- •Общие сведения
- •Краткое содержание
- •Практикум
- •Тема 1. Векторная алгебра.
- •1.1. Понятие вектора и линейные операции над векторами.
- •1.1.1. Понятие вектора.
- •1.1.2. Линейные операции над векторами.
- •Свойства сложения векторов:
- •1.1.3. Понятие линейной зависимости векторов.
- •1.1.4. Линейные комбинации двух векторов.
- •Доказательство.
- •1.1.5. Линейные комбинации трех векторов.
- •Доказательство.
- •1.1.6. Линейная зависимость четырех векторов.
- •1.1.7. Понятие базиса. Аффинные координаты.
- •1.1.8. Проекция вектора на ось.
- •1.1.9. Декартова прямоугольная система координат в пространстве. (дпск)
- •1.2. Скалярное произведение двух векторов.
- •1.2.1. Определение скалярного произведения (сп).
- •1.2.2. Геометрические свойства сп.
- •Доказательство.
- •1.2.3. Алгебраические свойства сп.
- •1.2.4. Выражение скалярного произведения (сп) в декартовых прямоугольных координатах (дпк).
- •1.3. Векторное произведение двух векторов.
- •1.3.1. Правые и левые тройки векторов и системы координат.
- •1.3.2. Векторное произведение двух векторов (вп).
- •1.3.3. Геометрические свойства вп.
- •1.3.4. Алгебраические свойства векторного произведения (вп).
- •1.3.5. Понятие матрицы и определителя второго и третьего порядка.
- •1.3.6. Выражение векторного произведения (вп) в декартовых прямоугольных координатах (дпк).
- •1.3.7. Смешанное произведение трех векторов.
- •1.3.8. Выражение смешанного произведения в декартовых координатах.
- •1.4. Уравнение линии на плоскости.
- •1.4.1.Параметрическое представление линии.
- •1.4.2.Уравнение линии в полярных координатах.
- •1.4.3. Пересечение двух линий.
- •1.4.4. Уравнение поверхности и уравнение линии в пространстве.
- •1.5. Различные виды уравнений прямой на плоскости.
- •1.5.1. Общее уравнение прямой.
- •1.5.2. Уравнение прямой с угловым коэффициентом.
- •1.5.3. Уравнение прямой в отрезках.
- •1.5.4. Каноническое уравнение прямой.
- •1.5.5. Параметрические уравнения прямой.
- •1.5.6. Угол между двумя прямыми. Условия параллельности и перпендикулярности двух прямых.
- •1.5.7. Нормированное уравнение прямой. Отклонение точки от прямой.
- •1.5.8. Приведение общего уравнения прямой к нормированному виду.
- •Тема 2. Геометрия на плоскости и в пространстве. Общие сведения
- •Краткое содержание
- •Практикум
- •Тема 2. Кривые второго порядка.
- •2.1. Эллипс.
- •2.1.1. Определение эллипса и вывод его канонического уравнения.
- •2.1.2. Исследование формы эллипса.
- •2.1.3. Эксцентриситет и фокальные радиусы эллипса.
- •2.2. Гипербола.
- •2.2.1. Определение гиперболы и вывод ее канонического уравнения.
- •2.2.2. Исследование формы гиперболы.
- •Асимптоты гиперболы
- •Равнобочная гипербола
- •Сопряженная гипербола
- •2.2.3. Эксцентриситет и фокальные радиусы гиперболы.
- •Фокальные радиусы
- •2.3. Парабола.
- •2.3.1. Определение параболы и ее уравнение.
- •2.3.2. Исследование формы параболы.
- •2.4. Общее свойство кривых второго порядка - эллипса, гиперболы и параболы.
- •2.4.1. Директриса эллипса гиперболы и параболы.
- •2.4.2. Полярное уравнение кривой второго порядка.
- •Тема 3. Вещественные и комплексные числа. Общие сведения
- •Краткое содержание
- •Практикум
- •3.1. Плоскость как поверхность первого порядка.
- •3.2. Неполные уравнения плоскости.
- •3.3. Уравнение плоскости в отрезках.
- •3.4. Нормальное уравнение плоскости. Расстояние от точки до плоскости.
- •3.5. Уравнение прямой в пространстве.
- •3.6. Направляющий вектор прямой. Канонические уравнения прямой. Параметрические уравнения прямой.
- •3.7. Некоторые дополнительные предложения и примеры.
- •Тема 4. Числовые последовательности. Общие сведения
- •Прямое произведение двух множеств.
- •4.1.2.Вещественные числа и их изображение на числовой оси. Основные свойства рациональных чисел.
- •Измерение отрезков числовой оси.
- •4.1.3. Ограниченные множества вещественных чисел.
- •Теорема 1.
- •4.1.4. Некоторые конкретные множества вещественных чисел.
- •4.2. Теория последовательностей.
- •4.2.1. Понятие числовой последовательности.
- •4.2.2. Бесконечно большие и бесконечно малые последовательности.
- •Примеры.
- •4.2.3. Основные теоремы о бесконечно малых последовательностях.
- •4.2.4. Сходящиеся последовательности. Основные определения.
- •Определение 2.
- •4.2.5. Основные свойства сходящихся последовательностей.
- •4.2.6. Арифметические свойства сходящихся последовательностей.
- •4.2.7. Монотонные последовательности.
- •4.2.8. Число е.
- •4.2.9. Предельный переход в неравенствах.
- •Следствие 1.
- •4.2.10. Подпоследовательности числовых последовательностей.
- •4.2.11. Предельные точки последовательности.
- •4.3. Понятие функции. Предел функции. Непрерывность.
- •4.3.1. Определение функции. Определение 1.
- •4.3.2. Способы задания функций.
- •4.3.3. Монотонные функции.
- •4.3.4. Сложная функция.
- •4.3.5. Обратная функция.
- •4.3.8. Односторонние пределы.
- •4.3.9. Пределы на бесконечности.
2.4.2. Полярное уравнение кривой второго порядка.
Пользуясь общим свойством эллипсов, гипербол и парабол, выведем общее уравнение этих кривых второго порядка в полярных координатах при некотором специальном выборе полярной системы координат.
Пусть дана произвольная из указанных линий (эллипс, ветвь гиперболы или парабола). Возьмем фокус F кривой (любой, если их два) и соответствующую ему директрису L (если рассматривается ветвь гиперболы, то берется фокус и директриса, ближайшие к этой ветви).
Введем полярную систему координат так, чтобы полюс О совпал с фокусом F, а полярная ось была направлена по оси симметрии кривой в сторону, противоположную директрисе L.
Возьмем на кривой произвольную точку М(;), соединим ее отрезком FM с фокусом и опустим перпендикуляр МК на директрису. Кроме того, из точки F проведем перпендикуляр FR к полярной оси до пересечения с кривой в точке R, а из точки R опустим перпендикуляр RQ на директрису (Рис. 12).
Обозначим FR через p и будем называть это число фокальным параметром. На основании общего свойства кривых второго порядка По тем же соображениям: или , откуда . |
Подставим найденные выражения для FM и КМ в равенство , получим:
(3)
Уравнение (3) называется уравнением кривой второго порядка в полярных координатах. При <1 кривая является эллипсом, при >1 - ветвью гипиерболы, при =1 - параболой.
Фокальный параметр Р из уравнения параболы определяется непосредственно. Для того, чтобы фокальный параметр выразить через параметры эллипса и гиперболы, следует заметить, что фокальный параметр Р является ординатой точки кривой, абсцисса которой равна абсциссе соответствующего фокуса (в выбранной при выведении канонического уравнения соответствующей кривой системе ХОY).
Подставляя вместо координат точки М(х;у) в уравнение эллипса координаты точки (-с;р), получим:
или ,
откуда следует
.
Аналогично, подставляя в уравнение гиперболы координаты точки (с;р), получим:
или ,
откуда следует соотношение
.
Рассмотрим несколько задач на кривые второго порядка.
Задача 1.
Дано уравнение гиперболы 16х2-9у2=144. Найти длины ее осей, координаты фокусов, эксцентриситет; составить уравнения директрис и асимптот гиперболы.
Решение.
Приведем уравнение гиперболы к каноническому виду и определим как параметры гиперболы, так и расстояние с от начала координат до фокуса:
или ,
откуда а=3, b=4, , эксцентриситет =.
Действительная ось 2а=6; мнимая ось 2b=8.
Уравнения директрис: .
Уравнения асимптот: .
Задача 2.
Составить уравнение эллипса, симметричного относительно координатных осей, зная, что он проходит через точки М1(2;3) и М2.
Решение.
Учитывая симметричность эллипса относительно осей координат, его каноническое уравнение будет иметь вид: и вместо текущих координат подставим в это уравнение сначала координаты точки М1, а затем координаты точки М2. Из получившейся системы уравнений:
определим параметры эллипса а и b.
Обозначив
, ,
получим следующую систему уравнений:
.
Решая ее, получим, что:
,
откуда а2=16, b2=12.
Следовательно, искомое уравнение эллипса будет:
.
Задача 3.
Найти вершину, фокус, ось и директрису параболы
у = -2х2 +16х-29.
Решение.
Преобразуем данное уравнение следующим образом:
Отсюда .
Обозначив х`= х-4 и у`= у-3, перейдем к новой системе координат O`x`y`, начало которой находится в точке O`(4;3), а оси O`x` и O`y` сонаправлены с осями Ох и Оу. В результате получим простейшее уравнение данной параболы
’.
Отсюда , то есть . Итак, вершина параболы находится в точке O`(4;3); координаты фокуса
xF = xO` = 4; ,
то есть F; уравнение оси параболы x = xO` = 4, то есть х-4=0; уравнение директрисы , то есть 8y-25=0.
Задача 4.
Уравнение эллипса привести в полярной системе координат к уравнению вида
.
Решение:
Найдем из данного уравнения параметры a, b, c, затем найдем эксцентриситет и фокальный параметр эллипса :
а2=4, b2=3, c2=1, , .
Искомое уравнение будет иметь вид:
или .
Задача 5.
Дано уравнение кривой в полярных координатах
.
Привести его к каноническому уравнению в прямоугольных координатах.
Решение.
В данном уравнении , . Так как эксцентриситет >1, то данное уравнение является уравнением гиперболы, у которой b2=c2-a2. Таким образом, данные параметры могут быть записаны в виде системы двух уравнений
Из этой системы находим, что а=1, с=3, b2=8. Следовательно, уравнение гиперболы имеет вид:
.