內容簡介
《畫法幾何解題指導/高等院校教學輔助讀物》是根據教育部高等學校工程製圖教學指導委員會製定的《高等學校工程製圖課程教學基本要求》,在參考瞭國內外相關院校該課程教學實踐的基礎上編寫而成的。內容按教學順序編排,包括:點,直綫,平麵,直綫與平麵及兩平麵間的相互關係,點、直綫、平麵的綜閤題,投影變換,麯綫、麯麵,立體的投影及其錶麵上的點綫,平麵與立體截交,直綫與立體貫穿,兩立體相貫,立體的錶麵展開,軸測投影與陰影。共十三章。每章均附有例題,以啓發學生的空間思維,培養其正確的解題思路。
本書可供理工科高等院校(包括電大、職大、函大及網絡學院等)與畫法幾何相關的學生使用,也可供中等專科學校製圖教師教學時參考,還可給工程技術人員在圖解空間幾何時提供幫助。
內頁插圖
目錄
前言
第一章 點
第二章 直綫
第三章 平麵
第四章 直綫與平麵及兩平麵間的相互關係
第五章 點、直綫、平麵的綜閤題
第六章 投影變換
第七章 麯綫、麯麵
第八章 立體的投影及其錶麵上的點綫
第九章 平麵與立體截交
第十章 直綫與立體貫穿
第十一章 兩立體相貫
第十二章 立體的錶麵展開
第十三章 軸測投影與陰影
精彩書摘
第二章 直綫
一、學習方法指導
通過本章的學習應掌握空間一直綫的投影特性和空間兩直綫間的關係及其投影特性。空間一直綫的投影一般仍為直綫,隻有當直綫垂直於投影麵時,它在該投影麵上的投影纔積聚成點,點在直綫上的幾何條件是點的各投影位於直綫的各同麵投影上,且點的各投影要符閤投影規律。點在直綫上把綫段分成兩段之比,等於點的投影把直綫的投影分成兩段之比,運用此規律往往可以隻藉助於V麵、H麵兩投影就能解決有關側平綫的一些作圖問題。
直綫相對於V麵、H麵、w麵的三種位置是平行、垂直和一般位置,前兩種直綫也稱特殊位置直綫,它們的投影特性更應牢固掌握,因為特殊位置直綫在其投影圖上可直接反映實長L及其與投影麵的夾角。今後,我們在圖解空間幾何問題時,往往需要變一般位置為特殊位置以達到解題方便的目的。
直綫相對於投影麵的各種位置及其不同的投影特性,可以通過自己的練習和理解以牢固掌握。若將室內正前方牆壁比作V麵,右側牆壁比作w麵,地闆比作H麵,則可得到一現成的三麵體係。把鉛筆比作空間的一直綫而變動它的位置,從平行於某一投影麵到垂直於某一投影麵再到一般位置,就可以加深對它們的投影圖及投影特性的理解。對於一般位置直綫,在投影圖上不能直接反映齣實長L及其與投影麵的傾角。a,b,r,所以隻有通過作直角三角形的方法纔能從投影圖中求得。應注意的是直角三角形法隻是一種幾何作圖的方法,它也可以單獨畫在圖紙的空白處,通常,我們把投影作為直角底邊隻是使作圖方便,省卻一些作圖綫而已。在直角三角形法中,應牢記用投影或和投影等長的直綫作為直角底邊,而另一直角邊為直綫上兩端點的坐標差,斜邊等於實長,而斜邊與底邊的夾角,纔是直綫與相應投影麵所成之角。
空間兩直綫的平行、相交與交叉也可通過用兩支筆在室內比劃,以加深對它們投影圖的理解。對於交叉兩直綫,它們的三麵投影有可能都相交,但在某一投影麵相交的點並非交點而隻是對該投影麵的重影點。重影點可以通過兩點間坐標的大小來判彆可見性,其中X,r,Z坐標大的點為相對於W麵、V麵和H麵可見的點。這對以後解綫麵關係、兩麵關係時判彆可見性有很大的作用。
……
前言/序言
畫法幾何是一門理論性很強的專業基礎課,同時,也是一門與工程實踐有密切聯係的技術基礎課。它研究的是圖示空間形體和圖解空間幾何問題,對培養學生的空間想象能力和邏輯思維能力均有很大的幫助,所以是工科學生的必修課之一。
由於畫法幾何的學習有一定的難度,學生往往因該內容的靈活多變而感到理解睏難。本書編者有著長期從事圖學教學的經驗,深感一些畫法幾何的教材中因篇幅所限,存在圖例較少和說明過簡的缺陷。為此,根據教育部工程圖學教學指導委員會製定的《普通高等院校工程圖學課程教學基本要求》的精神,並參考國內外相關院校該課程的教學實踐,精選瞭各種類型的習題,詳加分析並作齣解答。另外,本書在編寫時特彆注意瞭與各種畫法幾何教材的銜接,所以無論讀者選用的是哪一種畫法幾何的教材,本書都可與之配套。相信使用本書後對學習畫法幾何課程一定能有實質性的幫助。
本書具有以下特點:
第一,習題的覆蓋麵廣。它覆蓋瞭畫法幾何係統中全部內容的各種類型的典型習題及其分析和解法。
第二,重分析、重總結,並有學習方法指導,以引導讀者對問題的思考,有利於他們分析能力和思維能力的提高。
本書第1-6章由繆臨平編寫,第7-12章由顧文逵編寫,全書由顧文逵統稿。
由於作者的水平所限,書中難免有不妥之處。敬請使用本書的師生和讀者提齣寶貴的意見和建議,在此謹錶衷心的感謝。
編者
2013年10月
幾何解析與空間想象力訓練:從基礎原理到復雜應用 圖書簡介 本書旨在為高等院校理工科學生,特彆是機械工程、土木工程、建築設計、工業設計以及相關應用科學領域的學習者,提供一套係統、深入且極具實踐指導意義的幾何解析與空間想象力訓練教程。內容聚焦於解析幾何、嚮量代數、空間解析幾何以及應用微積分在幾何問題求解中的基礎原理與進階技巧。 全書結構清晰,邏輯嚴謹,從最基本的幾何元素(點、綫、麵)的代數錶示入手,逐步過渡到復雜麯麵與空間結構的分析。我們摒棄瞭純粹的理論堆砌,強調將數學工具與實際工程問題的結閤,緻力於培養讀者將三維世界中的物理對象抽象為數學模型,並利用解析方法進行精確求解的能力。 第一部分:解析幾何的基石與綫性代數預備 本部分是理解後續所有空間幾何問題的基礎。我們首先迴顧並深化瞭平麵解析幾何的知識體係,重點在於坐標係的選擇、距離與角度的計算、麯綫的參數方程與極坐標錶示。不同於傳統教材側重於圓錐麯綫的性質推導,本書更側重於麯綫方程在工程約束條件下的應用,例如優化路徑規劃中的軌跡描述。 核心內容細化: 1. 嚮量代數與幾何意義: 詳細闡述嚮量的綫性組閤、內積(點積)與外積(叉積)在幾何中的物理意義。內積用於投影和角度確定,外積則用於確定垂直方嚮(法嚮量)和麵積(力矩)。通過大量的工程實例,如應力分析中的方嚮餘弦、管道定位中的垂直性檢驗,鞏固嚮量運算的實際價值。 2. 直綫與平麵方程的統一錶示: 深入講解直綫的一般式、點法式、嚮量式方程,並重點引入齊次坐標係的概念,為三維變換打下基礎。平麵方程的求解將結閤其法嚮量和截距形式,並特彆討論平麵與已知空間麯綫的交點求解問題。 第二部分:三維空間解析幾何:駕馭復雜結構 本部分是全書的重點與難點,目標是建立讀者對三維空間中各種幾何實體的精確數學描述能力。我們構建瞭一個從簡單到復雜的分析框架。 空間直綫與平麵關係: 空間直綫分析: 闡述空間中兩條直綫的相對位置(平行、相交、異麵),並推導異麵直綫之間的最短距離公式。這在機械裝配公差分析中至關重要。 點、綫、麵之間的距離與投影: 詳細解析點到平麵的垂距、綫到平麵的夾角、綫與綫之間的夾角計算。我們使用矩陣投影法來輔助理解,使投影計算過程更加係統化。 麯麵基礎理論與二次麯麵: 本書對二次麯麵的介紹詳實且直觀。我們不僅給齣標準方程,更強調通過截距分析法和特徵值分析法來識彆麯麵的類型(橢球麵、雙麯麵、拋物麵等)及其在空間中的定嚮。 實例應用: 聚焦於工程中常見的鏇轉體(如圓環麵、螺鏇麵)的參數方程建立,這對於數控(NC)編程中的刀具路徑生成具有直接指導意義。 第三部分:幾何對象的變換與應用微積分的融閤 在掌握瞭靜止幾何體的代數描述後,本部分轉嚮動態的幾何變換和利用微積分工具進行精確測量。 仿射變換與齊次坐標: 本章詳細介紹二維和三維空間中的基本幾何變換:平移、鏇轉、縮放和剪切。通過引入4x4齊次變換矩陣,讀者可以掌握如何將一係列復雜的組閤變換(如先鏇轉後平移)閤並為一個單一的矩陣運算,這是現代計算機圖形學和機器人學的基礎。我們提供詳盡的鏇轉矩陣推導,特彆是繞任意軸鏇轉的歐拉角與軸角錶示的轉換。 微積分在幾何中的應用: 這是將純粹的代數分析提升至更精細測量層麵的關鍵。 1. 麯綫的微分幾何: 重點講解麯率(Curvature)和撓率(Torsion)的概念及其計算。麯率描述瞭麯綫彎麯的程度,在橋梁設計和汽車懸架係統優化中用來控製乘坐舒適度和結構強度。撓率則描述瞭空間麯綫偏離其所在切平麵的程度。 2. 麯麵的微分幾何: 引入第一、第二基本形式,並重點推導主麯率和高斯麯率。這些參數是評估麯麵局部形狀的關鍵指標,例如在模具設計中用於分析拔模斜度和錶麵光滑度。 第四部分:工程實踐與高級解題策略 最後一部分整閤前三部分的知識,聚焦於解決實際工程問題時所需的高級策略。 優化幾何問題的求解框架: 如何將一個需要尋找“最短路徑”、“最大體積”或“最小誤差”的工程問題,轉化為一個約束優化問題,並利用梯度下降法或拉格朗日乘數法求解相關的幾何參數。 誤差分析與敏感性研究: 討論輸入參數(如測量誤差、材料公差)對最終幾何計算結果的影響。通過偏導數分析,幫助工程師理解哪些幾何約束對整體結構穩定性最為敏感。 數值求解方法的引入: 麵對某些解析解難以求得的復雜交點或最優麯麵問題,本書簡要介紹瞭迭代法(如牛頓法在求解多變量非綫性方程組中的應用),作為解析方法的有效補充。 本書的特色在於其貫穿始終的“幾何直覺培養”導嚮。每章的例題均來源於真實的工程設計場景,並配有詳細的解題步驟和幾何解釋,確保讀者不僅學會“如何計算”,更能理解“為何如此計算”,從而真正掌握解析幾何作為一種強大思維工具的潛力。