Begriffsbildung
Unter einer
Fläche 2. Ordnung versteht man eine Fläche im Raum, die bei Einbettung
in ein räumliches Koordinatensystem durch eine implizite Gleichung 2. Grades beschrieben werden kann. Dabei wird ein
rechtwinkliges Koordinatensystem mit den Koordinaten
x,
y und
z zugrundegelegt. Die Fläche 2. Ordnung liegt nun 'günstig'
im Koordinatensystem, wenn der Schnittpunkt der Symmetrieachsen der Flächen im Koordinatenursprung liegt. Diese
'günstige Lage' wird als Normalform bezeichnet; die Fläche 2. Ordnung ist dann durch die allgemeine Gleichung 2. Ordnung
ax2 +
by2 +
cz2 + 2
dxy + 2
eyz + 2
fxz + 2
gx + 2
hy + 2
kz +
l = 0
(mit frei wählbaren Parametern
a, b, c, d, e, f, g, h, k und
l)
charakterisiert. Flächen 2. Ordnung können anschaulich als
Oberflächen der von ihnen begrenzten räumlichen Gebilde interpretiert werden.
Flächen 2. Ordnung lassen sich einteilen in
echte Flächen 2. Ordnung,
zu denen die Mittelpunktsflächen und die parabolischen Flächen (ohne Mitte) gehören, und in
unechte Flächen 2. Ordnung, wie die Kegelfläche, die Zylinderfläche und die
Ebenenpaare. Dieser Zusammenhang wird in der folgenden Abbildung deutlich.
Es existieren fünf verschiedene echte Flächen 2. Ordnung: das
Ellipsoid, das
einschalige Hyperboloid und das zweischalige Hyperboloid als Mittelpunktsflächen sowie das elliptische Paraboloid und das
hyperbolische Paraboloid als parabolische
Flächen. Zu den unechten Flächen 2. Ordnung zählen neben dem elliptischen Kegel, der elliptische Zylinder, der hyperbolische Zylinder und der parabolische Zylinder als Zylinderflächen sowie Ebenenpaare.