Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
МД-102 / Subj / 1062-Математика.pdf
Скачиваний:
73
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
377 Кб
Скачать
☆

4) вычислим cos β для a . Направление вектора определяется углами α, β, γ, образованными с осями координат Ox, Oy, Oz. Косинус угла β определяются по формуле: cos β = ya1 .

Тогда cos β =

 

y

−6

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

286

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5) вычислим

a +b

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a +b = (35;−3; 9).

 

 

 

 

 

 

 

Сумма векторов равна вектору с координатами:

Тогда длина

этого

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вектора равна

 

a +b

= 352 +(−3)2 +92 =

1225 +9 +81

=

1315

.

 

 

 

 

 

 

 

6) вычислим прb a .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проекцией

вектора a на

 

вектор b называется

число, равное

пр a

=

a

 

b

.

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пр a

=

a

 

b

= 15 20 −6 3 −5 16 =

 

 

202

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

b

 

 

 

20

2 +32 +162

 

 

 

665

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема 4. Уравнения прямой на плоскости

Опр. Всякий ненулевой вектор, коллинеарный данной прямой, называется ее направляющим вектором.

Опр. Если вектор n перпендикулярен направляющему вектору апрямой l, то он называется

нормальным вектором прямой l.

1)каноническое уравнениями прямой, проходящей через точку М0(x0, y0) и имеющей направляющий вектор а = (а1, а2 ):

x − x0

=

y − y0

(1)

a

a

2

 

 

1

 

 

 

2) уравнение прямой, проходящей через две точки М0(x0, y0) и М1(x1, y1):

x − x0

=

y − y0

(2)

x

− x

0

y

− y

0

 

 

1

 

 

1

 

 

3)общее уравнение прямой на плоскости. Вектор a = (−B, A)является направляющим вектором прямой, а вектор n = (А, В) является нормальным вектором прямой, заданной

общим уравнением:

Ax + By +C = 0

(3)

4) уравнением прямой, проходящей через точку М0(x0, y0) перпендикулярно вектору

n = (А, В):

А(x − x0 ) + В(y − y0 )= 0

(4)

5)расстояние d от точки М0(x0, y0) до прямой, заданной общим уравнением вычисляется формулой:

 

d =

 

Ax0 + By0 +C

 

 

 

 

 

(5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A2 + B2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6) расстояние d между двумя точками М0(x0, y0)

и М1(x1, y1) вычисляется по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d =

 

(x

− x

0

)2 + (y

1

−y

0

)2

(6)

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7) координаты точки М(x, y), делящей отрезок М1М2 пополам вычисляется по формуле:

 

x

1

+ x

2

 

 

x =

 

 

 

 

 

 

2

 

 

(7)

 

y

 

 

 

1

+ y

2

 

y =

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8) условие перпендикулярности прямых: прямые l1

и l2 перпендикулярны, если нормальные

векторыn1 = (A1, B1 ) иn2 = (A2 , B2 ) ортогональны, т.е. A1 A2 + B1 B2 = 0 .

9)условие параллельности прямых: прямые l1 и l2 параллельны, если их направляющие векторыa = (−B1, A1 ) иb = (−B2 , A2 ) коллинеарны, т.е. координаты этих векторов

пропорциональны: А1 = В1 .

А2 В2

Задача 4. Известны координаты вершин треугольника ABC: A(4; 3); B(-3; –3); C(2; 7). Найти:

1)общее уравнение всех сторон;

2)уравнение всех высот в общем виде (AN1, BN2, CN3);

3)уравнение всех медиан в общем виде (AM1, BM2, CM3);

4)расстояние от точки C до прямой AB;

5)уравнение прямой CC1, проходящей параллельно AB;

6)длину стороны AB;

7)длину медианы AM1;

8)длину высоты AN1;

9)площадь треугольника ABC.

Решение.

1) Найдем общее уравнение всех сторон.

Найдем уравнение стороны AB как уравнение прямой, проходящей через две точки A(4; 3) и B(-3; –3) согласно формуле (2):

 

 

 

 

y −3

=

x − 4

 

y −3

=

x − 4

- 7(y - 3)= (−6)(x − 4) 6x - 7y - 3 = 0.

 

 

 

−3 −3

−3 − 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−6

 

 

 

 

−7

 

Найдем уравнение стороны BС как уравнение прямой, проходящей через две точки B(-3; –3)

и C(2; 7):

 

 

y +3

=

x +3

 

y +3

=

x +3

5(y +3)=10(x +3) 2x - y +3 = 0 .

 

 

7 +3

 

2 +3

 

 

10

 

 

5

 

 

 

Найдем уравнение стороны AС как уравнение прямой, проходящей через две точки A(4; 3) и

C(2; 7):

 

y −3

=

x − 4

 

y −3

=

x − 4

 

- 2(y - 3)= 4(x − 4) 2x + y -11 = 0 .

 

7 −3

 

2 − 4

4

 

 

 

 

− 2

 

2) Найдем общее уравнение всех высот (AN1, BN2, CN3).

Найдем общее уравнение высоты AN1

как уравнением прямой, проходящей через точку

М0(x0, y0) перпендикулярно нормальному векторуn = (А, В). Так как прямая проходящая через точку А(4, 3) перпендикулярно нормальному вектору BC = (5,10), то уравнение данной прямой будет иметь вид:

5(x − 4) +10(y −3)= 0 5x − 20 +10y −30 = 0 5x +10y −50 = 0 x + 2y −10 = 0 .

Найдем общее уравнение высоты BN2 как уравнением прямой, проходящей через точку через точку B(-3, -3) перпендикулярно нормальному вектору AC = (−2,4), то уравнение данной прямой будет иметь вид:

− 2(x +3) + 4(y +3)= 0 − 2x −6 + 4y +12 = 0 − 2x + 4y + 6 = 0 x − 2y −3 = 0 .

Найдем общее уравнение высоты CN3 как уравнением прямой, проходящей через точку через точку C(2, 7) перпендикулярно нормальному вектору AB = (−7,−6), то уравнение данной прямой будет иметь вид:

−7(x − 2) −6(y −7)= 0 −7x +14 −6y + 42 = 0 −7x −6y +56 = 0 7x + 6y −56 = 0..

3)Найдем уравнение всех медиан в общем виде (AM1, BM2, CM3).

Чтобы найти уравнение медианы AM1, нужно найти координаты точки M1 - середины

отрезка ВС, по формуле (7) имеем: х =

х1 + х2

;

у =

у1 + у2

.

2

2

 

 

 

 

Тогда х = 2 −2 3 = − 12 ; у = 7 −2 3 = 2 М1 (−0,5;2) .

Пусть a = AМ1 = (−4,5;−1)– направляющий вектор прямой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х− x

у− y

1

 

Тогда из канонического уравнения прямой на плоскости (1) имеем:

 

1

=

 

 

.

 

a

a

2

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

Следовательно,

х−4

=

у−3

AМ1 : 2x −9y +19 =0.

 

 

 

 

 

 

 

 

−1

 

 

 

 

 

 

 

 

−4,5

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогично уравнение

медианы BM2 в общем виде:

4x −3y +3 =0,

 

медианы

СM2: 14x −3y −7 =0.

4) Найдем расстояние от точки C до прямой AB.

Расстояние от точки C(2; 7) до прямой AB, заданной общим уравнением 6x - 7y - 3 = 0

вычисляется формулой (5): d =

 

 

Ax3

+ By3

+C

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A2 + B2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно, d =

 

 

6 2 −7 7 −3

 

 

=

 

 

 

− 40

 

 

 

=

 

40

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

62 + (−7)2

85

 

 

 

 

85

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5) Найдем уравнение прямой CC1, проходящей параллельно AB.

Прямая СС1 проходит через точку C(2; 7) и параллельна AB, заданной общим уравнением 6x - 7y - 3 = 0. Таким образом, прямая CC1, заданная общим Ax + By + C = 0 и параллельна прямой AB, если ее коэффициенты при x и y пропорциональны (согласно условию

параллельности прямых), т.е. A6 = −B7 . Взяв A = 6, B = -7 (при коэффициенте

пропорциональности,

равном 1),

 

получим уравнение

прямой CC1: 6x - 7y + С = 0 .

Коэффициент

С найдем с учетом того, что координаты точки С(2;7), лежащей на прямой,

должны удовлетворять ее уравнению, т.е.

6 2 - 7 7 + С = 0 , откуда С = 37 и уравнение

прямой СС1 примет вид: 6x - 7y +37 = 0.

 

 

 

 

 

6) Найдем длину стороны AB.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Длина стороны AB – это расстояние от точки А до точки

B и находится по формуле (6):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

AB

 

=

(x

 

− x )2 +(y

 

− y )2

, тогда

 

AB

 

=

(−3 − 4)2 + (−3 −3)2

 

 

2

2

 

 

85.

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7) Найдем длину медианы AM1.

Длина медианы AM1 – это расстояние от точки А до точки М1 (−0,5;4) и находится по формуле (6): AМ1 = (−0,5 − 4)2 + (3 − 4)2 = 21,25.

8) Найдем длину высоты AN1.

Длина высоты AN1 – это расстояние от точки А(4;3) до прямой BC и вычисляется по

формуле (5): d =

 

 

Ax1 + By1 +C

 

 

.

 

Так

как общее уравнение прямой BC имеет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A2 + B2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x - y +3 = 0, то d =

 

2 4 −1 3 +3

 

=

 

 

8

 

 

=

8

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22 + (−1)2

5

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9)Найдем площадь треугольника ABC.

Площадь треугольника вычисляется по формуле: S∆ = 12 AB× AC

Имеем AB = (−7;−6;0), AC = (−2;4;0).

Тогда q = AB × AC =

 

i

 

j

 

k

 

= k (−1)1+3

 

−7

−6

 

= (−28 −12)k

= −40k.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−7

−6

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− 2

4

 

0

 

 

 

 

 

 

 

− 2

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно, вектор q = (0,0,−40).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

2

+ 0

2

+ (−40)

2

=

40 =

20 (кв. ед.)

 

 

 

 

Тогда S∆ = 2

 

q

 

= 2

 

 

 

2