- •ВВЕДЕНИЕ
- •§ 1. Матрицы и простейшие операции над ними
- •Операции над матрицами
- •§ 2. Определители, их основные свойства и методы вычисления
- •2.1 Определители второго порядка
- •Свойства определителей второго порядка
- •2.2 Определители третьего порядка
- •2.3 Понятие об определителях высших порядков
- •§ 3. Обратная матрица и ее вычисление
- •4.2 Метод Крамера
- •4.3 Метод Гаусса
- •§ 5. Векторы, линейные операции над векторами
- •Линейные операции над векторами
- •§ 6. Проекция вектора на ось. Теоремы о проекциях
- •§ 7. Линейная зависимость векторов. Базис
- •7.1 Базис на плоскости и в пространстве
- •7.2 Прямоугольный Декартов базис. Декартова система координат
- •7.3 Направляющие косинусы вектора
- •7.4 Радиус-вектор
- •7.5 Условие коллинеарности двух векторов
- •7.6 Простейшие задачи
- •§ 8. Скалярное произведение векторов
- •8.2 Косинус угла между векторами
- •§ 9. Векторное произведение векторов
- •§ 10. Смешанное произведение трех векторов
- •§ 2. Прямая на плоскости
- •2.1 Общее уравнение прямой и его исследование
- •2.4 Уравнение прямой, проходящей через две данные точки
- •2.6 Уравнение прямой в отрезках
- •2.7 Нормальное уравнение прямой
- •2.8 Расстояние от точки до прямой
- •§ 3. Плоскость
- •3.1 Общее уравнение плоскости
- •3.2 Неполные уравнения плоскости
- •3.3 Уравнения плоскости в отрезках
- •3.4 Нормальное уравнение плоскости
- •3.6 Расстояние от точки до плоскости
- •§ 4. Прямая в пространстве
- •4.1 Уравнение линии в пространстве
- •4.2 Векторное уравнение прямой. Параметрические уравнения прямой
- •4.3 Канонические уравнения прямой
- •4.4 Уравнения прямой, проходящей через две точки
- •4.6 Прямая и плоскость в пространстве
- •§ 5. Плоские кривые второго порядка
- •5.1 Окружность
- •5.2 Эллипс
- •5.3 Гипербола
- •5.4 Парабола
- •§ 6. Преобразование системы координат на плоскости
- •6.1 Параллельный перенос осей координат
- •6.2 Поворот осей координат на угол α
- •§ 7. Полярная система координат на плоскости
- •8.1 Сфера
- •8.2 Цилиндрические поверхности
- •8.3 Конические поверхности
- •8.4 Поверхность вращения
- •8.5 Эллипсоид
- •8.6 Гиперболоид
- •8.7 Параболоид
- •Глава III МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
- •§ 1. Логическая символика, множества и операции над ними
- •§ 2. Функции и их классификация
- •Элементарные функции
- •§ 3. Абсолютные величины и соотношения, связанные с ними
- •Свойства модуля действительного числа
- •§ 4. Последовательность. Характер изменения переменных величин
- •§ 5. Понятие о пределе переменной
- •§ 6. Окрестность точки
- •§ 7. Предел функции в точке
- •§ 8. Односторонние пределы функции в точке
- •§ 9. Свойства функций, имеющих предел
- •§ 10. Бесконечно малые и бесконечно большие функции
- •§ 11. Основные теоремы о пределах
- •§ 13. Первый замечательный предел
- •§ 14. Второй замечательный предел
- •§ 15. Сравнение бесконечно малых функций
- •§ 16. Непрерывность функции
- •§ 17. Операции над непрерывными функциями
- •§ 18. Свойства функций, непрерывных на отрезке
- •§ 19. Производная функции одной переменной
- •19.2 Основные свойства производной
- •19.3 Производная сложной функции
- •19.4 Производная обратной функции
- •19.5 Производная функции, заданной параметрическими уравнениями
- •19.6 Геометрический смысл производной
- •19.7 Уравнения касательной и нормали к линии
- •19.8 Дифференцирование элементарных функций
- •19.9 Производная степенно-показательной функции
- •19.10 Дифференцирование неявной функции
- •19.11 Производные высших порядков
- •19.12 Правила Лопиталя
- •19.13 Основные теоремы для дифференцируемых функций
- •19.14 Необходимые и достаточные условия монотонности функции. Экстремумы функции
- •19.15 Наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке
- •19.16 Выпуклость и вогнутость функции
- •19.17 Формула Тейлора
- •§ 20. Дифференциал функции одной переменной
- •20.1 Дифференциал и его геометрический смысл
- •20.2 Свойства дифференциала функции
- •20.3 Дифференциал сложной функции. Свойство инвариантности
- •20.4 Приближенное вычисление с помощью дифференциала
- •20.5 Дифференциалы высших порядков
- •§ 21. Функции многих переменных
- •21.1 Понятие функции нескольких переменных
- •21.2 Непрерывность функции двух переменных
- •21.3 Дифференцирование функции двух переменных
- •21.5 Полный дифференциал функции двух переменных
- •21.6 Приближенное вычисление с помощью полного дифференциала
- •21.7 Производные высших порядков функции двух переменных
- •21.9 Неявная функция. Дифференцирование неявной функции
- •21.10 Градиент функции многих переменных и его свойства
- •21.11 Экстремум функции нескольких переменных
- •Глава IV НЕОПРЕДЕЛЕННЫЙ ИНТЕГРАЛ
- •1.1 Понятие первообразной и неопределенного интеграла
- •1.2 Таблица основных интегралов
- •1.3 Основные свойства неопределенного интеграла
- •1.4 Геометрический смысл неопределенного интеграла
- •§ 2. Основные методы интегрирования
- •2.1 Интегрирование методом разложения
- •2.2 Интегрирование методом замены переменной
- •2.3 Интегрирование по частям
- •§ 3. Интегрирование простейших рациональных дробей
- •§ 4. Интегрирование дробно-рациональных функций
- •Глава V ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ИНТЕГРАЛ
- •§ 1. Задача о площади криволинейной трапеции
- •§ 2. Понятие определенного интеграла
- •§ 3. Свойства определенного интеграла
- •§ 5. Формула Ньютона-Лейбница
- •§ 6. Замена переменной в определенном интеграле
- •§ 7. Интегрирование по частям в определенном интеграле
- •8.1 Вычисление площади в Декартовых координатах
- •8.2 Вычисление площади в полярных координатах
- •§ 9. Длина дуги плоской кривой
- •9.1 Вычисление длины дуги в Декартовых координатах
- •9.3 Вычисление длины дуги кривой в полярной системе координат
- •§ 10. Объем тела
- •ПЕРЕЧЕНЬ КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
- •Вариант 1
- •Контрольная работа № 1
- •Контрольная работа № 2
- •Контрольная работа № 3
- •Вариант 2
- •Контрольная работа № 1
- •Контрольная работа № 2
- •Контрольная работа № 3
- •Вариант 3
- •Контрольная работа № 1
- •Контрольная работа № 2
- •Контрольная работа № 3
- •Вариант 4
- •Контрольная работа № 1
- •Контрольная работа № 2
- •Контрольная работа № 3
- •Вариант 5
- •Контрольная работа № 1
- •Контрольная работа № 2
- •Контрольная работа № 3
- •Вариант 6
- •Контрольная работа № 1
- •Контрольная работа № 2
- •Контрольная работа № 3
- •Вариант 7
- •Контрольная работа № 1
- •Контрольная работа № 2
- •Контрольная работа № 3
- •Вариант 8
- •Контрольная работа № 1
- •Контрольная работа № 2
- •Контрольная работа № 3
- •Вариант 9
- •Контрольная работа № 1
- •Контрольная работа № 2
- •Контрольная работа № 3
- •Вариант 10
- •Контрольная работа № 1
- •Контрольная работа № 2
- •Контрольная работа № 3
- •ПРИЛОЖЕНИЕ
- •Список рекомендуемой литературы
33
Формула (5) дает разложение вектора a по прямоугольному Декартову базису. Числа ax , ay , az называют при этом прямоугольными или Декартовыми
координатами вектора a .
Из теорем о проекциях следует, что линейные операции над векторами можно заменить арифметическими действиями над их Декартовыми коорди-
натами. |
a ax i ay j az |
k , b bx i by j bz k . |
|||||||||||
Пусть |
|||||||||||||
Тогда |
a ax i ay j az k , |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
a b a |
x |
b |
i a |
y |
b |
y |
j |
a |
z |
b |
k . |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
z |
||||
Пример. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть |
a 5i 10 j 3k , |
b 4i 2 j 8k . |
|
|
|
|
Тогда 3a 2b 3 5 2 4 i 3 10 2 2 j 3 3 2 8 k
7i 26 j 7k .
Зная координаты вектора a , можно легко найти выражение для модуля вектора a .
На основании известной теоремы о длине диагонали прямоугольного параллелепипеда можно написать:
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
a |
|
2 ax2 a2y az2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
OM |
|
|
|
OM1 |
|
|
|
|
OM 2 |
|
|
|
|
OM 3 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a ax2 a2y az2 .
7.3Направляющие косинусы вектора
|
z |
|
Пусть вектор a образует с координатны- |
|||||||||||||
|
|
|
ми осями Ox , |
Oy и Oz углы , , соответ- |
||||||||||||
|
a |
|
ственно (рис. |
1.15). Эти три угла |
однозначно |
|||||||||||
|
|
|
определяют направление вектора a |
в простран- |
||||||||||||
O |
y |
стве, поэтому косинусы этих углов |
cos , cos , |
|||||||||||||
|
cos называют направляющими |
косинусами |
||||||||||||||
|
|
|
вектора a . |
|
a ax i ay j az k . Тогда из |
|||||||||||
x |
Рис. 1.15 |
|
Пусть |
|
||||||||||||
|
теоремы 1 о проекциях |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
ax прOxa |
|
|
|
a |
|
|
cos , |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
ay прOy a |
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
cos , |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
az прOza |
|
|
a |
|
|
cos . |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
34
Отсюда:
cos |
|
ax |
|
|
ax |
|
|
, |
cos |
|
|
ay |
|
|
ay |
|
, |
||||||
|
a |
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
||||||||||||
|
|
ax2 a2y |
az2 |
|
|
|
ax2 a2y |
az2 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
cos |
|
|
|
az |
|
|
|
az |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
ax2 a2y |
az2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos2 cos2 |
cos2 1. |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6) |
Соотношение (6) является необходимым и достаточным условием для того, чтобы cos , cos , cos являлись направляющими для некоторого вектора
пространства.
7.4 Радиус-вектор
Пусть в пространстве задана прямоугольная Декартова система координат Oxyz . Тогда любая точка пространства
z
|
M |
O |
y |
|
x
Рис. 1.16
M однозначно определяется тремя числами x , y , z , которые равны соответствующим
координатам вектора OM (рис 1.16).
Вектор OM называют радиус-вектором
точки M , а числа x , y , z – прямоугольными
Декартовыми координатами точки M и пи-
шут M (x ; y ; z) .
7.5 Условие коллинеарности двух векторов
Пусть векторы |
a и b |
коллинеарны. Тогда |
a b , т.е. |
ax bx , |
|||||||||
ay by , az bz , |
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
x |
|
ay |
|
a |
z . |
|
|
|
|
|
|
|
b |
b |
|
b |
|
|
|
|
||||
|
|
x |
|
y |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|||
|
7.6 |
Простейшие задачи |
|
|
|
|
|||||||
Задача 1. Даны две точки M1(x1; y1; z1 ) и M 2 (x2 ; y2 ; z2 ) . Найти рас- |
|||||||||||||
стояние (M1; M 2 ) между данными точками. |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение. Построим |
вектор M1M 2 |
. |
|
Очевидно, |
M1M 2 OM 2 |
OM1 |
|||||||
|
|
x2 x1 |
|
|
|
|
. |
|
|
||||
(рис. 1.17). Тогда |
M1M 2 |
; y2 y1 ; z2 z1 |
|
|
--------------------------------------------------
© Тимофеев В.А., Тимофеев А.А., 2014
35
|
|
z |
|
|
Отсюда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
M1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
M 2 |
|
|
|
|
M1M 2 |
|
(M1; M 2 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(x |
2 |
x )2 |
( y |
2 |
|
y )2 |
(z |
2 |
z )2 . |
|
||||||||||||
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определение. Пусть |
дан |
|
отрезок |
AB , |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
точка |
|
M , лежащая на данном отрезке и число |
|||||||||||||||||||||||
x |
|
Рис. 1.17 |
0 . Если имеет место соотношение |
|
|
|
AM |
|
|
, |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
MB |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
то говорят, что точка M делит отрезок AB в отношении . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
Задача 2. |
Даны две точки |
|
A(xA; yA; zA ) , B(xB ; yB ; zB ) |
|
и число 0 . |
|||||||||||||||||||||||||
Найти координаты точки M , делящей отрезок AB в отношении . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
A |
|
|
Решение. |
Обозначим искомые координаты точки |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
M |
|
|
M через x , y , z . Построим векторы AM и |
MB |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
(рис. |
|
1.18). |
|
Тогда |
координаты |
этих |
|
|
векторов |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(задача 1): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
AM x |
xA; y yA; z zA , |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z . |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Т.к. |
|
Рис. 1.18 |
|
|
|
|
|
MB xB x ; yB y ; zB |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
AM и векторы AM и |
|
MB сонаправлены, то AM MB . Отсюда |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
MB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
получаем соотношения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
x xA (xB x) , |
|
y yA ( yB y) , |
|
z zA (zB z) . |
|
|||||||||||||||||||||||||
Тогда искомые координаты точки M равны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
x |
xA xB |
, |
y |
yA yB |
, |
z |
zA zB |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(7) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полученные формулы (7) называются формулами деления отрезка в данном отношении.
Замечание 1. Если точка M – середина отрезка AB , то 1 и формулы (7) принимают вид
x |
xA xB |
, |
y |
yA yB |
, |
z |
zA zB |
. |
|
2 |
|
||||||
2 |
|
|
|
2 |
|
Замечание 2. Прямоугольный Декартов базис и соответствующая ей прямоугольная система координат на плоскости вводятся аналогичным образом.