Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Lekcii.Vysshaya matematika (1 semestr).pdf
Скачиваний:
252
Добавлен:
20.02.2016
Размер:
2.06 Mб
Скачать

Лекция № 7

Плоскость и прямая в пространстве

проф. Дымков М.П.

62

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Параметрическое уравнение прямой

Пусть даны точка M0 (x0, y0, z0 ) на прямой и вектор s = (l,m,n) , лежащий на

этой прямой (или ей параллельной). Вектор s называют еще направляющим вектором прямой.

Этими условиями однозначно определяется прямая в пространстве. Найдем ее

уравнение. Возьмем произвольную точку M (x, y, z) на прямой. Ясно, что векторы

M0M (x x0, y y0, z z0 ) и s коллинеарны.

Следовательно, M0M = t s есть векторное уравнение прямой.

В координатной записи последнее уравнение имеет следующее параметрическое представление

 

x = x0 +t l ,

 

y = y0 +tm ,

 

z = z0 +tn ,

−∞ < t < +∞,

где t – «пробегает»

промежуток (−∞,) ,

(т.к. точка M (x, y, z) должна

«пробегать»

всю прямую).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Каноническое уравнение прямой

 

 

 

 

Исключив параметр t из предыдущих уравнений, имеем

 

 

x x

 

y y

0

 

z z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

=

 

= (

 

)0

 

= t

 

каноническое уравнение прямой.

l

m

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Угол между прямыми. Условия « » и « » двух прямых

Пусть даны две прямые

L :

x xi

 

=

y yi

 

=

z zi

,

i =1,2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

li

 

mi

 

ni

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение.

Углом между прямыми L1 и L2

назовем любой угол из

двух углов, образованными двумя прямыми, соответственно параллельными данной и проходящими через одну точку (для чего возможно требуется совершить параллельный перенос одной из прямых).

Из определения следует, что один из углов равен углу ϕ между

направляющими векторами прямых

 

 

= (l1,m1,n1)

и

 

 

= (l2,m2,n2 ) , [а второй угол

 

s1

s2

тогда будет равен (π φ) ]. Тогда угол определяется из соотношения

 

(

 

 

 

,

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s1

s2

 

 

 

 

l

l

+ m m

+ n

n

 

 

 

 

 

 

cosφ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

1

2

1

 

2

1

2

 

 

.

 

 

 

 

s1

 

 

 

s2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l12 + m12 + n12

 

l22 + m22 + n22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Прямые параллельны, если s и s

коллинеарны

l1

 

=

m1

=

n1

 

= . t

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l2

 

m2

 

 

 

n2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Прямые перпендикулярны s1 s2 l1 l2 + m1 m2 + n1 n2 = 0 .

Лекция № 7

Плоскость и прямая в пространстве

проф. Дымков М.П.

63

4.Угол между прямой и плоскостью. Условия « » и « » прямой и

плоскости

Пусть прямая L задана своим каноническим уравнением x l x0 = y my0 = z nz0 ,

а плоскость P – уравнением

Ax + By +Cz + D = 0.

Определение. Углом между прямой L

и плоскостью р называется острый угол между прямой L и ее проекцией на плоскость.

Из определения (и рисунка) следует, что искомый угол ϕ является дополнительным (до прямого угла) к углу между вектором нормали n(A, B,C) и

направляющим вектором s(l,m,n) .

 

 

 

 

(

 

 

 

,

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда

π

 

 

s

n

 

 

 

Al + Bm +Cn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

2

φ

= sinφ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

n

 

 

A2 + B2 +C2 l2 + m2 + n2

 

( . берется, чтобы получить острый угол).

Если L Р, то тогда s n (s,n)= 0

Al + Bm +Cn = 0

условие « ».

Если L Р, то тогда s коллинеарно n

 

A

=

B

= C

условие « ».

 

l

m

 

 

n

 

5. Точки пересечения прямой и плоскости

L : x = x0 +l ,t ,

y = y0 + m t , z = z0 + n t ;

P : Ax + By +Cz + D = 0 .

Подставив выражения для х, у, z в уравнение плоскости и преобразовав,

найдем

t = − Ax0 + By0 +Cz0 + D .

 

 

 

 

Al + Bm +Cn

Теперь, если подставить найденное «t» в параметрические уравнения прямой, то найдем искомую точку пересечения

Лекция № 8-9

 

 

Основы математического анализа

 

проф. Дымков М.П.

64

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одной из основных операций математического анализа является операция предельного перехода, которая встречается в курсе в различных формах. Мы начнем с самой простейшей формы операции предельного перехода, основанной на понятии предела так называемой числовой последовательности. Это облегчит нам введение и другой весьма важной формы операции предельного перехода – предела функции. В последующем конструкции предельных переходов будут использоваться в построении дифференциального и интегрального исчисления.

Понятие числовой последовательности. Арифметические операции над последовательностями

Бесконечно малые и бесконечно большие последовательности

Связь бесконечно больших и бесконечно малых последовательностей.

Простейшие свойства бесконечно малых последовательностей

Предел последовательности.

Свойства сходящихся последовательностей

Арифметические операции над сходящимися последовательностями

Монотонные последовательности

Критерий сходимости Коши

Число е и его экономическая иллюстрация.

Применение пределов в экономических расчетах

§1. Числовые последовательности и простейшие свойства

1.Понятие числовой последовательности. Арифметические операции над последовательностями

Числовые последовательности представляют собой бесконечные множества чисел. Примеры последовательностей известны из школы:

1)последовательность всех членов бесконечной арифметической и геометрической прогрессий;

2)последовательность периметров правильных n-угольников, вписанных в данную окружность;

3) последовательность чисел

3

 

33

333

приближающих число

1

.

 

 

,

 

 

,

3

10

100

 

 

1000

 

 

Лекция № 8-9

Основы математического анализа

проф. Дымков М.П.

65

Определение.

Если каждому значению n

из натурального ряда

чисел

N ={1, 2, } ставится в соответствие по определенному правилу некоторое ве-

щественное число xn , то множество занумерованных вещественных чисел

 

 

x1, x2, , x,n

 

(1)

будем называть числовой последовательностью (или просто последовательностью).

Отдельные числа x3, x5, xn будем называть элементами или членами последовательности (1). Символ xn называют общим или n-м членом данной последовательности. Придавая значение n = 1, 2, … в общем члене xn мы получаем, соответственно, первый x1 , второй x2 и т.д. члены.

Последовательность считается заданной (см. Опр.), если указан способ получения любого ее элемента. Часто последовательность задают формулой для общего члена последовательности.

Для сокращения записи последовательность (1) иногда записывают как

{xn}. Например,

1

 

означает последовательность 1,

1

1

1

, ; для

 

 

2

,

,

n

 

n

 

 

3

 

{1+ (1)n} имеем

 

0, 2, 0, 2, … .

 

 

 

 

 

Структура общего члена (его формула) может быть сложной. Например,

n,

 

если

n-четное

 

 

 

1

 

 

 

,

n N.

xn =

,

если

n-нечетное

 

 

 

 

 

 

2

 

 

n

 

 

 

 

 

 

Иногда последовательность задается так называемыми рекуррентными формулами, т.е. формулами, позволяющими находить последующие члены последовательности по известным предыдущим.

Пример (числа Фибоначчи). Пусть x1 = x2 =1 и задана рекуррентная формула xn = xn1 + xn2 для n = 3, 4, … . Тогда имеем последовательность 1, 1,

2, 3, 5, 8, … (числа Леонардо из Пизы по прозвищу Фибоначчи). Геометрически числовую последовательность можно изобразить на чис-

ловой оси в виде последовательности точек, координаты которых равны соот-

ветствующим членам последовательности. Например, {xn}= 1n .

Лекция № 8-9 Основы математического анализа проф. Дымков М.П. 66

Рассмотрим наряду с последовательностью {xn} еще одну последовательность {yn}: y1, y2, , y,n (2).

Определение. Суммой (разностью, произведением, частным) последо-

вательностей {xn} и {yn} называется последовательность {zn}, члены кото-

рой

образованы по

правилу

zn = xn + yn

z

n

= x y

n

; z

n

= x y

n

; z

n

=

xn

, y

n

0

.

 

 

n

 

n

 

 

 

yn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Произведением последовательности {xn} на число c R называется последовательность {c xn}.

Определение. Последовательность {xn} называется ограниченной

сверху (снизу), если существует вещественное число М (m), такое что каждый элемент этой последовательности xn удовлетворяет неравен-

ству xn M (xn m). Последовательность называется ограниченной, если она ограничена и сверху и снизу m xn M . Последовательность xn называ-

ется неограниченной, если для положительного числа А (сколь угодно большего) найдется хотя бы один элемент последовательности xn , удовлетворя-

ющий неравенству xn > A.

Примеры.

{xn}={1n}ограничена, т.к. 0 xn 1.

{xn}={n}ограничена снизу 1, но является неограниченной.

{xn}={n}ограничена сверху (–1), но также неограниченная.

Определение. Последовательность {xn} называется бесконечно малой,

если для любого положительного вещественного числа ε (сколь бы малым его не взяли) существует номер N , зависящий, вообще говоря от ε, (N = N(ε)) такой, что при всех n N выполняется неравенство xn <ε .

Пример. {xn}= 1n .

Определение. Последовательность {xn} называется бесконечно боль-

шой, если для положительного вещественного числа А (какое бы большое оно не было) найдется номер N (N = N(A)) такой, что при всех n N выпол-

няется неравенство xn > A.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]