k_Fomin
.pdf
|
r |
r |
|
|
|
|
(3b)(−8c) = −504 ; |
|
|
||
г) |
r |
−2; 7}, |
r |
{1; |
−3; 2} |
b ={1; |
c = |
11 ≠ −−23 ≠ 72 br|| cr ; rr
bc = 21 (см. п. в) ); rr r r bc = 21 ≠ 0 b c ;
д) |
r |
r |
r |
rrr |
; |
|
|
|
|
(5a)(4b)(3c) = 60abc |
|
|
|
|
|||||
|
rrr |
|
(см. п. а) ) |
|
|
|
|
|
|
|
abc =18 |
|
|
r |
r |
|
|||
|
r |
r |
r |
|
|
векторы |
не компланарны. |
||
|
(5a)(4b)(3c) =1080 ≠ 0 |
5a , |
4b , 3c |
Задача 2.3 решена.
2.4. ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГЕОМЕТРИИ В ПРОСТРАНСТВЕ
Пусть в пространствеrзадана ДПСК и α − некоторая плоскость.
Нормальный вектор n плоскости α :: = любой ненулевой вектор, перпендикулярный к этой плоскости.
Пусть плоскость α проходит через данную точку M0 (x0 , y0 , z0 ) и имеет заданный нормальный вектор n ={A, B,C}
(рис. 29).
Рис. 29
Найдем уравнение плоскости α . |
|
|
|
r uuuuuur |
r uuuuuur |
|
|
|
|
|
|
||
Пусть M (x, y, z) − переменная точка с текущими координатами x , y , z . Тогда M α n M0 M |
n M0 M |
= 0 ; |
||||
r |
|
uuuuur |
− x0 , y − y0 , z − z0}; |
|
|
|
n ={A, B,C}; |
M0 M ={x |
|
|
|
||
r |
uuuuuur |
|
|
|
|
|
n |
M0 M = A(x − x0 ) + B( y − y0 ) +C(z − z0 ) . |
|
|
|
||
r uuuuuur |
|
|
|
|
|
|
Соотношение n M0 M = 0 принимает вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A(x − x0 ) + B( y − y0 ) +C(z − z0 ) = 0 . |
(58) |
||
Итак, уравнение плоскости α , проходящей через данную точку |
M0 (x0 , y0 , z0 ) и имеющий заданный нормальный вектор |
|||||
r |
|
|
|
|
|
|
n ={A, B,C} задается соотношением (58). |
|
|
|
|
|
|
Уравнение (58) можно записать в виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ax + By +Cz + D = 0 , |
|
(59) |
|
где D = −Ax0 − By0 −Cz0 . |
|
|
|
|
|
|
Уравнение (59) называется общим уравнением плоскости. Коэффициенты при x , y , z |
в этом уравнении являются ко- |
|||||
ординатами нормального вектора данной плоскости. |
|
|
|
|
|
|
Выведем уравнение плоскости α , проходящей через три данные точки M1(x1, y1, z1 ) , |
M2 (x2 , y2 , z2 ) , M3 (x3 , y3 , z3 ) , не |
|||||
лежащие на одной прямой (рис. 30). |
|
|
|
|
|
|
Рис. 30
uuuur uuuuuur
Пусть M (x, y, z) − переменная точка с текущими координатами x , y , z . Тогда M α векторы M1M , M1M2 , uuuuuuur
M1M3 компланарны
|
|
|
|
|
uuuur |
uuuuuuur |
uuuuuuur |
|
|
Имеем: |
|
|
|
|
M1M |
M1M2 |
M1M3 |
= 0 . |
(60) |
uuuuur |
|
|
z − z1}; |
|
|
|
|
||
|
|
, y − y1, |
|
|
|
|
|||
|
M1M ={x − x1 |
|
|
|
|
||||
|
uuuuuuur |
={x2 |
− x1 |
, y2 − y1 |
, z2 − z1}; |
|
|
|
|
|
M1M2 |
|
|
|
|
||||
|
uuuuuuur |
={x3 |
− x1 |
, y3 − y1 |
, z3 − z1}; |
|
|
|
|
|
M1M3 |
|
|
|
|
uuuuur uuuuuuur uuuuuuur |
|
x − x1 |
|
||
M1M M1M2 M1M3 |
= |
x2 − x1 |
|
|
x3 − x1 |
Соотношение (60) принимает вид
y − y1 y2 − y1 y2 − y1
z − z1 z2 − z1 . z3 − z1
x − x1 x2 − x1 x3 − x1
y − y1 y2 − y1 y3 − y1
z − z1
z2 − z1 = 0 . (61) z3 − z1
Итак, уравнение искомой плоскости α имеет вид (61).
Определитель в левой части (61) нужно раскрывать по элементам первой строки. В результате уравнение (61) сведется к виду (59).
Угол между двумя плоскостями определяется как угол между нормальными векторами этих плоскостей: пусть
α : A1x + B1 y +C1z + D1 = 0 ; : A2 x + B2 y +C2 z + D2 = 0 ,
ψ − угол между плоскостями α и β , тогда
ruu
cos ψ = uurn1 nuur2 , n1 n2
|
uur |
={A1, B1,C1}; |
uur |
={A2 , B2 ,C2}. Следовательно, |
|
|
|
|
где |
n1 |
n2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
ruu |
|||
|
|
|
|
|
n1 n2 |
|||
|
|
|
|
ψ = arccos |
uur |
|
uur |
. |
|
|
|
|
|
n1 |
|
n2 |
|
Пусть в пространстве дана некоторая прямая d . Рассмотрим две различные плоскости α и β , пересекающиеся по пря-
мой d (рис. 31).
Пусть α и β заданы уравнениями
α : A1x + B1 y +C1z + D1 = 0 ; β : A2 x + B2 y +C2 z + D2 = 0 .
Рис. 31
Тогда прямую d можно задать системой двух уравнений
|
|
A x + B y +C z + D = 0 ; |
(62) |
||||
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0 . |
|
|
|
A2 x + B2 y +C2 z + D2 = |
|
||||
Уравнения (62) называются общими уравнениями прямой d . |
|
|
|
|
|
||
Направляющий вектор |
r |
прямой d :: = любой ненулевой вектор, параллельный данной прямой. |
|
||||
a |
|
||||||
Выведем уравнения прямой d , проходящей через данную точку M0 (x0 , y0 , z0 ) |
и имеющей заданный направляющий |
||||||
r |
|
|
|
|
|
|
|
вектор a ={l, m, n} (рис. 32). |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 32
Пусть M (x, y, z) − переменная точка с текущими координатами x , y , z . Тогда
|
|
M d M0M || |
ar . |
(63) |
|||||
|
uuuuuur |
={x − x0 , y − y0 , z − z0}. В силу первого признака коллинеарности векторов |
|
|
|
|
|||
Заметим, что |
M0 M |
|
|
|
|
||||
|
|
M0M || ar |
x − x0 |
= |
y − y0 |
= |
z − z0 |
. |
(64) |
|
|
l |
m |
|
|||||
|
|
|
|
|
n |
|
В силу (63), (64) уравнения прямой d , проходящий через данную точку M0 (x0 , y0 , z0 ) и имеющей заданный направ- |
|||||||
r |
|
|
|
|
|
|
|
ляющий вектор a ={l, m, n}, записываются в виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
x − x0 |
= |
y − y0 |
= |
z − z0 |
. |
(65) |
|
l |
m |
|
||||
|
|
|
n |
|
|||
Уравнения (65) называются каноническими уравнениями прямой d . |
|
|
|
|
|
|
|
Найдем уравнения прямой d , проходящей через две данные точки M1(x1, y1, z1 ) и M2 (x2 , y2 , z2 ) |
(рис. 33). |
Рис. 33
В качестве направляющего вектора прямой d |
можно взять вектор |
uuuuuur |
={x |
|
− x , y |
|
− y , z |
|
− z |
}: |
r |
uuuuuur |
. Тогда, |
|||||||||||||
M |
M |
2 |
|
2 |
2 |
a |
= M |
M |
2 |
|||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|||||
беря в качестве M0 точку M1 и используя (65), получаем уравнения прямой d : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
x − x1 |
= |
|
y − y1 |
|
= |
|
z − z1 |
. |
|
|
|
|
|
|
(66) |
||||||||
|
|
|
x − x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
y |
2 |
− y |
|
|
z |
2 |
− z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Уравнения (66) называются каноническими уравнениями прямой, проходящей через две данные точки M1(x1, y1, z1 ) и
M2 (x2 , y2 , z2 ) .
Задача 2.4. По координатам вершин пирамиды A1 A2 A3 A4 найти:
а) длины ребер A1 A2 и A1 A3 ;
б) угол между ребрами A1 A2 и A1 A3 ;
в) площадь грани A1 A2 A3 ; г) объем пирамиды;
д) уравнения прямых A1 A2 и A1 A3 ;
е) уравнения плоскостей A1 A2 A3 и A1 A2 A4 ;
ж) |
угол между плоскостями A1 A2 A3 |
и A1 A2 A4 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1(6;1; 4) ; A2 (2; −2; −5) ; |
|
|
|
A3 (7;1; 3) ; |
|
A4 (1; −3; 7) . |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
а) |
Используя формулу для вычисления расстояния между двумя точками A(x1, y1, z1) |
и B(x2 , y2 , z2 ) пространства |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AB |
|
= (x − x |
|
)2 |
|
|
+(y |
2 |
|
− y |
)2 |
+(z |
2 |
− z )2 |
, |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
получаем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A A |
|
|
= |
|
|
(2 −6)2 +(−2 −1)2 |
+(−5 − 4)2 |
= |
|
16 +9 +81 = |
|
106 ; |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A A |
|
= (7 −6)2 +(1−1)2 +(3 − 4)2 = 1+ 0 +1 = 2 . |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Итак, |
|
A1 A2 |
|
= |
106 , |
|
|
A1 A3 |
|
= 2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uuuur |
uuuur |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
Угол ϕ между ребрами A1 A2 и A1 A3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
б) |
равен углу между векторами A1 A2 и |
A1 A3 , следовательно, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uuuur |
|
uuuuur |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos ϕ = |
|
A1 A2 |
|
A1 A3 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uuuuur |
|
|
|
|
uuuuur |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1 A2 |
|
|
|
|
|
A1 A3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
uuuuur |
{2 −6; −2 −1; −5 − 4}, |
|
|
|
uuuuur |
={−4; −3; −9}; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
Имеем: |
|
|
|
A1 A2 = |
|
|
|
A1 A2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uuuuur |
={7 −6;1−1;3 −4}, |
|
|
uuuur |
|
|
|
|
−1}; |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1 A3 |
|
|
A1 A3 ={1;0; |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uuuuur |
|
|
|
uuuuur |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1 A2 |
A1 A3 |
= −4 1+ (−3) |
0 + (−9) (−1) = −4 + 0 +9 = 5 , |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uuuur |
|
uuuuur |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1 A2 |
|
A1 A3 |
= 5 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uuuuur |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uuuuur |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1 A2 |
|
|
= |
A1 A2 |
= |
|
106 , |
|
|
|
A1 A3 |
|
|
|
= |
|
A1 A3 |
= |
|
|
2 |
(см. п. а) ); |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos ϕ = |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
= |
|
|
5 |
|
|
|
|
= |
5 |
53 |
|
, |
|
|
|
cos ϕ = |
5 |
53 |
|
; |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
106 |
2 |
|
|
2 |
|
|
53 |
|
|
106 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
106 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϕ = arccos |
5 |
53 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
106 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
в) |
Площадь грани A1 A2 A3 равна площади ∆ A1 A2 A3 , а площадь ∆ A1 A2 A3 |
− это площадь треугольника, построенного на |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
uuuuur |
uuuuur |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
векторах A1 A2 |
, A1 A3 |
|
. Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
uuuuur |
|
|
uuuuur |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
A A A |
|
|
= |
|
|
|
|
|
A A |
|
|
× A A |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
uuuuur |
|
|
|
|
|
uuuur |
={1;0; −1} (см. п. б) ); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
Имеем: |
|
|
|
A1 A2 ={−4; −3; −9}, A1 A3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uuuuur |
|
|
|
uuuuur |
= |
i |
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
r |
|
|
−3 |
|
−9 |
|
|
r |
|
−4 |
−9 |
|
+ |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A A |
× A A |
|
−4 −3 −9 |
= i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− j |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
−1 |
|
|
|
|
1 |
−1 |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
−4 |
|
−3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
+ |
|
|
|
r |
= |
{3; |
−13;3}, |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+k |
|
1 |
|
|
|
|
0 |
|
|
= 3i −13 j |
3k |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uuuur |
|
|
|
uuuuur |
|
|
|
{3; −13;3}; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1 A2 |
× A1 A3 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uuuuur |
uuuuur |
= |
32 +(−13)2 +32 |
= |
|
|
|
9 +169 +9 = |
|
187 , |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A A × A A |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uuuuur |
|
|
|
uuuuur |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1 A2 |
× A1 A3 |
|
= |
187 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SA A A |
|
|
= |
187 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
г) |
Объем пирамиды A1 A2 A3 A4 |
– это объем пирамиды, построенной на векторах A1 A2 , |
A1 A3 , A1 A4 , следовательно, |
1 uuuuur uuuuur uuuuur
Vпир = 6 A1 A2 A1 A3 A1 A4 .
|
uuuuur |
={−4; −3; −9}, |
uuuuur |
={1;0; −1}, |
uuuuur |
={−5; −4;3}; |
Имеем: |
A1 A2 |
A1 A3 |
A1 A4 |
+1 (−4) (−9) −(−9) 0 (−5) −(−3) 1 3 −(−1) (−4) (−4) =
= 0 −15 +36 −0 +9 +16 = 46 , |
|
|
uuuuur |
uuuuur |
uuuuur |
|
|
|
|
uuuuur |
uuuuur |
uuuuur |
|
|
|
|
|||
A1 A2 |
A1 A3 |
A1 A4 |
= 46 ; |
A1 A2 |
A1 A3 |
A1 A4 |
= |
46 |
= 46 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vпир = 16 46 = 233 = 7 23 ,
Vпир = 7 23 .
д) Используя канонические уравнения прямой, проходящей через две данные точки M1(x1, y1, z1 ) и M2 (x2 , y2 , z2 ) :
x − x1 |
= |
y − y1 |
= |
z − z1 |
, |
|||||
|
|
|
||||||||
x |
− x |
|
y |
2 |
− y |
|
z |
2 |
− z |
|
2 |
1 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
получаем:
(A1 A2 ) : 2x −−66 = −y2−−11 = −z5−−44 , (A1 A2 ) : x−−46 = y−−31 = z−−94 ;
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(A A ) : |
x −6 |
= |
y −1 |
= |
z −4 |
, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
3 |
7 |
−6 |
|
1−1 |
|
3 −4 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
−4 −3 −9 |
|
(A A ) : |
x −6 |
= |
y −1 |
= |
z −4 |
. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
A A A A A A = |
|
1 |
0 −1 |
|
1 |
3 |
|
1 |
0 |
|
−1 |
|||||||
|
|
= −4 0 3 +(−3) (−1) (−5) + |
|
|||||||||||||||
uuuuur |
uuuuur |
uuuuur |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 |
2 |
1 |
3 |
1 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−5 |
−4 3 |
|
плоскости, проходящей через три данные точки M1(x1, y1, z1 ) ; M2 (x2 , y2 , z2 ) ; M3 (x3 , y3 , z3 ) : |
||||||||
|
|
е) |
Используя |
|
уравнение |
|
||||||||||||
|
|
|
|
x − x1 x2 − x1 x3 − x1
получаем:
y − y1 y2 − y1 y3 − y1
z − z1
z2 − z1 = 0 , z3 − z1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(A1 A2 A3 ) : |
|
x −6 |
y −1 |
z −4 |
|
= 0 , |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 −6 −2 −1 −5 −4 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 −6 |
1−1 |
3 −4 |
|
|
||||
x −6 |
y −1 |
z −4 |
|
= (x −6) |
|
|
−3 |
−9 |
|
−( y −1) |
|
−4 −9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
−4 |
−3 |
−9 |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
1 |
0 |
−1 |
|
|
|
|
0 |
−1 |
|
|
|
1 −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
+(z −4) |
|
−4 −3 |
|
|
|
= 3 (x −6) −13 ( y −1) +3 (z − 4) = |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 3x −13y +3z −18 +13 −12 = 3x −13y +3z −17 , |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(A1 A2 A3 ) : 3x −13y +3z −17 = 0 ; |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(A1 A2 A4 ) : |
|
x −6 |
y −1 |
z −4 |
|
= 0 , |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−4 |
−3 |
−9 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−5 |
−4 |
3 |
|
|
|
|
x −6 |
y −1 |
z −4 |
|
= (x −6) |
|
−3 |
−9 |
|
−( y −1) |
|
−4 |
−9 |
|
||
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
−4 |
−3 |
−9 |
|
|
|
|
+ |
||||||||
−5 |
−4 |
3 |
|
|
|
−4 |
3 |
|
|
|
|
|
−5 |
3 |
|
|
|
−4 |
−3 |
|
|
|
= −45(x −6) +57( y −1) +(z − 4) = |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
+(z −4) |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
−5 |
−4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= −45x +57 y + z + 270 −57 − 4 = −45x +57 y + z + 209 , |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(A1 A2 A4 ) |
: −45x +57 y + z + 209 = 0 . |
ж) Из уравнений плоскостей (A1 A2 A3 ) и (A1 A2 A4 ), найденных в п. е), следует, что нормальные векторы этих плоскостей имеют вид:
|
|
|
|
|
|
uur |
|
|
|
|
|
ur |
={−45;57;1}. |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
n1 ={3; −13;3} и |
n2 |
|
|
|
||||||||||||||
Тогда косинус угла ψ между плоскостями (A1 A2 A3 ) и (A1 A2 A4 ) находится по формуле |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ruu |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n1 n2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
cos ψ = |
uur |
|
|
uur |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n1 |
|
|
n2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Имеем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ruu |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n1 n2 = 3 |
(−45) |
+ (−13) 57 +3 1 = −135 −741+3 = −873 , |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ruu |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
uur |
|
|
|
|
|
n1 n2 = −873 ; |
|
uur |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
= |
32 |
+(−13)2 +32 |
= |
|
187 , |
|
= |
187 ; |
|
|
|||||||||||
|
|
|
n |
|
|
n |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
uur |
= (−45)2 |
+572 +12 = |
2025 +3249 +1 = |
5275 = 5 |
211 , |
||||||||||||||||||
|
n |
|||||||||||||||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uur |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n2 |
= 5 |
211 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
−873 |
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
873 |
|
|
; |
|
|
|
cos ψ = |
|
|
|
|
ψ = arccos |
− |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
187 |
5 211 |
|
|
|
|
|
|
5 |
187 |
211 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
873 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
ψ = π−arccos |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
187 5 211 |
|
|
|
|
Задача 2.4 решена.
Контрольная работа 3
ВВЕДЕНИЕ В АНАЛИЗ
3.1. ПОЛЯРНАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ
Говорят, что на плоскости определена полярная система координат, если заданы
1)точка O , называемая полюсом;
2)исходящий из точки O луч Oρ , называемый полярной осью;
3)единица измерения длин.
Пусть на плоскости дана полярная система координат и M − произвольная точка плоскости, отличная от полюса O
(рис. 34).
Рис. 34
Тогда положение точки M однозначно определяется двумя числами:
а) |
углом наклона ϕ |
вектора |
uuuur |
к полярной оси, называемым полярным углом точки M |
(по определению |
||
OM |
|||||||
0 ≤ ϕ < 2π ); |
uuuur |
|
|
|
|
||
б) |
длиной ρ вектора |
(расстоянием от точки M до полюса), называемой полярным радиусом точки M . |
|||||
OM |
Числа ϕ и ρ называются полярными координатами точки M : M (ϕ,ρ).
Для полюса ρ = 0 , а ϕ не определено.
Еще раз подчеркнем, что, по определению, 0 ≤ ϕ < 2π , ρ ≥ 0 . Замечание. В некоторых случаях удобно считать, что −π < ϕ ≤ π.
Пусть на плоскости задана полярная система координат. Введем на этой плоскости ДПСК, поместив ее начало в полюс и взяв полярную ось Oρ в качестве положительной полуоси Ox (единица измерения длин в ДПСК та же, что и в полярной
системе координат) (рис. 35).
Рис. 35
Тогда положение произвольной точки M этой плоскости можно задавать как полярными, так и декартовыми прямоугольными координатами: M (ϕ,ρ) или M (x, y).
Из прямоугольного треугольника ∆OAM видно, что декартовы прямоугольные координаты точки выражаются через ее полярные координаты по формулам:
x = ρcos ϕ ; y = ρsin ϕ.
Из того же треугольника следуют формулы, выражающие полярные координаты точки через ее декартовы прямоугольные координаты:
ρ = x2 + y2 ; |
|
|
|
|
|
|
cos ϕ = |
x |
; sin ϕ = |
y |
; |
(67) |
|
x2 + y2 |
x2 + y2 |
|||||
|
|
|
|
tg ϕ = xy .
Угол ϕ определяется из соотношений (67), при этом следует помнить, что, по определению, 0 ≤ ϕ < 2π .
Задача 3.1. Требуется:
а) построить по точкам график функции ρ = ρ(ϕ) в полярной системе координат (значения функции вычислять в точ-
ках ϕk = π8k );
б) найти уравнение кривой в прямоугольной системе координат, начало которой совмещено с полюсом, а положительная полуось Ox − с полярной осью;
в) определить вид кривой.
ρ = 3sin 2ϕ .
Решение.
а) Найдем область определения данной функции, исходя из того, что, по определению, ρ ≥ 0 , 0 ≤ ϕ < 2π :
|
3sin 2ϕ ≥ 0 ; |
sin 2ϕ ≥ 0 ; |
|||
|
; |
|
0 ≤ ϕ ≤ |
π |
|
0 ≤ 2ϕ ≤ π |
|
|
|
2 |
|
|
2π ≤ 2ϕ ≤ |
3π |
|
|
3π |
|
|
|
|||
|
. |
|
|
π ≤ ϕ ≤ |
|
|
|
2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
π |
|
|
3π |
|||
Итак, |
D(ρ) = 0; |
|
|
|
π; |
|
. |
|
2 |
2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
Заполним таблицу вида
ϕ |
0 |
|
|
|
π |
|
π |
3π |
π |
π |
π+ |
|
π |
π+ |
π |
π+ |
3π |
|
|
|
3π |
|
|||||||||||||||||
|
|
8 |
|
|
4 |
|
|
|
|
8 |
|
|
|
2 |
|
8 |
4 |
|
|
|
|
2 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
||||||||||||
2ϕ |
0 |
|
|
|
π |
|
π |
|
3π |
|
|
π |
2π |
2π+ |
|
π |
2π+ |
π |
2π+ |
|
3π |
|
|
3π |
|
||||||||||||||
|
|
4 |
|
|
2 |
|
|
|
|
4 |
|
|
4 |
2 |
4 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
sin 2ϕ |
0 |
|
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
0 |
0 |
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
0 |
|
||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ρ |
0 |
|
3 |
2 |
|
3 |
|
3 |
2 |
|
0 |
0 |
|
3 |
2 |
|
3 |
|
|
3 |
2 |
|
|
|
|
0 |
|
||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отмечая полученные точки (ϕk ;ρk ) в полярной системе координат и соединяя их плавной линией, получаем график функции ρ = 3sin 2ϕ (рис. 36).
Рис. 36
б) Найдем уравнение кривой в прямоугольной системе координат:
ρ = 3sin 2ϕ .
Используя формулу для синуса двойного аргумента, получаем:
ρ = 6sin ϕcos ϕ . |
|
|
|||
Учитывая, что |
|
|
|
|
|
ρ = x2 + y2 ; sin ϕ = |
y |
; cos ϕ = |
x |
, |
|
x2 + y2 |
x2 + y2 |
||||
|
|
|
имеем:
x2 + y2 = |
6xy |
|
x2 + y2 |
||
|
или
(x2 + y2 ) x2 + y2 −6xy = 0 .
в) Кривая представляет собой двухлепестковую розу.
Задача 3.1 решена.
3.2. ПРЕДЕЛЫ
Пусть x0 R .
Дельта-окрестность Oδ (x0 ) точки x0 :: = интервал с центром в точке x0 радиуса δ : Oδ (x0 ) = (x0 −δ, x0 +δ) (рис. 37).
Рис. 37
Таким образом, Oδ (x0 ) ={x R : x − x0 < δ}.
Проколотая дельта окрестность O&δ (x0 ) точки x0 :: = множество вида O&δ (x0 ) = Oδ (x0 ) \ {x0}, т.е. множество, полу-
чаемое из Oδ (x0 ) удалением точки x0 .
Таким образом, O&δ (x0 ) ={x R : 0 < x − x0 < δ}. Рассмотрим некоторое множество M R .
Точка x0 R называется предельной точкой множества M , если в любой сколь угодно малой δ-окрестности точки x0 найдется хотя бы одна точка, принадлежащая множеству M , отличная от точки x0 :
Oδ (x0 ) x O&δ (x0 ) x M .
Пример. Пусть M =[2;5) (рис. 38).
Рис. 38
Из рисунка видно, что x0 = 2 , x1 = 3 , x2 = 5 − предельные точки множества M , при этом x0 , x1 M , а x2 M , т.е. предельная точка множества может принадлежать, но может и не принадлежать этому множеству.
Замечание. Если x0 − предельная точка множества M , то в любой сколь угодно малой δ-окрестности этой точки найдется бесконечное число точек, отличных от точки x0 , принадлежащих множеству M (рис. 39).
Рис. 39
Пусть функция y = f (x) задана на своей области определения D( y) и x0 − предельная точка множества D( y) .
Число А называется пределом функции f (x) в точке x0 (или при x стремящемся к x0 ), если для любого сколь угодно малого положительного числа ε найдется положительное число δ , определяемое в зависимости от взятого числа ε , такое, что для любого x D( y) , такого, что 0 < x − x0 < δ , выполняется неравенство f (x) − A < ε .
Обозначение:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lim f (x) = A . |
|
|
(68) |
||||||
Таким образом, соотношение (68) означает, по определению, следующее: |
|
x→x0 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ε > 0 δ = δ(ε) > 0 |
|
x D( y) : 0 < |
|
x − x0 |
|
< δ |
|
f (x) − A |
|
< ε . |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
Условие 0 < |
|
x − x |
|
< δ означает, что x O& |
(x ) . Аналогично, условие |
|
f (x) − A |
|
< ε означает, что |
f (x) O (A) . В свя- |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
δ |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ε |
||
зи с этим можно дать геометрическое определение предела функции в точке. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Точка |
А |
|
называется |
пределом |
|
|
функции |
f (x) |
|
в |
|
точке |
|
x0 , |
если |
для |
Oε (A) |
||||||||||
O (x ), δ = δ(ε) |
|
|
|
x D( y) : x O& |
(x ) f (x) O (A) (рис. 40). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
δ |
0 |
|
|
|
|
|
|
δ |
0 |
|
|
ε |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 40
При вычислении пределов функций применяют основную теорему о пределах:
Теорема. |
Пусть функции u = u(x) , v = v(x) имеют в точке x0 конечные пределы. Тогда сумма, разность, произведе- |
||||||
ние и частное этих функций тоже имеют конечные пределы в точке x0 и справедливы формулы: |
|||||||
1) |
lim [u(x) +v(x)]= lim u(x) + lim v(x) ; |
||||||
|
x→x0 |
|
|
x→x0 |
x→x0 |
||
2) |
lim [u(x) −v(x)]= lim u(x) − lim v(x) ; |
||||||
|
x→x0 |
|
|
x→x0 |
x→x0 |
||
3) |
lim [u(x) v(x)]= lim u(x) lim v(x) ; |
||||||
|
x→x0 |
|
|
x→x0 |
x→x0 |
|
|
|
|
u(x) |
|
lim u(x) |
|
|
|
4) |
lim |
= |
x→x0 |
|
|
|
|
|
lim v(x) |
|
|
||||
|
x→x0 |
v(x) |
|
|
|||
|
|
|
|
x→x0 |
|
|
|
(в случае частного предполагается, что |
lim v(x) ≠ 0 ). |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
x→x0 |
Если f (x) ≡ C для x D( y) |
и x0 |
− предельная точка множества D( y) , то |
|||||
5) |
lim C = C , |
|
|
|
|
||
|
x→x0 |
|
|
|
|
|
|
т.е. предел постоянной равен этой постоянной. |
|||||||
Из свойств 3), 5) следует, что |
|
|
|||||
6) |
lim [Cu(x)]= C lim u(x) , |
|
|
||||
|
x→x0 |
|
|
x→x0 |
|
|
т.е. постоянную можно выносить за знак предела.
В качестве предельной точки x0 множества D( y) может выступать бесконечно удаленная точка ∞ .
Число А называется пределом функции f (x) при x → ∞ , если для любого сколь угодно малого положительного числа ε найдется положительное число ∆ , определяемое в зависимости от взятого числа ε , такое, что для любого x D( y) , такого что x > ∆ , выполняется неравенство f (x) − A < ε .
Обозначение:
|
lim f (x) = A . |
|
|
|
|
x→∞ |
|
|
|
Многочлен n-й степени одной переменной x :: = выражение вида |
|
|
|
|
P(x) = a xn + a xn−1 +... + a |
n−1 |
x + a |
, |
|
0 |
1 |
|
n |