2次曲面の一般式

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 2次曲面の一般式をまとめた記事です。

 基本式は、
  ax2 + by2 + cz2 + dxy + eyz + fzx + gx + hy + iz + j = 0
ですが、z軸方向の並進以外を固定して考えた場合の一般式は、交差項とx,y並進項の係数をゼロとして整理すると、

  Ax2 + By2 + Cz2 + Dz + E = 0
となります。
 この式から、C ≠ 0の場合は、zに関する2次方程式の解として z が得られます。
  z = (- D ± √(D2 – 4C(Ax2 + By2 + E))/2C
 また、C = 0の場合は、zに関する1次方程式の解として z が得られます。
  z = -(Ax2 + By2 + E)/D

 

 本記事では、これらの式で表される曲面について、係数の条件を表形式にまとめてあります。
 また、係数に応じた曲面の形をグラフ表示する、Excelサンプルも添付しています。

 

 


 

2次曲面サンプルExcel

 本記事で解説した式を用いて、代表的な2次曲面を描画するExcelシートです。

 D9セルのプルダウンから曲面の種類を選択すると、対応した曲面の3D(等高線)グラフを表示します。
 グラフは、ワイヤーフレームとコンターの2種類を描画します。

 なお、グラフ生成には、本HPに掲載の等高線グラフグラフの正方格子化のアルゴリズムに手を加えたコードを使用しています。

 係数表にはサンプルデータをセットしていますが、本記事の曲面種別の係数設定ルールを参考にして*、自由に値を設定してみてください。
 *) 各曲面について、簡単な係数チェックを行うようにしています。

 自学習や教育用途にお役立てください。

 

 

2025.9.6 公開 (revA)

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