質問<1782>
「「空間図形(曲面の方程式)」」
日付 2004/7/3
質問者 t


 次の2題が上手く方針が立てられなくて困っています。
どうか解法の手がかりを宜しくお願いします。

問題:次の曲面を求めよ。

①2点(1,0,0),(-1,0,0)からの距離の和が
 2Hである点(x,y,z)たちの作る曲面を求めよ。

②2点(1,0,0),(-1,0,0)からの距離の差の
 絶対値が2hである点(x,y,z)たちの作る曲面を求めよ。

お便り
日付 2004/7/7
回答者 phaos


(1)
条件から H > 1.
\(\sqrt{\quad}\)((x - 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)) + \(\sqrt{\quad}\)((x + 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)) = 2H.
\(\sqrt{\quad}\)((x - 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)) = 2H - \(\sqrt{\quad}\)((x + 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)).
(x - 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)
= 4\(H^{2}\) + (x + 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\) - 4H\(\sqrt{\quad}\)((x + 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)).
4H\(\sqrt{\quad}\)((x + 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)) = 4\(H^{2}\) + 4x.
H\(\sqrt{\quad}\)((x + 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)) = \(H^{2}\) + x.
\(H^{2}\)((x + 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)) = \(x^{2}\) + 2\(H^{2}\)x + \(H^{4}\).
(\(H^{2}\) - 1)\(x^{2}\) + \(H^{2}\)\(y^{2}\) + \(H^{2}\)\(z^{2}\) = \(H^{4}\) - \(H^{2}\).

(2) 三角不等式から 0 < h ≦ 1.
|\(\sqrt{\quad}\)((x - 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)) - \(\sqrt{\quad}\)((x + 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\))| = 2h.
\(\sqrt{\quad}\)((x - 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)) - \(\sqrt{\quad}\)((x + 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)) = \(\pm\)2h.
\(\sqrt{\quad}\)((x - 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)) = \(\sqrt{\quad}\)((x + 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)) \(\pm\) 2h.
(x - 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)
= 4\(h^{2}\) + (x + 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\) \(\pm\) 4h\(\sqrt{\quad}\)((x + 1\()^{2}\) + \(y^{2}\) + \(z^{2}\)).
(以下同様にして)
(\(h^{2}\) - 1)\(x^{2}\) + \(h^{2}\)\(y^{2}\) + \(h^{2}\)\(z^{2}\) = \(h^{4}\) - \(h^{2}\).
((1) と同じ答えに見えるが, 実は符号が違う)

因みに (1) は楕円面。
(2) は (0 < h < 1 のとき) 回転双曲面。