Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ZbLAAG_Diskant_8

.pdf
Скачиваний:
64
Добавлен:
23.02.2016
Размер:
583.4 Кб
Скачать

4.

Конус

x

2

y

2

 

z

2

0

8.17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

 

b2

 

 

 

c2

 

 

5.

Еліптичний

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

8.18

 

параболоїд

 

x

2

y2

 

 

2z

 

 

 

 

a

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

6.

Гіперболічний

 

x

2

y

2

 

 

2z

8.19

 

параболоїд

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

 

b2

 

 

 

 

 

 

7.

Еліптичний

 

x

2

y

2

 

 

 

8.20

 

циліндр

 

 

 

1

 

 

 

 

a2

 

 

b2

 

 

 

 

 

8.

Гіперболічний

 

x

2

y

2

 

 

 

8.21

 

циліндр

 

 

 

1

 

 

 

 

a2

 

 

b2

 

 

 

 

 

9.

Параболічний

 

 

 

y2=2px

 

 

8.22

 

циліндр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Форму та розташування поверхонь другого порядку вивчають, як правило, методом паралельних перерізів, тобто розглядають перерізи поверхонь площинами, паралельними координатним площинам. Форма та розміри одержаних перерізів дозволяють з’ясувати форму самої поверхні.

Рис.8.14 Рис.8.15 Рис.8.16

208

Рис.8.17

Рис.8.18

Рис.8.19

Рис.8.20 Рис.8.21 Рис.8.22

209

Задачі з розв’язком Задача 1. Знайти лінії перерізу поверхні однополого гіперболоїда

x2

y2

z2

1

(8.12)

a2

b2

c2

 

 

площинами, паралельними координатним площинам.

Розв’язок. Розглянемо переріз однополого гіперболоїда (8.12) площинами, паралельними координатній площині XOY, тобто площинами z=h. Переріз гіперболоїда площиною z=h визначається системою рівнянь

x2 y2 1 h2 ,

a2 b2 c2

z h.

Звідси випливає, що будь-яка площина z=h перерізає гіперболоїд

по еліпсу з півосями a a1 h2 / c2 , b b1 h2 / c2 , причому a та b мають найменше значення при h=0, тобто еліпс найменших розмірів утворюється в перерізі площиною z=0; при нескінченному зростанні h

величини a та b нескінченно зростають (рис.8.23).

Площина x=h, паралельна площині YOZ, перерізає однополий гіперболоїд (8.12) по лінії, яка визначається системою рівнянь

y2

 

z2

1

h2

,

 

c2

a2

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x h.

 

 

 

Якщо h a , цими рівняннями визначаються гіперболи, при h =а - дві прямі, що перетинаються.

Рис.8.23

Перерізи площинами y=h, паралельними площині XOZ, аналогічні перерізам гіперболоїда площинами x=h (рис.8.24).

Всі ці перерізи дають уявлення про форму поверхні однополого гіперболоїда.

210

Рис.8.24

Задача 2. Звести до канонічного вигляду рівняння поверхні другого порядку

2x2+y2-4xy-4yz+4x+2y-4z=16.

Записати відповідні формули перетворення координат. Визначити вид поверхні.

Розв’язок. Записуємо квадратичну форму старших членів:

F=2x2+y2-4xy-4yz.

2

2

0

 

Матриця А цієї форми має вигляд А= 2

1

2

. Складаємо та

 

2

 

 

0

0

 

розв’язуємо характеристичне рівняння

2

2

0

2

1 2 0, (1 )( 2 ) 4( 2 ) 4 0,

0

2

 

1 4,3 3 2 6 8 0, 3 3 2 6 8 0, 2 1,3 2.

Квадратична форма F має такий канонічний вигляд

F 4x 2 y 2 2z 2 .

211

Щоб знайти базис, в якому квадратична форма має такий вигляд, треба знайти власні вектори лінійного оператора, що визначається матрицею А у системі координат OXYZ.

Записуємо систему рівнянь, що визначає шукані власні вектори:

( 2 )x 2 y 0z 0,2x (1 )y 2z 0,0x 2y z 0.

Підставляючи 1 4 , маємо

2x 2y 0z 0,2x 3y 2z 0,

0x 2 y 4z 0.

Звідки

x 2z,

 

x

 

2

 

 

 

 

 

 

y 2z,

або

y

 

 

2 z,

z ;

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z z

 

z

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Поклавши

z=1,

дістанемо

 

 

- власний вектор, що відповідає

a1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2 / 3

 

значенню

1 4. Тоді одиничний вектор

 

2

 

співнапрямлений з

e1

/ 3

 

 

 

 

1/

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

2 / 3

 

 

вектором

a1. Аналогічно для значення 2 1 одержимо

 

1/

3

 

,

e2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

/ 3

 

1/ 3

для 3 2 дістанемо e3 2 / 3 . Вектори e1, e2 , e3 утворюють

2 / 3

шуканий ортонормований базис.

Матриця переходу до базису e1, e2 , e3 буде мати вигляд

 

2 / 3

2 / 3 1 / 3

C

2 / 3

1 / 3

2 / 3 .

 

 

2 / 3

 

1 / 3

2 / 3

При переході до нового базису e1, e2 , e3 координати векторів перетворюються за формулами

212

x 2 / 3 x 2 / 3 y 1 / 3 z , y 2 / 3 x 1 / 3 y 2 / 3 z , z 1 / 3 x 2 / 3 y 2 / 3 z .

Підставляючи ці вирази для x, y, z в групу членів першого степеня рівняння поверхні, дістанемо

4x 2 y 4z 8 / 3 x 8 / 3 y 4 / 3 z 4 / 3 x2 / 3 y 4 / 3 z 4 / 3 x 8 / 3 y 8 / 3 z 6 y .

Отже, рівняння даної поверхні в базисі e1, e2 , e3 буде мати вигляд

4x 2 y 2 2z 2 6 y 16 або

 

4x 2

 

 

 

2 2z 2 25.

 

 

 

y 3

Звідси

 

y 3 2

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

z 2

1.

 

25 / 4

25

25 / 2

 

 

 

 

 

 

 

Виконаємо паралельне перенесення координатних осей. Покладемо x x , y y 3, z z .

Новий початок координат О1(0, -3, 0) в системі OX Y Z . Рівняння поверхні в системі координат O1 XYZ буде мати вигляд

x

2

 

y

2

 

z2

1.

25 / 4

25

25 / 2

 

 

 

Таким чином, дана поверхня є однополим гіперболоїдом.

Задачі для розв’язування

992.

Дослідити перерізи еліпсоїда

 

x2

 

y2

 

z2

1 площинами,

a2

а2

c2

 

 

 

 

 

 

 

 

паралельними координатним площинам.

 

 

 

 

 

 

 

993.

Знайти перерізи еліпсоїда

x2

 

y2

 

z

2

1

координатними

36

16

9

 

 

 

 

 

 

 

площинами. Визначити його вершини та довжину осей.

994. Знайти відношення осей двох паралельних перерізів еліпсоїда

x2

 

y2

 

z2

1, а саме: перерізу площиною XOZ та площиною, яка

25

9

4

 

 

 

віддалена від неї на відстань двох одиниць.

995.

Дослідити перерізи двополого

гіперболоїда

x2

y2

z2

1

 

 

 

 

 

a2

 

b2

c2

 

 

площинами, паралельними координатним площинам.

 

 

 

 

996.

Дано однополий гіперболоїд

x2

y2

z2 1. Знайти

лінії

його

 

 

a2

b2

c2

 

 

 

 

 

перерізу з координатними площинами.

213

997.

Накреслити головні перерізи еліптичного параболоїда

z

x2

 

y2

4

 

2

і

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

проекції паралельних їм перерізів на відповідні координатні

 

площини.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

998.

Методом перерізів дослідити форму і розташування відносно

 

прямокутної системи координат таких поверхонь (накреслити

 

рисунок).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) x2+y2=2(z-1)2.

2) 2y2+z2=1-x.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) 3x2-y2-z2=3.

4) x2-2y2+z2=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

999.

Установити, що площина x-2=0 перерізає еліпсоїд

x2

 

y2

 

z2

1

16

12

 

4

 

 

 

 

 

 

 

по еліпсу; знайти його півосі і вершини.

1000. Установити, що площина z+1=0 перерізає однополий гіперболоїд

x2

 

y 2

 

z 2

1 по гіперболі, знайти її півосі і вершини.

32

18

2

 

 

 

1001. Установити, що площина y+6=0 перерізає гіперболічний

 

параболоїд

x2

 

y2

6z

по

параболі,

знайти її параметр

та

 

5

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вершину.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1002.

Знайти рівняння проекцій на координатні площини перерізу

 

еліптичного параболоїда y2+z2=x площиною

x+2y-z=0.

 

 

 

1003.

Установити, яка

лінія

є

перерізом

еліпсоїда

x2

 

y2

 

z2

1

12

4

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

площиною 2x-3y+4z-11=0, знайти її центр.

1004. Установити, яка лінія є перерізом гіперболічного параболоїда

 

x2

 

z2

y

площиною 3x-3y+4z+2=0, знайти її центр.

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Установити, які лінії визначаються такими рівняння та знайти

 

центр кожної з них.

 

 

 

 

 

 

x2

 

y2

2z,

 

 

x2

 

y2

2z,

1005.

 

 

 

6

 

 

1006.

 

3

3

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

3x y 6z

14 0.

 

x

2 y 2 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

y

2

 

z2

1,

 

 

 

 

 

1007.

 

 

 

9

36

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9x 6 y 2z 28 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1008.

Установити, при яких значеннях m площина x+mz-1=0 перерізає

 

двополий гіперболоїд x2+y2-z2=-1

 

1) по еліпсу;

2) по гіперболі.

1009.

Установити, при яких значеннях m площина x+my-2=0 перерізає

214

еліптичний параболоїд

x2

 

z2

y

 

 

 

 

 

 

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) по еліпсу;

2) по параболі.

 

 

 

 

 

 

 

1010. Довести, що еліптичний параболоїд

x2

 

z2

2 y

має єдину спільну

9

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точку з площиною 2x-2y-z-10=0, знайти її координати.

1011. Довести, що

двополий гіперболоїд

x2

 

y2

 

z2

1 має єдину

3

4

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

спільну точку з площиною 5x+2z+5=0, знайти її координати.

1012. Довести, що еліпсоїд

x2

 

y2

 

z2

1 має єдину спільну точку з

81

36

9

 

 

 

 

площиною 4x-3y+12z-54=0, знайти її координати.

1013. Визначити, при якому значенні m площина x-2y-2z+m=0

дотикається еліпсоїда x2 y2 z2 1.

144 36 9

1014. Знайти точки перетину поверхні та прямої:

1)

x2

 

y2

 

z2

1 і

x 3

 

y

4

 

 

z 2

;

81

36

9

 

3

 

 

6

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

x2

 

y2

 

z2

1

і

x

 

 

y

 

 

 

z 2

;

 

 

16

9

4

4

3

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

x2

 

y2

z

і

x 1

 

y 2

 

z 3

;

 

5

3

 

2

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

x2

 

y2

z

і

x

 

y 2

 

 

z 1

.

 

 

 

 

9

4

3

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1015.

Довести, що площина 2x-12y-z+16=0 перерізає гіперболічний

 

параболоїд x2-4y2=2z по прямолінійних твірних. Скласти рівняння

 

цих прямолінійних твірних.

 

1016.

Довести, що

площина

4x-5y-10z-20=0 перерізає однополий

 

гіперболоїд

x2

 

y2

 

z2

1

по прямолінійних твірних. Скласти

 

25

16

4

 

 

 

 

 

 

 

рівняння цих прямолінійних твірних.

1017. Довести, що рівняння z=xy визначає гіперболічний параболоїд.

1018. Довести, що рівняння z2=xy визначає конус з вершиною у початку

 

координат.

 

1019.

Назвати та побудувати поверхні:

 

1) x2=2yz;

2) z-a=xy.

 

В задачах №№1020-1031 з’ясувати, які поверхні визначаються

 

такими рівняннями:

1020.

4x2+9y2+36z2-8x-18y-72z+13=0.

1021. x2-y2-4x+8y-2z=0.

215

1022.

4x2-y2+4z2-8x+4y+8z+4=0.

 

1023.

3x2+4y2+8y-12x+17z=0.

 

1024. x2+z2-4x-4z+4=0.

 

1025. x2+y2-z2-2y+2z=0.

1026. x2+2y2+2z2-4y+4z+4=0.

1027. x2+y2-z2-2x-2y+2z+2=0.

1028. x2+2y2-z2+2x-4y+2z+1=0.

1029.

2x2+y2+2z2-4x+4y+4z+7=0.

1030. x2-6y2+3z2+8x+12y+1=0.

1031. x2+y2+2x-2y-2z-2=0.

 

 

В задачах №№1032-1041 привести до канонічного вигляду

 

рівняння поверхонь другого порядку. Визначити вид кожної з

 

поверхонь. Знайти відповідні формули перетворення координат.

1032.

7x2+6y2+5z2-4xy-4yz=18.

1033. 2x2+2y2-5z2+2xy=15.

1034.

4x2+4y2-8z2-10xy+4yz+4xz=36.

1035. x2+4xy-8xz-2y2-4yz+z2=6.

1036.

2x2+5y2+2z2-2xy-4xz+2yz=3.

 

1037.

4x2-2y2-12z2+4xy+12yz=0.

 

1038.

2x2+y2+2z2-2xy+2yz+4x+4z=0.

 

1039.

5x2+6y2+7z2-4xy+4yz-10x+8y+14z=6.

1040.

2x2+y2+2z2+2xy+2yz+4x+2y-4=0.

 

1041.

6x2+5y2+7z2-4xy+4xz+9z+ 14 =0.

 

216

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]