三维空间中圆的参数方程及matlab程序画图

原文链接: 三维空间中圆的参数方程

三维空间中,以点三维空间中圆的参数方程为圆心、以向量三维空间中圆的参数方程为法向量、半径为 r 的圆(见下图),

它的参数方程为:
三维空间中圆的参数方程

三维空间中圆的参数方程

三维空间中圆的参数方程

其中,三维空间中圆的参数方程三维空间中圆的参数方程分别对应单位向量三维空间中圆的参数方程三维空间中圆的参数方程,它们既垂直于三维空间中圆的参数方程,又互相垂直;随着三维空间中圆的参数方程从0变化到三维空间中圆的参数方程
,通过参数方程可以得到圆上每一个点的坐标。

三维空间中圆的参数方程三维空间中圆的参数方程是满足既垂直于三维空间中圆的参数方程,又互相垂直的任意单位向量。怎么样快速得到满足条件的三维空间中圆的参数方程三维空间中圆的参数方程呢?这时候应该充分利用叉乘运算的特点,因为两个向量的叉乘结果只要不为零,叉乘结果总是垂直于原来的这两个向量。具体如下:

三维空间中圆的参数方程的方法:三维空间中圆的参数方程叉乘坐标向量三维空间中圆的参数方程。如果叉乘结果不为零,那么它必然垂直于三维空间中圆的参数方程,把它单位化后就得到三维空间中圆的参数方程;如果叉乘结果恰好为零,再用三维空间中圆的参数方程叉乘剩下两个坐标向量三维空间中圆的参数方程三维空间中圆的参数方程中任意一个,单位化叉乘结果,得到三维空间中圆的参数方程

三维空间中圆的参数方程的方法:三维空间中圆的参数方程叉乘上一步得到的三维空间中圆的参数方程,叉乘结果必然垂直于三维空间中圆的参数方程三维空间中圆的参数方程,单位化叉乘结果,就得到三维空间中圆的参数方程

接下来,利用Matlab软件对三维空间中圆的参数方程进行测试。代码如下:

n=[1 1 1]; %法向量n
r=1; %圆的半径为1
c=[1 1 1]; %圆心的坐标
theta=(0:2*pi/100:2*pi)'; %theta角从0到2*pi
a=cross(n,[1 0 0]); %n与i叉乘,求取a向量
if ~any(a) %如果a为零向量,将n与j叉乘
    a=cross(n,[0 1 0]);
end
b=cross(n,a); %求取b向量
a=a/norm(a); %单位化a向量
b=b/norm(b); %单位化b向量

c1=c(1)*ones(size(theta,1),1);
c2=c(2)*ones(size(theta,1),1);
c3=c(3)*ones(size(theta,1),1);

x=c1+r*a(1)*cos(theta)+r*b(1)*sin(theta);%圆上各点的x坐标
y=c2+r*a(2)*cos(theta)+r*b(2)*sin(theta);%圆上各点的y坐标
z=c3+r*a(3)*cos(theta)+r*b(3)*sin(theta);%圆上各点的z坐标

plot3(x,y,z)
xlabel('x轴')
ylabel('y轴')
zlabel('z轴')

Matlab运行结果如下图: 

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