- •Методические указания к выполнению контрольной работы № 1
- •270800 Строительство
- •Промышленное и гражданское строительство
- •5 Варианты индивидуальных заданий 18
- •Введение
- •Таким образом, студент, имеющий шифр 1235 должен решать задачу №8 в первом задании, №11 – во втором, №14 – в третьем, №17 – в четвертом.
- •1.1 Вопросы для самопроверки
- •2 Аналитическая геометрия на плоскости
- •Пример 2.
- •Пример 3.
- •2.1 Вопросы для самопроверки
- •3 Векторная алгебра и аналитическая геометрия в пространстве
- •Смешанным произведениемтрех векторов,иназывается число, равное скалярному произведению векторана вектор, т.Е.:
- •3.1 Вопросы для самопроверки
- •Основные теоремы о пределах
- •4.1 Вопросы для самопроверки
- •Варианты индивидуальных заданий
2.1 Вопросы для самопроверки
Напишите формулы для вычисления расстояния между двумя точками и деления отрезка в данном отношении.
Как найти координаты середины отрезка?
Как найти угловой коэффициент прямой, если она задана общим уравнением?
Сформулируйте условия параллельности и перпендикулярности прямых.
Что представляет собой уравнение пучка прямых?
Напишите уравнение прямой, проходящей через две точки.
Как найти расстояние от точки до прямой?
3 Векторная алгебра и аналитическая геометрия в пространстве
Вектор– отрезок, имеющий определенную длину и направление. Любой вектор можно разложить по ортам координатных осей:
, где
х, у, z– проекции векторана оси координат,- орты (единичные векторы координатных осей).
Модуль(длина) вектораопределяется по формуле:
(3.1.1)
Если известны координаты начала и конца В()вектора, то векторможно записать следующим образом:
(3.1.2)
Скалярным произведениемдвух ненулевых векторовиназывается произведение их модулей на косинус угла между ними:
.
Отсюда нетрудно определить угол между векторами
. (3.1.3)
Если векторы изаданы своими проекциями=и=, тоскалярное произведение находится по формуле:
. (3.1.4)
Векторы ортогональны, если их скалярное произведение равно нулю, т.е.:
. (3.1.5)
Векторным произведением двух векторов называется вектор , определяемый условиями:
вектор перпендикулярен векторами, т.е.,;
векторы ,иобразуют правую тройку;
длина вектора равна площади параллелограмма, построенного на векторахикак на сторонах, т.е.
.
Для векторов, заданных проекциями =и=,векторное произведениеимеет вид:
. (3.1.6)
Отсюда, условие коллинеарности векторов:
. (3.1.7)
Смешанным произведениемтрех векторов,иназывается число, равное скалярному произведению векторана вектор, т.Е.:
().
Геометрически модуль смешанного произведения равен объему параллелепипеда, построенного на векторах,и, как на ребрах.
Если векторы заданы проекциями =,=и=, то смешанное произведение имеет вид:
. (3.1.8)
Условие компланарности(принадлежности трех векторов одной плоскости или параллельности плоскостям), имеет вид:
. (3.1.9)
Знание векторной алгебры во многом упрощает решение задач по аналитической геометрии в пространстве.
Так, уравнение плоскости, проходящей через заданную точку М(), перпендикулярно векторуимеет вид:
. (3.1.10)
Уравнение плоскости, проходящей через три точки: А(), В(), и С(), имеет вид:
(3.1.11)
Канонические уравнения прямой в пространстве имеют вид:
, (3.1.12)
где ()-точка, через которую проходит прямая;-проекции направляющего вектора прямой.
Уравнения прямой, проходящей через две точки, определяются так:
. (3.1.13)
Если прямая вида (3.1.12) перпендикулярна плоскости, заданной общим уравнением: , то выполняется условие:
. (3.1.14)
Рассмотрим несколько примеров применения изложенных выше теоретических положений.
Пример 6.
Записать вектор в системе орт и найти его модуль, если А(1, 2, 3);
В(0, 1, 5).
Решение.
Используя формулу (3.1.2) получим:
=(0-1)=.
Используя формулу (3.1.1), найдем модуль этого вектора:
(ед.дл.)
Пример 7.
Найти угол между векторами и.
Решение.
Используя формулу (3.1.3), получим:
,
что соответствует углу .
Пример 8.
Найти площадь треугольника, образованного двумя векторами и
, выходящими из одной точки.
Решение.
Площадь треугольника, построенного на векторах и, равна половине площади параллелограмма, построенного на этих же векторах как на сторонах, т.е. равнамодуля векторного произведения векторови:
.
Векторное произведение найдем по формуле (3.1.6):
Найдем модуль полученного вектора, используя формулу (3.1.1):
Тогда искомая площадь будет:
(кв.ед.)
Пример 9.
Найти объем пирамиды, построенной на трех некомпланарных векторах:
.
Решение:
Объем пирамиды, построенной на трех некомпланарных векторах как на ребрах, равен
, где,
где -смешанное произведение векторов.
Величину найдем по формуле (3.1.8):
=
Тогда (куб.ед.).
Пример 10.
Найти каноническое уравнение прямой, проходящей через две точки А(1,2,5) и В(0,1,2).
Решение:
Подставив координаты точек А и В в уравнение (3.1.13), получим:
;;.
Пример 11.
Найти уравнение плоскости, проходящей через три точки: А(1, 2, 3);
В(1, 1, 0) и С(2, 3, 1).
Решение:
Используя уравнение (3.1.11), получим:
(х-1),
Пример 12.
Через точку А(1, 0, 2) провести прямую, перпендикулярную плоскости
Решение.
Используем канонические уравнения прямой (3.1.12), подставив координаты точки А, получим:
.
Проекции направляющего вектора прямой найдем из условия перпендикулярности прямой и плоскости (3.1.14).
В нашем случае это будет:, тогда будем иметь:.