
Математика. Часть 1
.pdf
КОНТРОЛЬНЫЙ ТЕСТ ПО МОДУЛЮ №1
10. Определитель |
|
1 |
2 |
равен: |
|
|
|
− 4 |
3 |
|
|
а) – 11; |
б) 12; |
|
в) – 4; |
г) 11. |
20. Если т = (3, 5, 6), то проекция этого вектора на ось Oz равна
а) 3; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) 5; |
|
|
|
|
|
|
в) 6; |
|
|
|
|
|
|
|
г) 14. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
r |
|
r |
|
|
равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
30. Длина вектора a |
= 2i |
− j + 2k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
а) 7 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) 9; |
|
|
|
|
|
|
в) 3; |
|
|
|
|
|
|
|
|
г) 3 . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4. Если |
|
x1 |
|
= |
|
y1 |
= |
z1 |
|
для |
|
a = (x , |
y , z |
1 |
) и b = (x |
2 |
, |
y |
2 |
, z |
2 |
), тоa и b |
||||||||||||||||||||||||
|
|
x2 |
|
|
|
y2 |
|
z2 |
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
а)ортогональны; б)компланарны; |
|
|
в)коллинеарны; |
|
|
г)равны. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
5. Если для ненулевых векторов m n = 0 , то векторы m, n |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
а)равны; |
|
|
|
|
б)ортогональны; |
|
в)коллинеарны; |
|
|
|
г)компланарны. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
6. Площадь треугольника, построенного на |
a и b находится по |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
формуле: |
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
1 |
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
|||||||
|
1 r |
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
1 |
|
r |
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
r |
|
|
|||||||||||||||
а) S = |
|
a |
×b; б) S |
= |
|
|
a |
+ |
b |
; в) S = |
|
|
a |
×b |
; |
|
|
г) S = |
|
|
a |
|
b |
. |
||||||||||||||||||||||
2 |
2 |
|
2 |
|
|
|
2 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
7*. Проекция вектора a(x1 , y1 , z1 )на направление вектора |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
b(x2 , y2 , z2 ) находится по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
r |
|
|
|
ar b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
x1 x2 + |
y1 y2 + z1 |
|
z2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
а) прra |
= |
|
|
|
r |
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
прra |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
||||||
b |
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
x12 + y12 + z12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
ar |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
в) прrar |
|
= |
×r |
b |
; |
|
|
|
|
г) прrar |
= x1 x2 + y1 y2 + z1 z2 . |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
b |
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
x22 + y22 + z22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
8*. Если A(1, 0, − 3), B(5, 2,1), то координаты середины отрезка |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
AB равны |
|
|
|
|
|
|
|
б) (6; 2; − 2); |
|
в) (2,5; 0; −1,5); |
|
|
|
|
|
|
|
(3;1; −1). |
||||||||||||||||||||||||||||
а) (2;1; 2); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г) |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
9*. Скалярное произведение векторов ar = 2i |
− j |
|
и b = rj − k |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
равно: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) числу 5; |
|
|
|
|
|
б) вектору c (2;1;-1); |
|
|
в) числу –1; |
|
|
|
|
г) числу 1. |
Модуль 2. АНАЛИТИЧЕКАЯ ГЕОМЕТРИЯ § 1. Плоскость и ее основные уравнения
Рассмотрим плоскость P в прямоугольной декартовой системе координат. Положение плоскости вполне определяется точкой
M 0 (x0 , y0 , z0 ) P и вектором нормали nr = (A, B,C) P (nr ≠ 0) (рис. 2.1).
z
n = (A, B,C)
M0
M1 P
0 |
y |
хРис. 2.1
Возьмем любую точку M (x, y, z) P и построим вектор
M 0 M = (x − x0 , y − y0 , z − z0 ) . Так как nr M 0 M , то |
скалярное |
произведение nr M 0 M = 0, или |
|
A(x − x0 ) + B( y − y0 ) + C(z − z0 ) = 0. |
(2.1) |
Получили уравнение плоскости, заданной точкой M 0 (x0 , y0 , z0 ) и вектором нормали n = (A, B,C) .
Если |
в |
уравнении (2.1) |
раскрыть скобки |
и обозначить |
|
D = −Ax0 |
− By0 |
− Cz0 , то получим общее уравнение плоскости: |
|
||
|
Ax + By + Cz + D = 0 |
(A2 + B2 + C 2 |
> 0) . |
(2.2) |
Теорема. Всякое уравнение вида (2.2) определяет некоторую плоскость в пространстве.
Если в уравнении (2.2) какой-либо из коэффициентов A, B,C равен нулю, то плоскость расположена параллельно той оси, координата
которой отсутствует в уравнении. |
Например, при A = 0 |
плоскость |
|
By + Cz + D = 0 параллельна |
оси |
Ox ; при A = B = 0 |
плоскость |
C z + D = 0 параллельна осям |
Ox и Oy , т.е. плоскости |
xOy и т.д. |
|
(табл. №1). |
|
|
|
21 |
22 |

Частные случаи расположения плоскости, определяемой общим уравнением
Ax + By + Cz + D = 0 :
|
|
Таблица №1 |
||
1. Плоскость параллельна оси Ох. |
2. Плоскость параллельна оси Оy. |
|||
|
Z |
Z |
||
|
|
|
|
|
Х |
Y |
Y |
||
|
|
Х |
||
|
А=0 |
B=0 |
||
Общее уравнение будет иметь вид: |
Общее уравнение будет иметь вид: |
|||
By + Cz + D = 0 |
Ax + Cz + D = 0 |
|||
|
|
|
|
|
3. Плоскость параллельна оси Оz. |
4. Плоскость перпендикулярна оси |
|||
|
|
Оz (параллельна плоскости xOy) |
||
|
Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
|
Y |
|
|
|
|
Y |
|||
|
Х |
|||
|
Х |
|||
|
C=0 |
А=В=0 |
||
Общее уравнение будет иметь вид: |
Общее уравнение будет иметь вид: |
|||
|
Ax + By + D = 0 |
Cz + D = 0 |
||
|
|
|
|
|
5. Плоскость перпендикулярна оси |
6. Плоскость перпендикулярна оси |
Оy (параллельна плоскости xOz). |
Оx (параллельна плоскости yOz). |
Z |
Z |
|
Y |
Х |
Y |
|
Х |
|||
|
|
||
А=С=0 |
|
С=В=0 |
|
Общее уравнение будет иметь вид: |
Общее уравнение будет иметь вид: |
||
By + D = 0 |
|
Ax + D = 0 |
|
7. Плоскость проходит через ось Ох |
8. Плоскость проходит через ось Оy |
||
Z |
|
Z |
|
|
|
Y
Y |
|
|
|
Х |
|
Х |
|
|
B=D=0 |
||
А=D=0 |
|
||
Общее уравнение будет иметь вид: |
|||
Общее уравнение будет иметь вид: |
|||
By + Cz = 0 |
|
Ax + Cz = 0 |
|
|
|
||
9. Плоскость проходит через ось Оz |
10. Плоскость проходит через |
||
Z |
начало координат |
||
|
|
||
|
|
Z |
|
Y |
|
|
|
Х |
|
Y |
|
|
|
||
C=D=0 |
D=0 |
Х |
|
Общее уравнение будет иметь |
Общее уравнение будет иметь вид: |
||
вид: Ax + By = 0 |
|
Ax + By + Cz = 0 |
23 |
24 |

Пусть в уравнении (2.2) ни один из коэффициентов A,B,C,D не равен 0. Перепишем уравнение (2.2) в виде Ax + By + Cz = −D , разделим обе части этого равенства на − D и обозначим
− DA = a, − DB = b, − CD = c .Получим уравнение плоскости в отрезках:
x |
+ |
y |
+ |
z |
=1, |
(2.3) |
|
a |
b |
c |
|||||
|
|
|
|
где a,b, c – это величины направленных отрезков, отсекаемых плоскостью на осях координат (рис. 2.2).
Если три точки M1 (x1 , y1 , z1 ) , M 2 (x2 , y2 , z2 ) , M 3 (x3 , y3 , z3 ) не лежат на одной прямой, то через эти точки проходит единственная плоскость (рис. 2.3). Уравнение плоскости, проходящей через три точки, имеет вид:
x − x1 x2 − x1 x3 − x1
z
y − y1 y2 − y1 y3 − y1
z − z1
z2 − z1 = 0. (2.4) z3 − z1
z
MM1
|
|
|
M3 |
|
|
c |
|
|
M2 |
||
0 |
b |
y |
0 |
|
|
|
|
||||
y |
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
x |
|
|
x |
||
Рис. 2.2 |
|
Рис. 2.3 |
|||
Пусть даны |
две |
плоскости P1 : A1 x + B1 y + C1 z + D1 = 0 и |
|||
P2 : A2 x + B2 y + C2 z + D2 |
= 0 . Угол ϕ |
между двумя плоскостями |
равен углу между их векторами нормали:
cosϕ= n1 n2 = |
|
A1A2 +B1B2 +C1C2 |
. |
|||||
|
n |
n |
A2 |
+B2 |
+C2 |
A2 |
+B2 |
+C2 |
|
1 |
2 |
1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
2 |
При этом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P1 P2 |
|
|
A1 A2 + B1B2 |
+ C1C2 = 0 (условиеперпендиулярности |
||||||||||||
|
|
|
|
A1 |
|
|
B1 |
|
|
C1 |
|
|
|
|
плоскостей), |
|
P || P |
|
|
|
= |
= |
(условие параллельности плоскостей). |
||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
1 |
2 |
|
|
A2 |
|
B2 |
|
|
C2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Расстояние |
d |
от |
точки M1 (x1 , y1 , z1 ) |
до плоскости |
|||||||||||
Ax + By + Cz + D = 0 определяется по формуле |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
d = |
| Ax1 + By1 + Cz1 + D | |
. |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A2 + B 2 + C 2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Пример 2.1. Даны две точки |
M1 (−2, 0,1) |
и |
M 2 (1, 4, 2) . Записать |
|||||||||||||
уравнение |
плоскости, |
|
|
проходящей |
через |
точку |
M1 |
|||||||||
перпендикулярно вектору M1M 2 . |
|
|
|
|
||||||||||||
Решение. Поскольку искомая плоскость перпендикулярна |
M1M 2 , |
|||||||||||||||
то |
в |
качестве |
|
вектора |
нормали |
n |
возьмем |
вектор |
M1M 2 = (3, 4,1) (рис.2.4).
М2
n
М1
Рис. 2.4
Подставив теперь в уравнение A(x − x0 ) + B( y − y0 ) + C(z − z0 ) = 0
A = 3, |
B = 4, C =1 |
, а также |
координаты точки |
M1 : |
x0 = −2, |
y0 = 0, z0 |
=1, получим уравнение |
|
|
3(x + 2) + 4( y |
− 0) +1(z −1) = 0 |
или 3x + 4y + z + 5 = 0 |
|
– это и есть искомое общее уравнение плоскости.
Пример 2.2. Найти величины отрезков, которые отсекает плоскость 2x − 3y + 4z −12 = 0 на осях координат.
Решение. Преобразуем уравнение плоскости:
2x − 3y + 4z =12 , |
2x |
− |
3y |
+ |
4z |
=1 , |
x |
− |
y |
+ |
z |
=1. |
12 |
12 |
12 |
6 |
4 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
Получили уравнение плоскости в отрезках (см. 2.3). Следовательно, данная плоскость отсекает на осях координат отрез-
ки a = 6, b = −4, c = 3.
25 |
26 |

Пример 2.3. Записать уравнение плоскости, проходящей через точки A(1, 2, − 3), B (−1, 6,1), C(4, 8, − 9).
Решение. Подставляя в уравнение (2.4) координаты точек A, B,C ,
получим уравнение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
x −1 |
y − 2 z + 3 |
|
|
|
x −1 y − 2 z + 3 |
|
|
|||
|
|
|
|
||||||||
|
−1 −1 |
6 − 2 |
1 + 3 |
|
= 0 или |
|
− 2 |
4 |
4 |
|
= 0 . |
|
4 −1 |
8 − 2 |
− 9 + 3 |
|
|
|
3 |
6 |
− 6 |
|
|
Разложив определитель по элементам первой строки, получим искомое уравнение плоскости:
(x −1) |
|
4 |
4 |
|
− (y − 2) |
|
− 2 4 |
|
+ (z + 3) |
|
− 2 |
4 |
|
= 0, |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
6 |
− 6 |
|
|
|
3 |
− 6 |
|
|
|
3 |
6 |
|
|
− 48(x −1)− |
|
0 |
(y − |
|
2)− 24(z |
|
+ 3)= 0, |
|
или 2( |
|
x −1)+ |
|
(z + 3)= 0, |
||
|
|
|
2x − 2 + z − 3 = 0, |
2x + z − 5 = 0. |
|
|
|
§ 2. Прямая в пространстве и ее основные уравнения
Рассмотрим прямую l в прямоугольной декартовой системе координат. Положение прямой в пространстве вполне определяется точкой M 0 (x0 , y0 , z0 ) l и направляющим вектором
s = (m, n, p) || l (sr ≠ 0) (рис. 2.5).
z
s = (m, n, p)
M0
M l
0 |
y |
x
Рис. 2.5
Возьмем любую точку M (x, y, z) l и построим вектор M 0 M || sr , из условия коллинеарности этих векторов получим
канонические уравнения прямой в пространстве: |
|
||||||
|
x − x0 |
= |
y − y0 |
= |
z −z 0 |
. |
(2.5) |
|
m |
n |
|
||||
|
|
|
p |
|
Обозначим в (2.5) коэффициент пропорциональности через t и выразим через t переменные x, y, z . Приходим к параметрическим
уравнениям прямой в пространстве:
x = x0 |
+ mt, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
+ nt, |
|
|
|
t |
– параметр. |
(2.6) |
|||||||||
y = y0 |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
+ pt, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
z = z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Уравнение прямой, проходящей через две точки M1 (x1 , y1 , z1 ) |
и |
|||||||||||||||||
M 2 (x2 , y2 , z2 ) , имеет вид: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
x − x1 |
= |
|
y − y1 |
= |
|
z −z1 |
. |
(2.7) |
|||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
x |
2 |
− x |
y |
2 |
− y |
|
|
z |
2 |
−z |
1 |
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Рассмотрим две |
плоскости |
P1 : |
|
A1 x + B1 y + C1 z + D1 |
= 0 |
и |
P2 : A2 x + B2 y + C2 z + D2 = 0 . Если эти плоскости не параллельны, то они пересекаются по прямой, задаваемой системой уравнений:
|
|
A x |
+ B y + C z + |
D |
= 0, |
|
|
(2.8) |
||||
|
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|||
|
|
A2 x + B2 y + C2 z + D2 = 0. |
|
|||||||||
Система |
(2.8) |
называется |
общими |
уравнениями прямой в |
||||||||
пространстве. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Направляющий вектор s |
прямой (2.8) можно найти по формуле |
|||||||||||
|
|
|
sr = nr1 × nr2 = |
|
ir |
rj |
kr |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
A1 |
B1 |
C1 |
. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
A2 |
B2 |
C2 |
|
|
|
Угол ϕ между двумя прямыми l1 |
и l2 |
|
равен углу между их |
|||||||||
направляющими векторами s1 |
= (m1 , n1 , p1 ) и s2 = (m2 , n2 , p2 ) : |
|||||||||||
|
|
|
s1 s2 |
|
|
m1m2 +n1n2 + p1 p2 |
|
|||||
|
cosϕ= |
| sr1 || sr2 | = |
m12 +n12 + p12 |
m22 +n22 + p22 . |
|
|||||||
При этом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l1 l2 |
|
m1m2 |
+ n1n2 + p1 p2 = 0 |
(условие перпендиулярности |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
прямых), |
27 |
28 |

l || l |
2 |
|
|
m1 |
= |
n1 |
= |
p1 |
(условие параллельности прямых). |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
1 |
|
|
m2 |
|
|
n2 |
p2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Угол ψ между прямой |
|
x − x0 |
= |
y − y0 |
= |
z −z 0 |
и плоскостью |
||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
n |
|
p |
|||
Ax + By + Cz + D = 0 определяется по формуле |
|||||||||||||||||||||
|
|
sin ψ = |
|
|
|
|
|
|
| Am + Bn + Cp | |
||||||||||||
|
|
|
|
A2 + B2 + C 2 |
m2 + n2 + p2 . |
||||||||||||||||
При этом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l || P |
Am + Bn + Cp = 0 |
(условие параллельности прямой и |
|||||||||||||||||||
|
|
|
A |
|
|
B |
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плоскости), |
||
l P |
|
|
= |
|
= |
|
(условие перпендиулярности прямой и |
||||||||||||||
|
|
|
n |
p |
|||||||||||||||||
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плоскости). Пример 2.4. Составить канонические и параметрические уравнения
прямой, проходящей через точки M1 (3, 2, −1) и M 2 (4, 2,1) . |
|
|||||||||||||||||||
Решение. Подставляем в формулу (2.7) координаты точек |
M1 и |
|||||||||||||||||||
M 2 : |
|
|
|
|
|
|
x − 3 |
= |
|
y − 2 |
= |
|
z +1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
4 − 3 |
2 − 2 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 +1 |
|
|
|||||||
или |
|
x − 3 |
= |
y − 2 |
= |
z +1 |
|
– канонические уравнения прямой (нуль в |
||||||||||||
1 |
|
|
||||||||||||||||||
|
0 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
знаменателе означает, что направляющий вектор s = (1, 0, 2) |
пер- |
|||||||||||||||||||
пендикулярен оси Oy , т.е. прямая перпендикулярна оси Oy ). |
|
|||||||||||||||||||
|
Запишем параметрические уравнения прямой: |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x − 3 |
|
= |
y − 2 |
|
= |
z +1 |
= t |
|
||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
x − 3 = t, |
y − 2 = 0, z +1 = 2t, |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
x = 3 + t, y = 2, z = −1 + 2t . |
|
Пример 2.5. Проверить, являются ли прямая x 3− 3 = y 2− 2 = z−+11 и
плоскость 6x + 4y − 2z + 5 = 0 а) параллельными; б) перпендикуляр-
ными. r Решение. Запишем координаты направляющего вектора s прямой
и вектора нормали n плоскости: s = (3; 2; −1), n = (6, 4, − 2 ).
а) прямая параллельна плоскости, если s n s n = 0 . s n = 3 6 + 2 4 + (−1) (− 2)=18 +8 + 2 = 28 ≠ 0.
Следовательно, прямая и плоскость не параллельны. |
|
||||||
б) прямая перпендикулярна плоскости, если s || n , |
то есть коорди- |
||||||
наты векторов пропорциональны. |
|
||||||
Так как |
6 |
= |
4 |
= |
− 2 |
= 2 , то прямая и плоскость перпендикулярны. |
|
3 |
2 |
|
|||||
|
|
|
−1 |
|
|||
§ 3. Прямая на плоскости и ее основные уравнения |
|||||||
Уравнение прямой с угловым коэффициентом k |
имеет вид |
||||||
|
|
|
|
|
y = kx + b или y − y0 = k(x − x0 ) , |
|
где k = tgα – угловой коэффициент прямой, |
b |
||||
отсекаемого этой прямой на оси Oy , |
(x0 , y0 ) |
||||
прямой (рис. 2.6). |
|
|
|
|
|
y |
|
y |
|
|
y |
l |
|
|
n = (A, B) |
|
|
M0(x0, y0) |
|
M0(x0, y0) |
|
||
b |
|
|
|
||
α |
x |
|
l |
x |
|
0 |
0 |
0 |
|||
Рис. 2.6 |
|
|
Рис. 2.7 |
|
|
–величина отрезка,
–точка, лежащая на
s = (m, n)
M0(x0, y0)
l x
Рис. 2.8
Кроме того, прямую l на плоскости можно задать вектором нормали n = (A, B) l и точкой M 0 (x0 , y0 ) l (рис. 2.7). Получим 3 уравнения, аналогичные уравнениям (2.1) – (2.3) для плоскости:
29 |
30 |

A(x − x0 ) + B( y − y0 ) = 0 – уравнение прямой, заданной точкой и вектором нормали;
Ax + By + C = 0 – общее уравнение прямой;
ax + by =1 – уравнение прямой в отрезках.
Прямая l на плоскости также определяется направляющим вектором s = (m, n) || l и точкой M 0 (x0 , y0 ) l (рис. 2.8). Получим еще 3 уравнения, аналогичные уравнениям (2.5) – (2.7) прямой в пространстве:
x −mx0 = y −ny0 – каноническое уравнение прямой;
x = x0 |
+ mt, |
– параметрические уравнения прямой; |
|||||
|
|
|
+ nt |
||||
y = y0 |
|
|
|||||
x − x1 |
= |
y − y1 |
– уравнение прямой, проходящей |
||||
|
|
||||||
x |
2 |
− x |
|
y |
2 |
− y |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
через две точки M1 (x1 , y1 ) и M 2 (x2 , y2 ) .
Угол ϕ |
между |
двумя |
|
прямыми, |
заданными |
уравнениями: |
||||||||||||
l1: y = k1 x + b1 |
|
и |
|
l2: |
y = k2 x + b2 |
можно найти по формуле |
||||||||||||
|
|
|
|
|
tgϕ = |
|
|
k2 − k1 |
|
; |
|
|
|
|
||||
при этом |
|
|
|
|
1 |
+ k1 k2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|||
l |
l |
2 |
|
k k |
2 |
= −1, т.е. k |
1 |
= − |
(условие |
|||||||||
|
||||||||||||||||||
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
k2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
l1 || l2 |
|
k1 = k2 |
|
|
|
|
|
|
перпендиулярности прямых), |
|||||||||
(условие параллельности прямых). |
||||||||||||||||||
Расстояние d |
от точки M1 (x1 , y1 ) |
|
до прямой |
Ax + By + C = 0 |
||||||||||||||
вычисляется по формуле |
|
|
|
| Ax1 + By1 |
+ C | |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
d = |
. |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
A2 + B2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример 2.6. Записать уравнения прямых, проходящих через точку M(– 2, 1) параллельно и перпендикулярно прямой 3x − 4y +12 = 0 .
Решение. Перепишем общее уравнение |
прямой 3x − 4y +12 = 0 |
||||||||
(l) , выразив из него переменную y : |
l : |
y = |
3 |
x + |
3 . |
||||
4 |
|||||||||
|
|
y |
|
|
|
|
|
||
l2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
l |
l1 |
|
|
|
|
|
||
|
M |
1 |
|
|
х |
|
|
|
|
-4 |
–2 |
0 |
|
|
|
|
|
Рис. 2.9
Получили уравнение прямой с угловым коэффициентом k = 34 . За-
пишем уравнение прямой l1 || l и проходящей через точку M(– 2, 1). Поскольку для параллельных прямых угловые коэффициенты
равны, т.е. k1 = k = 34 , то
l1 : y −1 = 34 (x + 2) или
4y − 4 = 3x + 6, |
3x − 4y +10 = 0. |
Составим уравнение прямой l2 l , проходящей через точку M(– 2,1). Так как угловые коэффициенты перпендикулярных
прямых связаны соотношением k2 = − 1k = − 43 , то
l2 : y −1 = − |
4 |
(x + 2) или |
|
3 |
|||
|
|
||
3y − 3 = −4x −8, |
|
4x + 3y + 5 = 0. |
Прямые l, l1 , l2 изображены на рис. 2.9.
31 |
32 |

§ 4. Кривые второго порядка
Кривой второго порядка называется линия, уравнение которой в декартовой системе координат имеет вид
Ax2 + 2Bxy + Cy 2 + 2Dx + 2Ey + F = 0, |
(2.9) |
где коэффициенты А, В, С одновременно не обращаются в нуль. При А = В = С = 0 уравнение (2.9) задает прямую, которая назы-
вается линией первого порядка.
К числу линий второго порядка относятся окружность, эллипс, гипербола и парабола.
1. Окружностью называется множество точек плоскости, равноудаленных от данной точки (центра).
Если центр окружности поместить в начало координат, то ка-
ноническое уравнение окружности радиусом R имеет вид
x2 + y2 = R2 .
Если центр окружности находится в точке C(x0 , y0 ) , то ее уравнение записывается в виде
(x − x0 )2 + ( y − y0 )2 = R2 .
Эта окружность изображена на рис. 2.10.
2. Пусть на плоскости заданы две точки F1 и F2 , расстояние между которыми равно 2с, и задано число a > c.
Эллипсом называется множество точек плоскости, сумма расстояний от которых до двух данных точек F1 и F2 (фокусов) есть
величина постоянная, равная 2а.
Если систему координат выбрать так, как указано на рис.2.11,
то каноническое уравнение эллипса запишется в виде
x2 |
+ |
y 2 |
=1, |
|
a 2 |
b2 |
|||
|
|
где b2 = a2 − c2 , а – большая, b – малая полуоси эллипса (при a>b).
Фокусы эллипса расположены в точках F1 (−с,0) и F2 (c,0) . Окружность есть частный случай эллипса при a = b.
3. Пусть на плоскости заданы две точки F1 и F2 , расстояние между которыми равно 2с, и задано число a < c.
Гиперболой называется множество точек плоскости, модуль разности расстояний от которых до двух данных точек F1 и F2
(фокусов) есть величина постоянная, равная 2а.
Если систему координат выбрать так, как указано на рис. 2.12,
то каноническое уравнение гиперболы запишется в виде
x2 |
− |
y 2 |
=1, |
|
a2 |
b2 |
|||
|
|
где b2 = c2 − a2 , а – действительная, b – мнимая полуоси гипербо-
лы.
Гипербола состоит из двух ветвей и расположена симметрично относительно координатных осей. При этом ее ветви при удалении в
бесконечность как угодно близко подходят к прямым y = ± ba x, ко-
торые называются асимптотами гиперболы.
При построении гиперболы вначале строят основной прямоугольник со сторонами x = ±a, y = ±b . Затем через противополож-
ные вершины этого прямоугольника проводят прямые, которые являются асимптотами гиперболы. Вершины гиперболы расположены в точках с координатами (–а,0) и (а,0), а фокусы – в точках F1 (−с,0)
иF2 (c,0) (рис. 2.12).
Уравнение |
x2 |
− |
y 2 |
= −1 (или − |
|
x2 |
+ |
|
y 2 |
=1 ) также задает ги- |
|||
a2 |
b2 |
|
a2 |
|
b2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
перболу, сопряженную с гиперболой |
x2 |
|
− |
y 2 |
|
=1. Действительная и |
|||||||
a2 |
b2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
мнимая полуоси этой гиперболы соответственно равны b и а.
4. Пусть на плоскости задана точка F и прямая D, расстояние между которыми равно р.
Параболой называется множество точек плоскости, равноудаленных от данной точки F (фокуса) и данной прямой D (директрисы).
33 |
34 |

|
|
|
|
Кривые второго порядка |
|
Таблица №2 |
||||||
|
Окружность |
|
|
|
Эллипс |
|
||||||
(x − x0 )2 + ( y − y0 )2 = R2 |
|
|
|
x2 |
y 2 |
|
|
|||||
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
a 2 |
+ b2 |
=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
R |
|
|
x |
|
b |
F1 |
|
F2 |
x |
||
|
|
|
|
|
− c |
O |
c |
|||||
C(x0, y0) |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
R - радиус окружности, |
|
a - большая полуось, |
|
|||||||||
|
b - малая полуось, |
|
||||||||||
C(x0 , y0 ) |
- центр окружности. |
|
||||||||||
F1 (−c,0), F2 (c,0) |
- фокусы, |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Рис. 2.10 |
|
|
c2 |
= a2 − b2 . |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Рис. 2.11 |
|
||||||
|
Гипербола |
|
|
|
|
Парабола |
|
|||||
|
x2 |
− |
y 2 |
=1 |
|
|
|
|
y 2 = 2 px ( p > 0) |
|
||
|
a2 |
b2 |
|
|
|
|
y |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
y = − b |
x |
|
|
y |
= b |
x |
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
F |
|
|
F1 |
|
|
b |
F2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
p |
O |
p |
|
x |
||||
−c |
O |
|
|
c |
x |
− |
|
|||||
|
a |
2 |
2 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a - действительная полуось, |
|
р – параметр параболы, |
|
|||||||||
b - мнимая полуось, c2 = a2 +b2 , |
D : x = − p - директриса, |
|
||||||||||
F1 (−c, 0), F2 (c, 0) - фокусы, |
|
|
p |
2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
y = ± b x - асимптоты |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Рис. 2.12 |
F( 2 |
,0) - фокус. |
Рис. 2.13 |
|||||||||
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35 |
|
|
|
|
|
|
Если систему координат выбрать так, как указано на рис.2.13, то
каноническое уравнение параболы запишется в виде y 2 = 2 px.
Эта парабола симметрична относительно оси Ох. Директрисой яв-
|
x = − |
p |
|
p |
|
||
ляется прямая |
|
, точка |
F |
|
,0 – фокус параболы, р – пара- |
||
2 |
2 |
||||||
|
|
|
|
|
метр параболы.
Если p < 0, то парабола направлена в противоположную сторону.
Уравнение x2 = 2 py задает параболу, симметричную относительно оси Оу.
Для того, чтобы построить кривую второго порядка, заданную общим уравнением, уравнение кривой приводят к каноническому виду и переходят к новой системе координат.
Пример |
2.7. Определить тип кривой, заданной уравнени- |
ем(x +1)2 |
+ (y − 2)2 = 9 и построить ее. |
Решение. Данное уравнение задает окружность с центром в точке
C(−1; 2) |
и радиусом |
R = 9 =3 . Окружность изображена на рис. |
|||||||||||||
2.14. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
y |
Y |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
2,5 |
|||||||
|
|
С(-1;2) |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R=3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O1 |
|
|||
|
|
|
|
|
o |
|
|
|
-1,5 |
X |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
-1 |
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.14 |
|
Рис. 2.15 |
|
Пример 2.8. Определить тип линии и схематически построить ее: 2y 2 + x + 6y + 2 = 0.
Решение. Перепишем уравнение в виде
2( y 2 + 3y) + x + 2 = 0
36

и выделим полный квадрат: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
|
9 |
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 y |
|
|
+ 2 |
|
|
y |
+ |
|
|
|
|
− |
|
|
|
+ x |
+ 2 = 0, |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
4 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
2 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
5 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
2 y + |
|
|
|
− |
|
|
|
+ x |
+ 2 |
= 0, y + |
|
|
|
|
|
|
= − |
|
x |
− |
|
. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
2 |
2 |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Совершим параллельный перенос по формулам |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X = x − |
5 |
|
, Y = y + |
|
3 |
. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Координаты нового центра О |
|
,− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
. Уравнение примет вид |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
2 |
2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y 2 = − 1 |
X . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Это |
каноническое |
уравнение |
|
|
параболы |
|
|
вида |
|
Y 2 |
= 2 pX , где |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
p = − |
1 |
< 0 . |
Поэтому |
|
|
парабола |
|
|
|
направлена |
в |
|
отрицательную |
||||||||||||||||||||||||||||
4 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сторону оси О1X . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Парабола изображена на рис. 2.15. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Пример |
2.9. |
Построить |
|
гиперболу, |
|
|
заданную |
уравнением |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
x2 |
− |
|
y2 |
|
=1. |
Найти |
ее |
|
полуоси, |
|
координаты |
|
|
фокусов |
и |
записать |
|||||||||||||||||||||||||
25 |
|
9 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
уравнения ее асимптот.
Решение. Данное уравнение является каноническим уравнением
вида |
x2 |
− |
y 2 |
=1. |
Поэтому |
действительная |
полуось |
|
a 2 |
b2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
a = 25 = 5, мнимая полуось b =
9 = 3 . Найдем координаты фоку-
сов F1 и F2: c = a2 + b2 =
25 + 9 =
34 , F1 (−
34 , 0), F2 (
34; 0).
Уравнения асимптот гиперболы имеют вид y = ± 53 x .
Построение гиперболы начинаем с построения основного прямоугольника со сторонами 2a=10 и 2b=6, параллельными осям координат. Асимптоты гиперболы проходят по диагоналям этого пря-
моугольника. Вершины гиперболы расположены в точках пересечения основного прямоугольника с осью oХ.
Гипербола изображена на рис. 2.16.
y
3
-5 О 5 x
-3
Рис. 2.16
§ 5. Поверхности второго порядка
Рассмотрим в плоскости xOy эллипс, гиперболу, сопряженную
гиперболу, параболу и пару пересекающихся прямых. Совершим вращение этих линий вокруг оси Oy и деформацию(сжатие или
растяжение) образованных таким образом поверхностей второго порядка. Эти поверхности со своими каноническими уравнениями изображены на рис. 2.17 - 2.21.
Если в уравнении эллиптического параболоида поменять знак, то придем к уравнению, которое задает гиперболический параболоид (седло), изображенный на рис. 2.22.
Цилиндрической поверхностью называется поверхность, которая образуется при поступательном перемещении некоторой линии (образующей) вдоль некоторой кривой (направляющей). Выбирая в качестве направляющей эллипс, гиперболу и параболу, расположенные в плоскости xOy , а в качестве образующей – прямую, парал-
лельную оси Oz , получим соответственно эллиптический, гипербо-
лический и параболический цилиндры, изображенные на рис. 2.23 - 2.25.
При построении поверхностей второго порядка часто пользуются таблицей этих поверхностей (см. табл. №3), учитывая, что ось фигуры или образующая может быть параллельна не только оси Oz .
37 |
38 |

Поверхности второго порядка
|
|
|
|
|
|
|
Таблица №3 |
|
|
Эллипсоид |
z |
c |
|||||
|
|
|||||||
x2 |
+ |
y 2 |
+ |
z 2 |
=1 |
o |
b |
|
a2 |
b2 |
c2 |
||||||
|
|
|
a |
y |
Рис. 2.17 x
z
Однополостный
гиперболоид
x2 |
+ |
y 2 |
− |
z 2 |
=1 |
|
|
|
a 2 |
b2 |
c2 |
|
o |
b |
|||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
a |
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
Рис. 2.18
z
Двуполостный
гиперболоид
x2 |
+ |
y 2 |
− |
z 2 |
= −1 |
o с |
|
a2 |
b2 |
c2 |
-с |
|
|||
y |
|||||||
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.19 |
|
|
z
Эллиптический
параболоид
|
x2 |
+ |
y 2 |
= 2z |
|
|
a2 |
b2 |
o |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
Конус второго порядка
x2 |
+ |
y 2 |
− |
z 2 |
= 0 |
o |
|
a2 |
b2 |
c2 |
|
||||
|
|
|
y |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
Рис. 2.21 |
|
|
|
Гиперболический |
z |
y |
|||||
параболоид |
|||||||
|
|||||||
(седло) |
|
|
|||||
|
x2 |
|
y 2 |
|
o |
x |
|
|
|
|
|||||
|
a2 |
− b2 = 2z |
|
||||
|
|
|
Рис. 2.22
39 |
40 |