求曲面的法向量有多種方法,可以根據曲面的表示形式(隱函式、顯函式、參數方程)選擇合適的求解方式。以下是幾種常見的求法:
隱函式法。如果曲面由方程(F(x,y,z)=0)決定,那麼該曲面的法向量(n)可以通過對F關於x、y、z的偏導數求得,即(n=(\frac{\partial F}{\partial x},\frac{\partial F}{\partial y},\frac{\partial F}{\partial z}))。特別的,如果曲面方程可以表示為(z=z(x,y)),則法向量可以表示為(n=\pm(\frac{\partial z}{\partial x},\frac{\partial z}{\partial y},1)),其中正號表示法向量向上,負號表示法向量向下。
參數方程法。如果曲面由參數方程(x=x(u,v))、(y=y(u,v))、(z=z(u,v))定義,那麼法向量(n)可以通過對x、y、z的偏導數求得,即(n=(\frac{\partial x}{\partial u},\frac{\partial y}{\partial u},\frac{\partial z}{\partial u}))和((\frac{\partial x}{\partial v},\frac{\partial y}{\partial v},\frac{\partial z}{\partial v}))的叉乘。這也可以用於求出曲面上某一點的切向量,進而求得法向量。
平面幾何法。對於一些特殊的曲面(如平面、圓柱、圓錐等),可以利用平面幾何的知識直接求出法向量。