- •ВВЕДЕНИЕ
- •§ 1. Матрицы и простейшие операции над ними
- •Операции над матрицами
- •§ 2. Определители, их основные свойства и методы вычисления
- •2.1 Определители второго порядка
- •Свойства определителей второго порядка
- •2.2 Определители третьего порядка
- •2.3 Понятие об определителях высших порядков
- •§ 3. Обратная матрица и ее вычисление
- •4.2 Метод Крамера
- •4.3 Метод Гаусса
- •§ 5. Векторы, линейные операции над векторами
- •Линейные операции над векторами
- •§ 6. Проекция вектора на ось. Теоремы о проекциях
- •§ 7. Линейная зависимость векторов. Базис
- •7.1 Базис на плоскости и в пространстве
- •7.2 Прямоугольный Декартов базис. Декартова система координат
- •7.3 Направляющие косинусы вектора
- •7.4 Радиус-вектор
- •7.5 Условие коллинеарности двух векторов
- •7.6 Простейшие задачи
- •§ 8. Скалярное произведение векторов
- •8.2 Косинус угла между векторами
- •§ 9. Векторное произведение векторов
- •§ 10. Смешанное произведение трех векторов
- •§ 2. Прямая на плоскости
- •2.1 Общее уравнение прямой и его исследование
- •2.4 Уравнение прямой, проходящей через две данные точки
- •2.6 Уравнение прямой в отрезках
- •2.7 Нормальное уравнение прямой
- •2.8 Расстояние от точки до прямой
- •§ 3. Плоскость
- •3.1 Общее уравнение плоскости
- •3.2 Неполные уравнения плоскости
- •3.3 Уравнения плоскости в отрезках
- •3.4 Нормальное уравнение плоскости
- •3.6 Расстояние от точки до плоскости
- •§ 4. Прямая в пространстве
- •4.1 Уравнение линии в пространстве
- •4.2 Векторное уравнение прямой. Параметрические уравнения прямой
- •4.3 Канонические уравнения прямой
- •4.4 Уравнения прямой, проходящей через две точки
- •4.6 Прямая и плоскость в пространстве
- •§ 5. Плоские кривые второго порядка
- •5.1 Окружность
- •5.2 Эллипс
- •5.3 Гипербола
- •5.4 Парабола
- •§ 6. Преобразование системы координат на плоскости
- •6.1 Параллельный перенос осей координат
- •6.2 Поворот осей координат на угол α
- •§ 7. Полярная система координат на плоскости
- •8.1 Сфера
- •8.2 Цилиндрические поверхности
- •8.3 Конические поверхности
- •8.4 Поверхность вращения
- •8.5 Эллипсоид
- •8.6 Гиперболоид
- •8.7 Параболоид
- •Глава III МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
- •§ 1. Логическая символика, множества и операции над ними
- •§ 2. Функции и их классификация
- •Элементарные функции
- •§ 3. Абсолютные величины и соотношения, связанные с ними
- •Свойства модуля действительного числа
- •§ 4. Последовательность. Характер изменения переменных величин
- •§ 5. Понятие о пределе переменной
- •§ 6. Окрестность точки
- •§ 7. Предел функции в точке
- •§ 8. Односторонние пределы функции в точке
- •§ 9. Свойства функций, имеющих предел
- •§ 10. Бесконечно малые и бесконечно большие функции
- •§ 11. Основные теоремы о пределах
- •§ 12. Предел дробно-рациональной функции
- •§ 13. Первый замечательный предел
- •§ 14. Второй замечательный предел
- •§ 15. Сравнение бесконечно малых функций
- •§ 16. Непрерывность функции
- •§ 17. Операции над непрерывными функциями
- •§ 18. Свойства функций, непрерывных на отрезке
- •§ 19. Производная функции одной переменной
- •19.2 Основные свойства производной
- •19.3 Производная сложной функции
- •19.4 Производная обратной функции
- •19.5 Производная функции, заданной параметрическими уравнениями
- •19.6 Геометрический смысл производной
- •19.7 Уравнения касательной и нормали к линии
- •19.8 Дифференцирование элементарных функций
- •19.9 Производная степенно-показательной функции
- •19.10 Дифференцирование неявной функции
- •19.11 Производные высших порядков
- •19.12 Правила Лопиталя
- •19.13 Основные теоремы для дифференцируемых функций
- •19.14 Необходимые и достаточные условия монотонности функции. Экстремумы функции
- •19.15 Наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке
- •19.16 Выпуклость и вогнутость функции
- •19.17 Формула Тейлора
- •§ 20. Дифференциал функции одной переменной
- •20.1 Дифференциал и его геометрический смысл
- •20.2 Свойства дифференциала функции
- •20.3 Дифференциал сложной функции. Свойство инвариантности
- •20.4 Приближенное вычисление с помощью дифференциала
- •20.5 Дифференциалы высших порядков
- •§ 21. Функции многих переменных
- •21.1 Понятие функции нескольких переменных
- •21.2 Непрерывность функции двух переменных
- •21.3 Дифференцирование функции двух переменных
- •21.5 Полный дифференциал функции двух переменных
- •21.6 Приближенное вычисление с помощью полного дифференциала
- •21.7 Производные высших порядков функции двух переменных
- •21.9 Неявная функция. Дифференцирование неявной функции
- •21.10 Градиент функции многих переменных и его свойства
- •21.11 Экстремум функции нескольких переменных
- •ПРИЛОЖЕНИЕ
- •Список рекомендуемой литературы
27
Определение. Углом между векторами a и b называется наименьший угол ϕ ( 0 ≤ϕ ≤ π ), на который надо повернуть один из векторов относительно общей начальной точки до его совпадения со вторым.
Определение. Рассмотрим ось l , положительное направление которой совпадает с направлением единичного вектора e , расположенного на
оси. Под углом между вектором a и осью l понимают угол ϕ между векторами er и ar.
§ 6. Проекция вектора на ось. Теоремы о проекциях
→
Пусть l – некоторая ось, а AB – вектор, произвольно расположенные в пространстве. Обозначим через A1 и B1 проекции на ось l соответственно
начала A и конца B этого вектора. Предположим, что A1 на оси l имеет координату x1 , а B1 – координату x2 (рис. 1.6).
Определение. Разность x2 − x1 между координатами проекций конца
O
x1
тупой, то
A
A1
x2 < x1
|
|
|
|
и начала вектора |
→ |
на- |
|
|
B |
|
|
AB на ось l |
|||
|
|
|
|
зывается проекцией вектора |
→ |
||
|
|
|
|
AB |
|||
|
B1 |
l |
на эту ось. |
|
|
||
|
Если вектор |
→ |
|
||||
x2 |
|
AB образует с |
|||||
|
осью l острый угол, то x2 > x1 , и |
||||||
Рис. 1.6 |
|
проекция |
x2 − x1 > 0, если угол |
||||
|
|
|
→ |
|
|||
|
|
|
|
между осью l и вектором AB – |
|||
|
|
|
|
→ |
l , то проекция равна 0. |
||
и проекция отрицательна. Если AB |
Теорема 1. Проекция вектора a на ось l равна модулю вектора a , умноженному на косинус угла ϕ между вектором и осью:
прl a = a cosϕ .
Доказательство. Проекция вектора a не изменится при любом его переносе параллельно самому себе, т.к. при этом x2 и x1 изменяются на одну и ту же
величину. Поэтому достаточно рассмотреть случай, когда начало вектора совпадает с началом O оси l .
|
ar |
B |
B |
|
|
|
B |
|
|
|
|
a |
ϕ |
|
ar |
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
|
ϕ |
|
π −ϕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
O |
|
B1 l |
B1 |
O |
l |
O |
|
l |
Рис. 1.7 |
Рис. 1.8 |
Рис. 1.9 |
28
Если угол ϕ между вектором и осью острый ( 0 ≤ϕ ≤π2 ) (рис. 1.7), то
|
|
|
|
|
|
прl ar = |
|
|
|
|
→ |
|
|
|
|
|
ar |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
OB1 |
= |
OB |
cosϕ = |
cos |
ϕ . |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Если же угол ϕ тупой (π 2 ≤ϕ ≤π ) (рис. 1.8), то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
прl ar = − |
|
B1O |
|
= − |
|
OB |
|
cos(π −ϕ) = |
|
OB |
|
cosϕ = |
|
ar |
|
cosϕ . |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Наконец, если ϕ = π |
|
|
(рис. 1.9), то пр a = 0 и cosϕ = 0. Таким образом, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
снова имеем соотношение |
|
|
|
прl a = |
|
|
a |
|
cosϕ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Теорема 2. Проекция суммы двух векторов на ось равна сумме проек- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ций слагаемых векторов на ось. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
→ |
→ |
|
→ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Доказательство. |
|
Пусть |
AC = AB+ BC . Обозначим через x1 , x2 |
и x3 коор- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
динаты проекций A1 , |
B1 |
и C1 на |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ось l точек A , B , C (рис.1.10). |
|||||||||||||||
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
→ |
|
|
|
|
|
→ |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
прl AB = x2 |
− x1 , прl BC = x3 − x2 , |
|||||||||||||||
|
|
x1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
→ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
прl AC = x3 |
− x1 , т.е. |
|
|
|
|
||||||||||
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
→ |
|
|
|
|
→ |
|
→ |
|||||||
|
|
|
|
x3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
прl AC |
= прl AB+ прl |
BC . |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
Рис. 1.10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Замечание. Эту теорему можно обобщить на случай любого числа слагаемых.
Теорема 3. прl (λ a)= λ прl a .
Доказательство. Прежде всего заметим, что если вектор ar составляет с осью угол ϕ и λ > 0 , то вектор λa имеет то же направление, что и вектор a , и составляет с осью также угол ϕ . Если же λ < 0 , то направление вектора λa
противоположно направлению a и вектор λa составляет с осью |
угол |
|||||||||||||||||||||||||||||||
π −ϕ =ϕ1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По теореме 1 имеем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1) |
λ > 0 ; |
прl (λar)= |
|
λar |
|
cosϕ = |
|
|
λ |
|
|
|
|
ar |
|
cosϕ = λ |
|
ar |
|
|
|
cosϕ = λ прl |
ar; |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
2) |
λ < 0 ; |
прl (λar)= |
|
|
λar |
|
cosϕ1 = |
|
|
λ |
|
|
|
ar |
|
|
cosϕ1 = −λ |
|
|
|
ar |
|
cos(π −ϕ)= |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= λ ar cosϕ = λ прl ar.
Следствие. Проекция разности двух векторов на ось равна разности проекций этих векторов на эту же ось.