Список рекомендуемой литературы Основная
Аверьянов В.Е., Никулин В.А., Понамарев В.А. Математика: Учеб. Пособие / Под ред. В.А. Никулина.- Ижевск, КИГИТ, 2004.
Баврин И.И., Матросов В.Л. Общий курс высшей математики. – М.: Просвещение, 1995.
Данко П.Е.,Попов А.Г., Кожевникова Т.Я. Высшая математика в упражнениях и задачах. В 2 ч. Учебное пособие для вузов – М.: Высшая школа, 1999.
Шипачев В.С. Высшая математика. Учебник для вузов. - М.:Высшая школа,2003.
Дополнительная
Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математики для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1980.
Высшая математика для экономистов / Н.Ш. Кремер, Б.А. Путко, И.М. Тришин, М.Н. Фридман. – М.: ЮНИТИ, 2000.
Беклкмемишев Д.В. Курс аналитической геометрии и линейной алгебры. – М.: Наука, 1976.
Никольский С.М. Курс математического анализа. – М.: Наука, 1983. – Т.1.
Баврин И.И. Курс Высшей математики. – М.: Просвещение, 1992.
Пример 1.
Дана система трех линейных уравнений с тремя неизвестными. Доказать ее совместност ь и решить тремя способами: 1) с помощью формул Крамера; 2) методом матричного исчисления; 3) методом Гаусса.
1) x1 - 5х2 + 2х3 = 6
3x1 - х2 - х3 = - 3
-2x1 + 2х2 + 3х3 = 3
Решение.Вычислим определитель системы.
∆== 1∙(-1)∙3 + (-5)∙(-1)∙(-2) + 2∙3∙2 - 2∙(-1)∙(-2) – (-5)∙3∙3 - 1∙(-1)∙2=42.
Так как ∆≠0, то система совместна и имеет единственное решение.
Найдем ∆1, ∆2,∆3, - определители третьего порядка, полученные из определителя системы ∆ заменой 1, 2 и 3-го столбца соответственно столбцом свободных членов.
∆1 == - 42,∆2 = = -42,,∆3 == 42.
Подставляя найденные значения определителей в формулы Крамера, получаем искомое решение системы: х1=∆1/∆=-1, х2= ∆2/∆=-1, х3= ∆3/∆= 1.
Сделаем проверку.
-1 - 5∙ (-1) + 2∙1 = 6 - верно,
3∙(-1) – (-1) – 1 = -3 - верно,
-2∙(-1) + 2∙(-1) + 3∙1 = 3 - верно.
Ответ: х1=-1, х2= -1, х3= 1.
2) Решим систему методом Гаусса.
x1 - 5х2 + 2х3 = 6
3x1 - х2 - х3= - 3
-2x1 + 2х2 + 3х3 = 3
Расширенная матрица системы имеет вид . Преобразуем расширенную матрицу системы следующим образом.
Шаг 1. 1-ю строку умножая на (- 3), 2 и прибавляя полученные строки соответственно ко второй, третьей строкам, исключим переменную x1 из второй и третьей строк .
Шаг 2. 2-ю строку умножая на 4 и прибавяя к 3-ей, исключим из нее переменную х2.
Таким образом , имеем:
Используя обратный ход метода Гаусса найдем
из 3-го уравнения : 3х3 = 3 х3 = 1
из 2 -го уравнения : 2х2 - х3 = -3 2х2 - 1 = -3 х2 = -1
из 1 -го уравнения : x1 - 5х2 + 2х3 = 6 x1 + 5 + 2 = 6 x1 = -1
Ответ: х1=-1, х2= -1, х3= 1.
3). Решим систему уравнений матричным методом. Здесь
A = ; Х=;В=.
Так как определитель матрицы системы отличен от нуля: |A|= 42 , то матрицаАимеет обратную. Для нахождения обратной матрицыА-1вычислим алгебраические дополнения элементов матрицыАи составим матрицу из алгебраических дополнений
||Ai j|| = . Транспонируем матрицу из алгебраических дополнений||Ai j ||T = . Разделив каждый элемент транспонированной матрицы на определитель, получим обратную матрицуА-1=1/42 .
Умножив слева обратную матрицу на матрицу столбец свободных членов, получим искомую матрицу столбец неизвестных: Х=А-1∙В или
Х= = 1/42 = 1/42 = .
Ответ: х1=-1, х2= -1, х3= 1.
Пример 2. Даны вершиныА1(3; -2; 2), А2(1; -3; 1), А3(2; 0; 4),А4(6; -4: 6).Средствами векторной алгебры найти:
1) длину ребра А1 А2
2) угол между ребрами А1 А2 иА1 А3
3) площадь грани А1А2А3
4) объем пирамиды А1А2А3А4
Решение. 1) Находим вектор А1А2:
=(1 - 3)i + (-3 – (-2))j +(1 – 2)k= - 2i - 1j - k .
Длину вектора, т.е. длину ребра А1А2 найдем по формуле
2) Найдем координаты вектора =(2 – 3)i +(0 –(- 2))j +(4 -2)k= - i + 2j + 2k .
Скалярное произведение векторов и находим по формуле
∙=(-2) ∙ (-1) + (-1) ∙ 2 + (-1) ∙ 2 = - 2, а косинус угла между ними – по формуле:.
Отсюда следует, что φ– тупой угол, φ=π –arccos0,27 = 1,85 рад с точностью до 0,01. Это и есть искомый угол между ребрами А1 А2 и А1 А3 .
3) Площадь грани А1А2А3 равна половине площади параллелограмма, построенного на векторах и , т.е. половине модуля векторного произведения этих векторов:
x =.
Здесь определитель вычисляется с помощью разложения по первой строке. Следовательно,
.
4) Объем V пирамиды равен 1/6 объема параллелепипеда, построенного на векторах
, и . Вектор =3 i - 2j + 4k . Используя формулу
.
Пример.Найти центры и привести к каноническому виду и построить кривые :
1) 2 x2+ 3y2- 4x+ 6y- 7 = 0 ;
2) 2 xy=a2
Решение 1).B = 0, = -720 ,= 6 > 0 -эллипс
Выполним приведение к полному квадрату: 2 (x - 1)2 + 3 (y + 1)2 - 12 = 0
Координаты центра симметрии ( 1; - 1),линейное преобразованиеX = x - 1, Y = y + 1приводит уравнение к каноническому видуX2 /6 + Y2 /4 = 1, гдеa = 2.48 ,b = 2
2). B = 1, = a20 , = - 1 < 0- гипербола
Центр системы координат находится в центре симметрии кривой, т.к. в уравнении нет линейных членов. Совершим поворот осей на угол .. По формуле ( 45 ) имеемtg 2 = B/(A - C) = , т.е. = 450. Коэффициенты канонического уравнения ( 46 )A+ , C+ определяются уравнением ( 48 ) :t2 = 1илиt1,2 = 1 A+ = 1, C+ = -1, т.е.X2 - Y2 = a2 или X2 / a2 - Y2 / a2 = 1
Уравнение2х у = а2описывает гиперболу с центром в (0;0).Оси симметрии располагаются по биссектрисам координатных углов, асимптотами служат оси координат, полуоси гиперболы равны а.