点球,直观演示了圆锥曲线(椭圆、双曲线、抛物线)的生成过程。核心数学概念包括圆锥曲线定义、丹德林球定理、空间几何中的截面与投影。作图要点:利用GeoGebra的Plane、Circle、Point、Rotate、Intersect、AngularBisector、Line、ConeInfinite、Sphere、IntersectPath、If等命令,构建了光锥、投影平面、旋转环、角平分线、焦点球及切点圆等对象,并通过动态参数αAperture控制锥角,实时显示不同类型的圆锥曲线。适合高中及大学低年级学生理解圆锥曲线的统一几何来源,也可用于教师课堂演示或学生自主探索。

GeoGebra 命令及参数

  1. Plane((0, 0, -1), (1, 0, -1), (0, 1, -1)) → projectivePlane
  2. Circle((1, 0, 0), (0, 0, 1), (-1, 0, 0)) → gimbalRing
  3. Point(gimbalRing) → P
  4. Rotate(P, (-(αAperture / 2)), yAxis) → Pn
  5. Intersect(Line[Pn, O], projectivePlane) → VMn
  6. AngularBisector(VMn + Vector[((x(VMn) * x(Pn)), 0, 0)], VMn, Pn) → bisectN
  7. Line(O, P) → lightLine
  8. Intersect(bisectN, lightLine) → On
  9. Rotate(P, αAperture / 2, yAxis) → Pp
  10. Intersect(Line[Pp, O], projectivePlane) → VMp
  11. AngularBisector(VMp + Vector[((x(VMp) * x(Pp)), 0, 0)], VMp, Pp) → bisectP
  12. Intersect(bisectP, lightLine) → Op
  13. Intersect(lightLine, projectivePlane) → F_{0}
  14. ConeInfinite(O, Vector[(0, 0, 1)], pi / 2) → f
  15. Sphere(O, 1) → unitSphere
  16. ConeInfinite(O, Vector[P], αAperture / 2) → lightCone
  17. IntersectPath(projectivePlane, lightCone) → conics
  18. If(αLight ≟ 0, "Circle", If[α < 90°, "Ellipse", If[α ≟ 90°, "Parabola", If[αLight ≟ 90° ∧ αAperture ≟ 90°, "Rectangular Hyperbola", "Hyperbola"]]]) → txtConicType
  19. Point(O, Vector[(P * cos(αAperture / 2))]) → Pcos
  20. Sphere(Op, Fp) → FpSphere
  21. Point(O, Vector[(Vector[Pp] * dP)]) → FpTouch
  22. Circle(lightLine, FpTouch) → FpTouchCircle
  23. Sphere(On, Fn) → FnSphere
  24. Point(O, Vector[(Vector[Pn] * dN)]) → FnTouch
  25. Circle(lightLine, FnTouch) → FnTouchCircle

AI 绘图提示语参考

这是一个由双锥面与平面相交生成的圆锥曲线图形。图形包含双锥面、焦点球体、接触圆和投影平面。构造顺序是:先建立双锥面和投影平面,然后引入焦点球体,接着通过平面与锥面的交线得到圆锥曲线,最后利用焦点球体验证接触圆与锥面的相切关系。图形可动态调整圆锥曲线的类型,如椭圆、双曲线或抛物线,适用于几何教学和探索。
以上提示语为根据原始绘图命令整理而来,仅供参考。