双曲面

双曲线绕其对称轴旋转而生的曲面
双曲面(Hyperboloid)[2]几何学中是双曲线绕其主轴之一旋转而生成的曲面;在数学里中则是一种二次曲面,可分为单叶双曲面和双叶双曲面[1][8],其方程分别为x2/a2+y2/b2-z2/c2=1和x2/a2+y2/b2-z2/c2=-1,其中a,b,c均大于0[9][10][7]
双曲面的发展历史与解析几何发展密切相关,在解析几何产生之前古代希腊数学家已对圆锥曲线(椭圆、双曲线、抛物线)做了较系统的研究[3][4]勒内·笛卡尔(Renatus Cartesius)和皮耶·德·费马(Pierre de Fermat)较早的认识到创建解析几何的必要性[3],但是笛卡尔等人的研究并未涉及空间解析几何,直到18世纪前半期克雷洛(Felix Klein)和拉盖尔(Ludwig Schläfli)才将空间的点与三数组对应,推导出含三个变量的二次方程可化简为17种标准形式,代表17种不同的曲面,双曲面就是其中之一[3]。19世纪初,罗巴切夫斯基(Nikolas lvanovich Lobachevsky)用罗氏平行公理替代欧氏几何的第五公设,创立了双曲几何学[11]。随着解析几何的发展,仿射几何和射影几何成为其现代组成部分,广泛应用于研究几何图形的性质和二次曲面的分类[3]
双曲面具有较多几何性质,如对称性、双曲面为无界曲面等[7][1]。此外,双曲面在建筑工程学、实际生活、通信工程学领域均具有较为广泛的应用,如连接器的线簧孔就是根据单叶双曲面形成的原理而设计的[5][6]

定义

几何学中,双曲面是双曲线绕其主轴之一旋转而生成的曲面[12][13];在数学里,双曲面是一种二次曲面[14]