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

отвкты на математику

.pdf
Скачиваний:
23
Добавлен:
22.05.2015
Размер:
2.27 Mб
Скачать

 

х х1

 

у у1

 

 

х

2

х

у

2

у

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

Уравнение прямой в отрезках

Пусть прямая пересекает ось Ох в точке

М1 (а,0) , а ось Оу - в точке М 2 (0,b) .

Подставим координаты этих точек в уравнение прямой, проходящей через две точки,

у 0

 

x

a

После преобразований получим:

b 0

 

a

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

y

1

 

 

 

 

 

 

a

b

 

 

 

 

 

 

 

 

Это уравнение называется уравнением прямой в отрезках, так как числа a и b указывают, какие отрезки отсекает прямая на осях координат.

19. Прямая с угловым коэффициентом.

Опр: Угловым коэффициентом прямой называется тангенс угла между прямой и

положительным

направлением

оси

ОХ.

Обозначается

угловой

коэффициент: k=tg

 

(0 )

, где

-

угол между

прямой и

положительным направлением оси ОХ.

b- отрезок, который прямая отсекает на оси

ОУ

уравнение y kx b уравнением прямой с угловым коэффициентом.

Если прямая проходит через начало координат, то b = 0 и, следовательно, уравнение этой прямой будет иметь вид у = кх.

Если прямая параллельна оси Ох, то = 0, следовательно, k= tg = 0 и уравнение примет вид у = b.

Если прямая параллельна оси Оу, то уравнение имеет вид: х = а где а — абсцисса точки пересечения прямой с осью Ох.

Прямая, проходящая через точку, в данном направлении

Пусть прямая проходит через точку M0 (x0 , y0 ) и ее направление

характеризуется конкретным угловым коэффициентом к. Уравнение этой прямой можно записать в виде:

y y0 k (

Уравнение y y0 k (x x0 ) с различными значениями к называют также уравнениями пучка прямых с центром в точке M0 (x0 , y0 ) .В этом пучке нельзя определить лишь прямую, параллельную ори Оу.

20. Угол между прямыми и расстояние от точки до прямой.

Угол между прямыми в пространстве

Пусть две прямые 1

и 2 заданы каноническими уравнениями:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

x x1

 

y y1

 

 

z z1

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m1

 

n1

 

 

p1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

x x2

 

y y2

 

z z2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m2

 

n2

 

 

 

p2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выпишем направляющие векторы этих

 

 

 

 

 

 

 

 

 

прямых:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s1 (m1 , n1 , p1 ) ,

 

s2 (m2 , n2 , p2 ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Угол между прямыми равен углу между их

 

 

 

 

 

 

 

 

 

направляющими

 

векторами:

cos

 

 

s1

 

 

s2

 

 

 

 

m1 m2 n1

n2

p1 p2

 

 

.

Для

нахождения

острого угла

 

между

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

s

2

 

 

 

m2

n2 p 2

m2

n2 p

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

1

2

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

прямыми, числитель правой части следует взять по модулю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ││ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие

 

параллельности

 

 

прямых:

s1 ││ s2 ,

или

в

координатной форме:

m1

 

 

n1

 

 

p1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m2

 

 

 

n2

 

p2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие

перпендикулярности

прямых: 1

 

2

s1 s2 , а

в

координатной форме: m1 m2 n1 n2 p1 p2

0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расстояние от точки до прямой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть заданы координаты точки М * (х* , у* )

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

уравнение прямой : Ах+Ву+С=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расстояние от точки до прямой есть длина перпендикуляра, опущенного из точки на прямую:

Ах* Ву * С

(М * , )

А2 В2

21. Эллипс.

каноническое

Каноническое уравнение эллипса, с центром в начале координат:

Полуосями этого эллипса являются по оси ОХотрезок а, и по оси ОУотрезок b. Таким образом, эллипс имеет две оси симметрии: ось ОХ и ось ОУ. Четыре вершины: точки с

координатами (-а;0); (а;0); (0;-b); (0;b).

Если величина а

b, то

. На

большей оси в точках с координатами

и

(с, 0) находятся фокусы эллипса.

Эксцентриситетом эллипса называется

,т.е. отношение половины расстояния между

фокусами к большей полуоси. Для эллипса

Характеристическое свойство эллипса: Эллипсом называется геометрическое место точек, сумма расстояний от каждой из которых до двух данных точек той же плоскости, называемых фокусами, постоянна и равна удвоенной большей полуоси.

22.

-каноническое уравнение эллипса,

центр симметрии которого находится в точке

Q(,

полуоси эллипса: по ОХ равна a, по оси ОУ

равна b.

 

 

 

Фокусы

находятся

в

точках:

Пример: Построить эллипс, уравнение которого:

,найти его фокусы

и эксцентриситет.

Решение: Центром симметрии эллипса является точка Q(2; -3), полуоси эллипса: а=3; b=2; ; фокусы эллипса находятся в точках:

.

23. Гипербола.

Каноническое уравнение гиперболы, с центром в начале координат:

Полуосями этой гиперболы являются по оси ОХотрезок а, и по оси ОУотрезок b. Таким образом, гипербола имеет две оси симметрии: ось ОХ и ось ОУ. Четыре вершины: точки с

координатами (-а;0); (а;0);

(0;-b);

(0;b).

Если величина

, то полуось а называется

действительной, b-мнимой.

 

 

 

. На продолжении действительной оси в точках с

координатами

и

(с,

0)

находятся фокусы

гиперболы. Эксцентриситетом

гиперболы называется

,т.е.

отношение половины

расстояния между фокусами к

действительной полуоси. Для гиперболы Гипербола имеет две асимптоты, уравнения которых:

24.

Гиперболой, сопряженной к данной, называется гипербола:

Для этой гиперболы а- мнимая полуось, b-действительная.

. Фокусы

находятся в точках:

и (0, с).

 

Характеристическое свойство гиперболы:

гиперболой называется геометрическое место точек, модуль разности расстояний от каждой из которых до двух данных точек этой же плоскости, называемых фокусами постоянна и равна

удвоенной действительной полуоси.

-каноническое

уравнение гиперболы, центр симметрии которого находится в точке Q(,полуоси гиперболы: действительная по ОХ равна a, мнимая по оси ОУ равна b.

Фокусы находятся в точках: Пример: Построить гиперболу, каноническое уравнение которой:

найти фокусы и эксцентриситет.

Решение: центр симметрии гиперболы находится в точке:Q(1,-2), действительная полуось а=4; мнимая полуось b=3.

с=5.

Фокусы:

Эксцентриситет: =1,25.

25. Парабола.

26. Парабола

Каноническое уравнение параболы с вершиной в начале координат:

Характеристическое свойство параболы:

параболой называется геометрическое место точек, равноудаленных от точки, называемой фокусом и от прямой, называемой директрисой.

Расстояние от фокуса до директрисы называется параметром параболы и обозначается . Вершина параболы находится посередине между фокусом и директрисой. Фокус находится на оси симметрии внутри параболы, для данной параболы F(

перпендикулярна оси симметрии, находится вне параболы, ее уравнение х = .

Пример: Построить параболу, определить ее фокус и директрису:

27. -4·(x-4)=(y+3)²

Решение: Уравнение параболы в общем виде:

28.p·(x-a)=(y-b)²

Внашем уравнении: a=4,b=-3, 2p=4, p=2.

Фокус:F(a-p/2;b)=F(3;-3) Директриса x=p/2+a x=5.

Вершина параболы находится в точке Q(4; -3),

29. Плоскость по точке и нормали.

Опр.: Нормалью к плоскости называется вектор, перпендикулярный к данной плоскости.

n( A, B, C)

M 0 ( x0 , y0 , z0 )

М(x,y,z)

Пусть

необходимо

составить уравнение плоскости,

проходящей

 

через заданную

точку

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M 0 (x0 , y0 , z0 ) и перпендикулярной вектору n ( A, B,C) .

 

 

 

 

Предположим,

что такая плоскость построена,

возьмем на

ней произвольную

точку

 

 

 

 

 

 

 

 

М(x,y,z)

. Составим

вектор М 0 М (х х0 , y y0 , z z0 ) . Вектор

 

М 0 М перпендикулярен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вектору n , следовательно, их скалярное произведение

равно нулю: n M 0 M 0 , это условие

имеет вид::

 

 

 

 

 

 

 

 

A(x x0 ) B( y y0 ) C(z z0 ) 0

 

 

 

 

 

Данный способ задания плоскости называется

плоскость по точке М 0 ( х0 , y0 , z0 ) и

нормали n ( A, B,C) . Имея уравнение плоскости в общем виде: Ax+ By+ Cz+ D=0, можно выписать нормаль к плоскости n ( A, B,C) .

Пример: Составить уравнение плоскости, проходящей через точку А(1,2,-3), параллельно плоскости 3x-4y+5z-2=0

Решение: Выпишем нормаль к плоскости, т.е. вектор перпендикулярный плоскости: n (3, 4,5) . Так как необходимо построить плоскость параллельную данной, то можно

использовать вектор n в качестве нормали к искомой плоскости. Составляем уравнение плоскости по точке А и нормали n : 3 (x 1) 4 ( y 2) 5 (z 3) 0 после преобразования получим:

3x-4y+5z+20=0

Ответ: 3x-4y+5z+20=0.

30. Плоскость по точке и двум направляющим.

Опр.: Два неколлинеарных вектора, параллельные плоскости, называются направляющими векторами этой плоскости.

Пусть необходимо составить уравнение плоскости, проходящей через заданную точку

M 0 (x0 , y0 , z0 )

заданным

p (m1 , n1 , k1 )

и параллельную векторам и q (m2 , n2 , k2 ) .

Считаем,

что такая плоскость

построена, возьмем произвольную

точку М(x,y,z) этой плоскости и

составим

вектор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М 0 М (х х0 , y y0 , z z0 ) .

При

 

 

 

любом расположении точки М,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

векторы М 0 М , p, q компланарны,

т.е.

 

 

 

их смешанное произведение равно

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Запишем это условие в векторной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

форме: М 0 М p q 0 . Запишем в координатной форме:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х х0

y y0

z z0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m1

n1

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m2

n2

k2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Данный способ задания плоскости называется плоскость по точке M 0 (x0 , y0 , z0 ) и двум направляющим векторам p (m1 , n1 , k1 ) и q (m2 , n2 , k2 ) .

 

31. Плоскость по трем точкам и уравнение в отрезках.

 

Уравнение плоскости, проходящей через три заданные точки

 

Пусть необходимо составить уравнение плоскости, проходящей через три заданные , не

 

лежащие на одной прямой, точки: М 0 (x0 , y0 , z0 ), M1 (x1 , y1 , z1 ), M 2 (x2 , y2 , z2 )

 

Считаем, что такая

 

плоскость построена, составим

два

вектора

М 0 М1 (x1 x0 , y1 y0 , z1 z0 ) и M 0 M 2 (x2 x0 , y2 y0 , z2 z0 ) .

Эти векторы являются направляющими векторами плоскости. Составим уравнение

плоскости по точке М 0 и двум направляющим векторам М 0 М1иМ 0 М 2 .

 

 

x x0

y y0

z z0

 

 

 

 

 

x1 x0

y1 y0

z1 z0

0

 

 

x2 x0

y2 y0

z2 z0

 

 

 

 

 

 

 

Данный способ задания плоскости называется плоскость по трем точкам. Пример: Составить уравнение плоскости АВС, если даны координаты точек:

A 3; 2;2 ; B 1; 3;1 ; C 2;0;4

Решение: Составим уравнение плоскости ABC по трем точкам:

 

x 3

y 2

z 2

 

x 3

y 2

z 2

 

 

 

 

 

 

1 3

3 2

1 2

0 ,

2

1

1

 

0 ,

 

2 3

0 2

4 2

 

1

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем разложение определителя по первой строке:

x 3 2 2 y 2 4 1 z 2 4 1 0 ,

5 y 2 5 z 2 0 ,

5y 5z 20 0 , разделим уравнение на 5: y z 4 0 .

Ответ: y z 4 0 .

Уравнение плоскости в отрезках

Пусть необходимо составить уравнение плоскости, отсекающей на осях координат OX, OY, OZ соответственно отрезки a,b,c, т.е. плоскость проходит через точки A(a,0,0), B(0,b,0) и

C(0,0,c).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставим координаты этих точек в

уравнение

плоскости

по трем

точкам:

 

x a

y

z

 

 

 

x a y

z

 

 

 

 

 

 

0 a

b

0 0

0 ,

 

 

a b

0

0 ,

 

0 a

0 0

c 0

 

 

 

a 0

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

преобразуем определитель, получим:

b c x a c y a b z a b c 0 или

b c x a c y a b z a b c

разделим уравнение на abc, получим:

ax by cz 1

32. Угол между плоскостями и расстояние от точки до плоскости.

Угол между плоскостями Пусть заданы две плоскости 1 : А1 х В1 у С1 z D1 0

2 : А2 х В2 у C2 z D2 0 .

 

 

Углом между

плоскостями называется

один из двухгранных углов, образованных при

пересечении этих плоскостей. Выпишем нормали

 

 

 

 

 

 

 

к

плоскостям:

 

n1 ( A1 , B1 ,C1 )

и

 

 

 

 

n2 ( A2 , B2 ,C2 ) . Угол между плоскостями равен

углу между нормалями к плоскостям, т.е. Косинус

угла между плоскостями вычисляется по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

 

n1

 

n2

 

 

 

A1 A2 B1

 

B2 C1

C2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

n

2

 

 

 

A2

B2 C 2

 

 

A2 B2

C 2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие перпендикулярности плоскостей:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

n1

n2 ,

это условие в векторной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

форме:

 

n1 n2

0 ,

или

в координатной форме:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A1 A2 B1 B2 C1 C2 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие параллельности плоскостей:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

n1

n2

, или в координатной форме:

координаты векторов должны быть пропорциональны:

 

A1

 

 

 

B1

 

C1

 

 

 

 

A2

 

 

B2

C2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расстояние от точки до плоскости

 

 

Пусть задана

точка: M * (x* , y* , z* )

и

плоскость:

Ax By Cz D 0

расстояние d от точки

до

плоскости

находится по формуле:

 

 

 

 

d

 

Ax* By * Cz* D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A2 B 2

C 2

 

 

 

 

 

 

33. Прямая в пространстве по точке и направляющему вектору.

 

 

 

 

 

 

Пусть необходимо составить уравнение прямой , проходящей через точку

М 0 (х0 , у0 , z0 ) ,

параллельно заданному вектору s (m, n, p) .Возьмем произвольную точку М(x,y,z) на прямой

.

Вектор М 0 М (x x0 , y y0 , z z0 ) параллелен вектору s , следовательно , их координаты пропорциональны:

 

х х0

 

y y0

 

z z0

 

 

m

n

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Данный способ задания прямой называется прямая по точке М 0 (х0 , у0 , z0 ) и направляющему вектору s (m, n, p) . Уравнение прямой получено в каноническом виде.

34. Прямая в пространстве по двум точкам.

 

 

Пусть необходимо составить уравнение прямой

, проходящей через две заданные точки:

 

 

 

М 0 (х0 , у0 , z0 ) и M1 (x1 , y1 , z1 ) . Вектор

M 0 M1 (x1 x0 , y1 y0 , z1 z0 ) является