§4.2 平面与立体相交求截交线
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§4-2 平面与平面立体表面相交平面与立体表面的交线,称为截交线;当平面切割立体时,由截交线围成的平面图形,称为截面。
一、平面立体的截交线和断面如图4-16a所示,平面立体的截交线是截平面上的一个多边形,它的顶点是平面立体的棱线或底边与截平面的交点,它的边是截平面与平面立体表面的交线,图中截平面P与三棱锥的截交线是一个三角形ⅠⅡⅢ。
如图4-16b中的黑色图形所示,已知三棱锥SABC和正垂的截平面P,求作截交线的三面投影。
作图过程如图4-16b中的红色图形所示:(1)在棱线SA、SB、SC的正面投影s'a'、s'b'、s'c'与截平面P的有积聚性的迹线P v的相交处,作出它们的交点Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的正面投影1'、2'、3',与P v相重合的直线1'2'3',即为截交线△ⅠⅡⅢ的正面投影。
(2)由1'、2'、3'引投影连线,分别与sa、sb、sc和s″a″、s″b″、s″c″交出1、2、3和1″、2″、3″。
连接这些点的同面投影,就作出了截交线△ⅠⅡⅢ的水平投影△123和侧面投影△1″2″3″。
由于三个棱面的水平投影和棱面SAB、SCA的侧面投影都可见,在其上的截交线的同面投影12、23、31和1″2″、3″1″也都可见,画粗实线;棱面SBC的侧面投影不可见,在其上的截交线的侧面投影2″3″也不可见,画细虚线。
如图4-17a中的黑色图形所示,已知五棱柱的正面投影和水平投影,并用正垂面P切割掉左上方的一块,被切割掉的部分用细双点划线表示,求作截交线以及五棱柱被切割后的三面投影。
因为截交线的各边是正垂面P与五棱柱的棱面和顶面的交线,它们的正面投影都重合在P v上,因为截交线的正面投影已知,五棱柱被切割后的正面投影也已知,只要作出截交线的水平投影,就可以作出五棱柱被切割后的水平投影。
根据五棱柱的正面投影和水平投影,可以作出它的侧面投影;同理,由已作出的截交线的正面投影和水平投影,也可以作出截交线的侧面投影,从而作出五棱柱被切割后的侧面投影。
平面截切平面立体的截交线(平面封闭多边形)求法:1、分析平面立体未截切之前的形状及各面投影的关系2、分析截平面的性质(投影面垂直面或平行面)及其与平面立体的位置关系3、在截平面为积聚线的投影上找出截平面与立体棱线的交点4、求各交点的三面投影5、如果是多个截平面截切立体,要先求一个截平面的截交线,再求另一个截平面的截交线,切不可混做,各截平面的截交线往往首尾相连。
最后还要求出各截平面的交线6、按一定的顺序连接各交点形成截交线7、判断立体表面各线的可见性,补全立体表面其他轮廓线平面截切曲面立体的截交线(曲线或/和直线形成的封闭图形)求法:1、分析曲面立体未截切之前的形状及各面投影的关系2、分析截平面的性质(投影面垂直面或平行面)及其与立体的位置关系,初步判断截交线是直线还是曲线。
3、如果是曲线,则:(1)求特殊位置交点:在截平面为积聚线的投影上找出截平面与立体最大素线(转向轮廓线)、轴线(其他投影中的转向轮廓线位置)的交点;(2)求一般位置交点:在特殊位置交点中间确定1-2个一般位置点(在截平面为积聚线的投影上找出截平面与立体素线的交点),用截切纬圆法(或辅助素线法)求各交点的三面投影4、如果是多个截平面截切一个基本体,要先求一个截平面的截交线,再求另一个截平面的截交线,切不可混做,各截平面的截交线往往首尾相连。
最后还要求出各截平面的交线5、如果是一个截平面截切多个基本体,要先求截切一个基本体的截交线,再求截切另一个基本体的截交线,切不可混做,各截平面的截交线不一定首尾相连。
6、用光滑曲线顺序连接各交点(注意:如果交线为直线,用直线画出)形成截交线7、判断立体表面各线的可见性,补全立体表面其他轮廓线两圆柱相贯的相贯线1、非等径两圆柱相贯:在两圆柱都为非圆投影中,相贯线是项链形(两个端点,中间一个尖点),两端点位于小圆柱两转向轮廓线与大圆柱一个转向轮廓线的交点处,尖点位于小圆柱的轴线上,并凸向大圆柱的轴线。
求平面立体截交线的方法
平面立体截交是十分常见的几何运算问题,其基本思想是:利用在涉及的平面上的三对点,计算出按一定方向上的切线方程,并结合立体的三条面的参数方程,求出二者的交点。
(1)首先给出所求的平面(P)的参数方程:
ax + by + cz + d = 0
其中a,b,c,d分别为所求平面的法向量和截距。
(2)构造几何体立方体,了解其三条面(S1、S2、S3)上的三对点:(P1,P2)、(P3,P4)、(P5,P6)。
(3)针对立方体的每一条面,分别用P1,P2、P3,P4、P5,P6这三组点构造出直线的方程。
(4)取所求平面的法向量(a,b,c)与之前构造出的直线的方程比较,结合定义求出其交点。
(5)将上一步求出的交点组成一对,各自用一组直线方程代入,再求出其中的另一组交点,以此类推,完成平面立体截交的运算。
可以看出,要求平面立体截交线,需要知道平面和立方体得三面上的点,平面上的参数方程,以及其相交点两两组成的直线方程,最后,依据定义求出这两个交点,完成平面立体截交的过程。