Заказ дипломной. Заказать реферат. Курсовые на заказ.
Бесплатные рефераты, курсовые и дипломные работы на сайте БИБЛИОФОНД.РУ
Электронная библиотека студента




Министерство высшего и среднего специального образования Республики Узбекистан

Ташкентский институт текстильной и легкой промышленности


Удк 516.517










ЭЛЕМЕНТЫ ВЕКТОРНОЙ АЛГЕБРЫ И АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГЕОМЕТРИИ

Методические указания














Ташкент-2010

Аннотация


Методическое указание написано в виде справочника, приведены план работы, каждый раздел содержит краткие теоретические введения, решения типовых примеров и задачи для самостоятельного решения. Цель методического указания помочь студентам самостоятельно решать задачи, может оказаться полезной и лицам, желающим повторить элементы векторной алгебры и аналитической геометрии.

СОСТАВИТЕЛЬ

Доцент кандидат физ .- матем. наук М.М.Сайдаматов

РЕЦЕНЗЕНТЫ

ТИТЛП проф. А.З. Маматов, НУУз проф. Б. Атажанов

Утверждено научно-

методическим

советом института

«_12__»___03____ 2010 г.

Протокол № _4___

Размножено в «_25__»

экземплярах

в типографии ТИТЛП

РАЗДЕЛ 1. ПРЯМАЯ НА ПЛОСКОСТИ


Основные формулы


. Расстояние d между двумя точками М1(Х1 У1) и М2 (Х1 У2) определяются по формуле



d=М1М2= /1.1/


.Деление отрезка М1М2 в данном отношении.



Точка М делит отрезок М1М2 в отношении , если

М лежит на отрезке или на его продолжении и


= , /1.2/


причем перед дробью берется знак «плюс», если точка М лежит между М1 и М2, и знак «минус» - в противном случае. Если дано отношение , то координаты точек М (х, у) определяются по формулам


/1.3/


Если точка М(х,у) является серединой отрезка М1М2, то ее координаты определяются по формулам


/1.4/


. Общее уравнение прямой


Ах+Ву+С=0 /1.5/


При В 0 из /1.5/ получается уравнение


у=кх+в,


где угловой коэффициент , свободный член .

. Уравнение прямой по точке М0(х0,у0) и угловому коэффициенту К:


у-у0=к(х-х0) /1.6/


к=tg


. Уравнение прямой, проходящие через две точки: М1(х1,у1) и М2(х2,у2):



/1.7/


Угловой коэффициент прямой равен


/1.8/


. Углом между двумя прямыми называется наименьший из углови1

Тангенс угла между прямой с угловым коэффициентами К1 и К2 равен



/1.9/


. Условие параллельности двух прямых с угловыми коэффициентами

К1 и К2 ,

К1=К2 /1.10/



. Условие перпендикулярности двух прямых с угловыми коэффициентами К1 и К2



/1.11/


. Расстояние от точки М1(х1,у1) до прямой ax+by+c=0 вычисляется по формуле


/1.12/


ПРИМЕРЫ

.Дана прямая 2х-3у+3=0. Составить уравнение прямой, проходящей через точку М0(1,1):

а) параллельно данной прямой;

б) перпендикулярно данной прямой.


Решение.

а) Определим угловой коэффициент К1 из уравнения данной прямой



Из условия параллельности прямых - см. формулу /1.10/ получаем угловой коэффициент искомой прямой



По точке М0 и угловому коэффициенту К2 составляем уравнение - см. формулу /1.6/



б) Из условия перпендикулярности прямых - см. формулу /1.11/ определим угловой коэффициент искомой прямой



По формуле /1.6/ составляем уравнение перпендикулярной прямой


или

Ответ: а) 2х-3у+1=0;

б) 3х+2у-5=0

. Найти проекцию точки Р()2,1) на прямой, проходящую через две точки: М1(1,-1) и М2(2,0).

Решение. Проекция Р1 является точкой пересечения данной прямой М1М2 и перпендикулярной прямой РР1.



а) Составим уравнение прямой М1М2 см. формулу /1.7/



или



Из этого уравнения определим угловой коэффициент: К1=1.

б) Из условия перпендикулярности прямых см. формулу /1.11/ найдем угловой коэффициент прямой РР1:

в) составим уравнение прямой РР1 по формуле /1.6/



или



г) найдем координаты проекции Р1, решая совместно два уравнения



Ответ:


. Найти точку Q, симметричную точке Р(5,-2) относительно прямой 5х-3у+3=0



Решение. Точка Q лежит на продолжении перпендикуляра РР1, опущенного из точки Р на прямую, на таком же расстоянии от прямой, что и точка Р. Поэтому точка Q делит отрезок РР1 в отношении


.


А) найдем координаты проекции Р1 (см. решение примера 2). Определим угловой коэффициент К1 данной прямой


.


Тогда угловой коэффициент К2 прямой PQ равен - см. формулу /1.11/


;


Уравнение прямой PQ имеет вид - см. формулу /1.6/



или


.


Координаты точки P1 находим при совместном решении двух уравнений


б) Находим координаты симметричной точки по формулам /1.3/:


, .


Ответ: Q(-5,4).

. Зная координаты вершин треугольника А(2,4), В(-1,3) и С(2,-1) найти:

а) уравнение и длину высоты АН;

б) уравнение медианы ВМ

в) угол В.

Решение. а) составим уравнение прямой ВС по формуле /1.7/:



или


х+3у-5=0



Из уравнения ВС определим угловой коэффициент:


угловой коэффициент высоты АН найдем по формуле /1.11/:



Составим уравнение прямой АН по формуле /1.6/:



или


х-4у+10=0


Расстояние от точки А до стороны ВС получим по формуле /1.12/:



б) Найдем координаты точки М по формулам /1.7/:


, .


Составим уравнение медианы ВМ по формуле /1.7/:



или

х+2н-5=0


в) Угловой коэффициент прямой АВ определим по формуле /1.8/:



Угол В вычисляем по формуле /1.9/:



Ответ: а) АН: 3х-4у+100=0,

б) ВМ: х+2у-5=0

в)

. Даны вершины треугольника А(4,6), В(-4,0) и С(-1,-4).

Составим уравнение биссектрис его внутреннего и внешнего углов при вершине В.



Решение. а) Из школьного курса геометрии известно, что биссектриса ВК делит сторону АС в отношении


Определим длины сторон АВ и ВС по формуле /1.1/:


; . Тогда


б) Координаты точки К вычислим по формулам /1.3/:


, .


в)Составим уравнение биссектрисы ВК по формуле /1.7/:



или


х+7у+4=0


г) биссектриса BL перпендикулярна ВК, следовательно, угловой коэффициент КBL находим по формуле /1.11/:


.


д) Составим уравнение биссектрисы BL по формуле /1.6/:


у-0=7(х+4)

или


х-у+2В=0


Ответ: ВК: х+7у+4=0, BL: 7x-y+2B=0.


Самостоятельная работа


.Построить прямую, отсекающую на оси Оу отрезок и составляющую с осью Ох угол: .

.Дан треугольник с вершинами А(-2, 0), B(2,4), и С(4,0). Написать уравнения сторон треугольника, медианы AE, высоты AD и найти длину медианы AE.

.Определить вершины и углы треугольника, стороны которого заданы уравнениями х+3у=0, х=3, х-2у+3=0.

.Найти углы и площадь треугольника, образованного прямыми у=2х, у=-2х и у=х+b.


РАЗДЕЛ 2. ВЕКТОРНАЯ АЛГЕБРА


№1. Векторы. Линейные операции над векторами. Основные понятия и определения


. Вектором называется величина, которая характеризуется числовым значением и направлением в пространстве.

Геометрически вектор изображается отрезком определенной длины и определенного направления




Точка - начало вектора . Точка - конец вектора . Числовое значение вектора называется модулем / длиной / вектора: .

Нулевым вектором называется вектор, у которого начало и конец совпадают.

Ортом вектора называется вектор, имеющий единичную длину и такое же направление, как и данный вектор .

. Коллинеарным называется векторы, лежащие на одной прямой или на параллельных прямых.

Компланарными называются векторы, лежащие в одной плоскости или в параллельных плоскостях.

. Два вектора считаются равными, если:

а) они имеются равные модули / длины/;

б) коллинеарные;

в) одинаково направлены.

. Линейными операциями над векторами называются операции сложения векторов и умножения их на числа.



Суммой двух векторов и называется третий вектор, идущий из начала вектора в конце вектора , когда начало вектора, приложено к концу вектора , сумму можно представить также как диагональ параллелограмма, построенного на векторах и , приведенных к одному началу.

Произведением числа на вектор называется такой вектор, длина которого равна , а направление сохраняется прежним при и заменяется противоположным при . Если , то вектор называется противоположным вектору .

Свойства векторов


. (переместительный закон)

. (сочетательный закон ).

.

.

. (распределительный закон).

. (распределительный закон).

.

.


Линейной комбинацией n векторов коэффициентами называется вектор, равный


.


. проекцией вектора на ось (на вектор ) называется число, равное , где - проекцией начала А и - проекцией конца на ось (на вектор ), причем знак плюс берется, когда направление совпадает с направлением , а знак «минус в противном случае.



Проекция вектора вычисляется по формуле , где - наименьший угол, на который надо повернуть вектор , чтобы его направление совпало с направлением .

. Разложение вектора по базису.

Базисом в пространстве называются любые три некомпланарных вектора .

Разложить вектор по базису - это значит представить вектор в виде линейной комбинации


,

где - числа, называемые координатами вектора в данном базисе.

Базис в плоскости называются любые два неколлинеарных вектора -это значит представить вектор в виде линейной комбинацией , где и - числа, называемые координатами вектора в данном базисе.



Пусть - векторы/ направленные соответственно по осям OX, OY, OZ прямоугольной системы координат, имеющие единичную длину.

Базис называется прямоугольным базисом. Разложение вектора по базису имеет вид , где X,Y,Z - прямоугольные координаты вектора (символическое обозначение: ).

Прямоугольные координаты вектора равны проекциям этого вектора на оси координат.

Основные формулы в координатной форме

1.Координаты вектора, заданного двумя точками - началом

М1(X1, Y1, Z1) и концом М2(X2, Y2, Z2): X=X2-X1, Y=Y2-Y2, Z=Z2-Z1 /2.1/

Cуммой и разностью двух векторов


,


2.Модуль (длина) вектора : /2.2/

3.Направляющие косинусы вектора :


, , , /2.3/


где - угля между вектором и осями координат OX, OY, OZ соответственно.

Направляющие косинусы связаны формулой


. /2.4/

Орт вектор имеет координаты .

4.Координаты линейной комбинацией векторов


и

/2.5/,


.Признак коллинеарности векторов и :


/2.6/


ПРИМЕРЫ

. Определить координаты и модули векторов, заданных двумя точками



Б) Модули векторов находим по формуле /2.2/


Ответ:

. Определить начало вектора , направляющие конусы и орт ,если конец совпадает с точкой

Решение. А) из формулы /2.1/ получаем координаты начала :



Б) Модуль вектора определим по формуле /2.2/:



В) Направляющие конусы вычисляем по формуле /2.3/:



Г)Координаты орта числено равны направляющим конусам:


Ответ:


. Может ли вектор составлять с координатами осями углы

Решение. Для заданных величин формула /2.4/ не выполняется:

поэтому вектор не может составлять данные углы с осями координат.

. Даны два вектора и

Определить . По формуле /2.5/ получаем:



.Определить, при каких значениях ? и ? векторы и коллинеарны.

Решение. Используя признаки колинеарности векторов - см, формулу /2.6/, составим пропорцию:



. Найти разложение вектора по базису

Решение. Найдем коэффициенты ?, ?, ? в разложении .

Для этого запишем данную формулу в координатах. Координаты правой части вычислим, используя формулу /2.5/:


Эти координаты должны равняться соответствующим координатам вектора . Следовательно,



Решим полученную систему уравнений методом исключения неизвестных /методом Гаусса/:



Самостоятельная работа


.Определить координаты и модули векторов, заданных двумя точками .

.Определить, при каких значениях ? и ? векторы и


коллинеарны.


3. Найти разложение вектора по базису


. При каких значениях m векторы перпендикулярны


№ 2. Скалярное произведение векторов и его применение. Основные понятия и определения



1. Углом между векторами и будем называть наименьший из двух углов и /считаем, что всегда можно сделать параллельным переносом/.

. Скалярным произведением двух векторов и называется число, равное произведению длин этих векторов, умноженному на косинус угла между ними:



1.Скалярное произведение двух векторов равно длине одного из них, умноженной на проекцию другого вектора на первый вектор:



2.Скалярное произведение двух векторов равно нулю тогда и только тогда, когда либо один из векторов равен нулю, либо они перпендикулярны.

3.Физический смысл скалярного произведения.

Работа А равнодействующей несколько сил , приложенных к материальной точке, при прямолинейном точке, при прямолинейном перемещении из положения М1 в положение М2, равна .

Свойства скалярного произведения.


. /переместительный закон/.

. /распределительный закон/.

. /сочетательный закон относительно числового множителя/.

. /скалярное произведение вектора самого на себя равно квадрату его длины/.


Основные формулы в координатной форме.

1.Скалярное произведение векторов и :


/2.7/


.Угол между векторами и определяется по формуле


/2.8/


3.Признак перпендикулярности векторов и :


/2.9/


ПРИМЕРЫ



. В Параллелепипеда АBCDA`B`C`D` стороны АВ и АD взаимно перпендикулярны, а стороны АА` образует с ними углы в 1200. Определить длины диагоналей А`С и В`D если длины сторон равны АВ=2, АD=1, AA`=3.

Решение. Рассмотрим векторы . Из рисунка видно, что диагональ , лежащая в плоскости АА`C`C, удовлетворяет соотношению.

Для нахождения используем 4-е свойство скалярного произведения:



Аналогично, диагональ B`D, лежащая в плоскости DD`B`B, удовлетворяет соотношению


Поэтому


.



. Даны вершины треугольника А(1,2,-1), В(-1,0,1) и С(1,1,1). Определить его внутренний и внешний углы при вершине В.

Решение. а/ Внутренний угол при вершине В образован векторами и . Координаты векторов находим по формулам /2.1/:



б/ Косинус угла при вершине В находим по формуле /2.8/:


.

.


в/ Внешний угол при вершине В равен

,


. Найти сектор , зная, что он перпендикулярен к векторам и и удовлетворяет условию

Решение. Обозначим координаты искомого вектора

а/ Из условия перпендикулярности векторов /2.9/ получим



Последнее условие примера с учетом формулы /2.7/ примет вид


Х+2Y-Z=19


б/ Полученную систему трех уравнений с тремя неизвестными решим методом исключения:


.


. Даны две точки М1(1,0,2) и М2(-1,1,1). Найти проекцию вектора на вектор .

Решение. а/ Определить координаты вектора :

.


б/ Скалярное произведение вычислим по формуле /2.7/:



в/ Проекция вектора на вектор с учетом формулы /2.8/ равна



Ответ: .

. Даны две силы и , приложенные к одной точке. Какую работу производит равнодействующая этих сил, когда её точка приложения прямолинейно перемещается из положения М1(0,1,1) в положение М2(1,-2,1)?

Решение. а/ Равнодействующая сила равна ;

б/ вектор перемещения равен

в/ Работу вычисляем по формуле /2.9/:

Ответ: А=4.


№ 3. Векторное произведение векторов и его применение


1. Ориентация системы векторов в пространстве.

Система трех некомпланарных векторов в пространстве может иметь две ориентации: правею и левую.


Поместим начала трех векторов в одну точку О и проведем через второй и третий векторы плоскость. Если смотреть из конца третьего вектора на конец второго, то первый вектор будет расположен либо с правой, либо с левой стороны от плоскости.

В первом случае система трех некомпланарных векторов имеет правую ориентацию, а во втором случае - левую.



Прямоугольный базис , изображенный на рисунке, имеет правую ориентацию.



. Векторным произведением вектора на вектор называется вектор, обозначаемый символ /или / к удовлетворяющий условиям:

а/ длина вектора равна произведению длин векторов и , умноженному на синус угла между ними:


;


б/ вектор перпендикулярен векторам и .

в/ система трех векторов имеет правую

ориентацию. -18-

. Векторное произведение двух векторов равно нулю тогда и только тогда, когда либо один из векторов равен нулю, либо они коллинеарны.

. Геометрический смысл векторного произведения.



Модуль /длина/ векторного произведения векторов и равен площади S параллелограмма, построенного на этих векторах, как на сторонах:


/2.10/


. Физический смысл векторного произведения.


Момент силы , приложенной к материальной точке А, относительно точки О равен


. /2.11/


Свойства векторного произведения

. /антипереместительный закон/

. /распределительный закон/

. /сочетательный закон относительно числового множителя/

. /векторное произведение вектора на себя равно нулю/. Это свойства является следствием п.з. данного параграфа.

Векторное произведение вектора


и


В координатной форме:


/2.12/


ПРИМЕРЫ

. Векторы и образуют угол Зная, что вычислить площадь параллелограмма, построена на векторах и

Решение. а/ Используя свойства векторного произведения, вычислим



б/ Площадь параллелограмма найден, учитывая геометрический смысл векторного произведения:


.


Ответ: S=21

. Даны вершины треугольника А(1,-2,3), В(0,2,2) и С(-1,2,1). Вычислить площадь S треугольника АВС и длину высоты h, опущенной из вершины А на сторону ВС.

Решение: а/ Рассмотрим два вектора и , исходящие из общей точки С. Их координаты равны

По формуле /2.12/ определим векторное произведение этих векторов:




По формуле /2.10/ найдем S1 - площадь параллелограмма, построенного на векторах и :


.

Затем вычислим площадь треугольника АВС:


.


б/ По формуле /2.2/ определим длину сторон СВ:


.


Теперь из соотношения найдем длину высоты:



Ответ:

. Даны три силы и , приложенные к точке А(0,1,2). Определить величину и направляющие косинусы момента равнодействующей этих сил относительно начала координат О.

Решение. а/ найдем равнодействующую силу R по формуле /2.5/:



б/ Вычислим координаты вектора

в/ По формуле /2.11/ определим вектор момента равнодействующей силы в координатной форме:


г/ Вычислим величину момента: затем направляющие косинусы момента:


Ответ:


№ 4. Смешанное произведение и его применение


. Смешанным произведением трех векторов называется число, равное скалярному произведению вектора на вектор :

. Смешанное произведение трех векторов равно нулю тогда и только тогда, когда либо один из векторов равен нулю, либо они компланарны.

. Геометрический смысл смешанного произведения.



Абсолютная величина смешанного произведения трех векторов равна объему V параллелепипеда, ребрами которого является эти векторы:

/2.13/


Знак смешанного произведения определяет ориентацию системы трех векторов в пространстве: если то система имеет правую ориентацию, если то левую.

Свойства смешанного произведения


.

. .


/При перестановке сомножителей смешанное произведение не изменится, если не изменится ориентация системы векторов. Если ориентация системы изменится, то у смешанного произведения изменится только знак/.

Смешанного произведение векторов


, ,


В координатной форме:


/2.14/


Признаки компланарности векторов


/2.15/

ПРИМЕРЫ

. Вычислить объем V тетраэдра, вершины которого находятся в точках А(-1,0,1), В(0,1,1), С(4,1,-2) и D(2,-1,0).

Решение. а/ Рассмотрим три вектора и , исходящие из общей точки А. Их координаты равны


.


б/ Вычислим смешанное произведение этих векторов по формуле /2.14/:



в/ Найдем объем параллелепипеда V1, учитывая геометрический смысл смешанного произведения, по формуле /2.13/:



г/ Объем тетраэдра V получим из соотношения



Ответ:

3.При каком значении ? четыре точки А(0,1,-1), В(1,0,1), С(1,2,0) и D(1,1,?) лежат в одной плоскости?


Решение. а/ рассмотрим три вектора и , исходящие из общей точки А. Четыре точки А,В,С и D лежат в одной плоскости тогда и только тогда, когда векторы и компланерны.

Координаты этих векторов равны .

б/ Запишем условие компланетности трех векторов и в координатной форме - см. формула /2.15/:



Вычислим полученный определитель разложением по элементам третьей строки:


или1(-1-2)+(?+1)(1+1)=0,или-3+2(?+1)=0,


Ответ:


Самостоятельная работа

1.Построить пирамиду с вершинами 0(0,0,0), А(5,2,0), В(2,5,0), С(1,2,4) и вычислить ее объем.

2.Даны векторы при каком значении m векторы компланарны.

.Построить пирамиду с вершинами 0(0,0,0), А(5,2,0), В(2,5,0), С(1,2,4) и вычислить площадь грани АВС и высоту пирамиды, опущенную на эту грань.

.При каком значении ? четыре точки А(0,1,-1), В(1,0, ? ), С(1,2,0) и D(1,1,2) лежат в одной плоскости?


РАЗДЕЛ 3. ПРИМЕНЕНИЕ ВЕКТОРОВ В АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГЕОМЕТРИИ


Основные формулы


. Общее уравнение плоскости



Ax+By+Cz+D=0 /3.1/


Высокий /не равный нулю/ вектор, перпендикулярный к данной плоскости, называется её нормальным вектором. Вектор - нормальный вектор плоскости, заданный уравнением /3.1/.

. Уравнение плоскости по точке М0(Х0,Y0,Z0) и нормальному вектору :


A(X-X0)+B(Y-Y0)+C(Z-Z0)=0/3.2/



. Уравнение прямой L в пространстве как линии пересечения двух плоскостей ?1 и ?2:

/3.3/


Где коэффициент А1, В1, С1 не пропорциональны коэффициентам А2, В2, С2.

. Канонические уравнения прямой L в пространстве:


/3.4/



М0(Х0,Y0,Z0) - Точка на прямой L.

S={p, q, r} - направляющий вектор прямой L.

. Параметрические уравнения прямой L в пространстве:



М0(Х0,Y0,Z0) - Точка на прямой L.

S={p, q, r} - направляющий вектор прямой L /3.5/

? - параметр, -?< ? <?.


ПРИМЕРЫ

. Составить уравнение плоскости, проходящей через точку М(1,-1,-1) параллельно векторам и .


Решение. а/ По условию задачи векторы и параллельны плоскости. Следовательно, по определению векторного произведения, вектор х перпендикулярен плоскости и может быть взят и качестве её нормального вектора . Найдем координаты вектора :



б/ По формуле /3.2/ составим уравнение искомой плоскости:


(х-1)+2(у+1)-(z+1)=0 или 2х-2у+z-3=0


Ответ: 2х-2y-z-3=0/

. Составить уравнение плоскости, проходящей через три точки


М1(-1,1,2), М2(0,1,-1), М3(2,-1,-1).



Решение. а/ Рассмотрим векторы М1М2 и М1М3 параллельны искомой плоскости /более того, лежат в этой плоскости/. Следовательно, задача свелась к предыдущей задаче № 1: составить уравнение плоскости, проходящей через точку М1 параллельно двум векторам М1М2 и М1М3.

Координаты нормального вектора ищем по формуле



Уравнение искомой плоскости составил по формуле /3.2/:


(x+1)-6(y01)-2(z-2)=0 или 3x+3y+z-2=0


Ответ: 3x+3y+z-2=0

. Определить, при каком значении ? следующие плоскости


х-6у+?z-4=0 и x-2y-z+1=0


а/ параллельны?

б/ перпендикулярны?



Решение. а/ Заданные плоскости параллельны тогда и только тогда, когда их нормальные векторы и коллеарны. Координаты нормальных векторов равны

Запишем условие коллинеарности этих векторов - см. формула /2.6/:


Из пропорции получим ?=-3.

б/ Заданные плоскости перпендикулярны тогда и только тогда, когда их нормальные векторы и перпендикулярны.



Запишем условие перпендикулярности этих векторов - см. формула /2.9/:


3+12-?=0


Откуда ?=15

Ответ: При ?=-3. плоскости параллельны, при ?=15 плоскости перпендикулярны.

. Составить канонические и параметрические уравнения прямой




Решение. а/ Искомая прямая L является линией пересечения двух плоскостей. Найдем какую-либо точку, принадлежащую прямой L. Для этого в заданных уравнениях плоскостей положим какое-либо неизвестное равным постоянной, например, z=0.

Найдем значения двух других неизвестных из полученной системы уравнений:



Точка М(1,-2,0) лежит на прямой L.

б/ Определим направляющий вектор прямой S. Для этого найдем

нормальные векторы плоскостей: .

Вектор будет параллелен обеим плоскостям и, следовательно. Линии их пересечения L. Поэтому возьмем вектор в качестве направляющего вектора прямой L. Найдем координаты вектора :



в/ По формуле /3.4/ составим канонические уравнения прямой L:



г/ По формуле /3.5/ составим канонические уравнения прямой L:


-?< ? <?.

Ответ: , х=1-3?, у=2-?, z=2?, (-?< ? <?).



. Составить канонические и параметрические уравнения прямой, проходящей через две данные точки А(0,1,-1) и В(1,-2,0).

Решение. а/ Схематически изобразим прямую /более того, лежит не ней/, то его можно взять в качестве направляющего:



б/ По формуле /3.4/ составил канонические уравнения прямой, проходящей через точку А(0,1,-1) в направлении вектора


.


в/ По формулам /3.5/ составим параметрические уравнения искомой прямой:


-?< ? <?.


Ответ: , х=?, у=1-3?, z=-1+?, (-?< ? <?).

. Составить канонические и параметрические уравнение прямой, проходящей через точку М(0,2,2) параллельно прямой




Решение. Схематически изобразим искомую прямую L и данную прямую L1. Определим направляющий вектор прямой L. Так как прямые по условию параллельны, то направляющий вектор прямой L можно взять равным направляющему вектору прямой L1. Из заданных канонических уравнений прямой L1 получим:

По формуле /3.4/ составим канонические уравнения искомой прямой L:



По формуле /3.4/ составим параметрические уравнения искомой прямой L:


-?< ? <?.


Ответ: , x=2?, y=2+3?, z=2-?, (-?< ? <?).

7. Составить канонические и параметрические уравнения прямой, проходящей через точку М(1,-2,0) перпендикулярно плоскости


x-3y+z-1=0.



Решение. Схематически изобразим заданную плоскость ? и искомую прямую L. Определим направляющий вектор прямой L. Так как эта прямая по условию перпендикулярна плоскости, то нормальный вектор плоскости параллелен прямой L. Поэтому возьмем вектор в качестве направляющего вектора искомой прямой L:

По формуле /3.4/ составим канонические уравнения прямой:



По формуле /3.5/ составим параметрические уравнения прямой:


-?< ? <?.

Ответ: , x=1+2?, y=-2-3?, z=?, (-?< ? <?).

8. При каком значении ? прямые

и


а/ параллельны? б/ перпендикулярны?

Решение. а/ Сначала из заданных уравнений в соответствии с формулами /3.4/ и /3.5/ определим направляющие векторы прямых



Две прямые параллельны тогда и только тогда, когда их направляющие векторы коллинеарны. Запишем условие коллинеарности этих векторов - см. формулу /2.6/:


.


Из пропорции получим

б/ Две прямые перпендикулярны тогда и только тогда, когда их направляющие векторы перпендикулярны. Запишем условие перпендикулярности векторов - см. формулу /2.9/:



Отсюда .

Ответ: Прямые параллельны при и перпендикулярны при .

Самостоятельная работа

1. Определить, при каком значении ? следующие плоскости


х-5у+z-4=0 и x-3y-?z+2=0


а/ параллельны? б/ перпендикулярны?

2.Составить канонические и параметрические уравнения прямой,

проходящей через две данные точки А(2,1,-1) и В(1,-2,0).

3. При каком значении ? прямые и

а/ параллельны? б/ перпендикулярны?

3.Составить уравнение плоскости, проходящей через точку М(1,-1,-1)

параллельно векторам и .


РАЗДЕЛ 4. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ФУНКЦИЯ С ПОМОЩЬЮ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ


№ 1. Простейшие геометрические преобразования


. Построение графиков функций с помощью осевой симметрии.

А) с помощью симметрии относительно оси ОY



Б) с помощью симметрии относительно оси ОХ



. Построение графиков функций с помощью сжатия (или растяжения) с осями координат.

А) с помощью сжатия (или растяжения) к оси ОY. Если , то график функции растягивают от оси ОY в раз. Если , то график функций сжимают к оси ОY в раз. При К<0 дополнительно график функции отражают симметрично относительно оси ОY.



Б) с помощью сжатия (или растяжения) к оси ОХ. Если , то график функции растягивают от оси ОХ в раз. Если , то график функций сжимают к оси ОХ в раз. При R<0 дополнительно график функции отражают симметрично относительно оси ОХ.



3. Построение графиков функций с помощью переносов параллельно осям координат.

А) с помощью переноса параллельно оси ОХ на вектор .



Б) с помощью переноса параллельно оси ОY на вектор .




Построение графика функции с помощью композиции преобразований

График функции строят из графика функции с помощью последовательного выполнения преобразований 1 - 3:


А)



Если К<0, то дополнительно график функции отражают симметрично относительно оси ОY.


Б)



Если R<0, то дополнительно график функции отражают симметрично относительно оси ОX


В)



Г)



Построение графика функции

График функции при х ? 0 (в правой полуплоскости совпадает) получается с помощью симметрии относительно оси ОY, уже построенной для х ? 0 части графика.



Построение графика функции

График функции располагается в верхней полуплоскости и получается из графика функции следующим образом: все точки графика функции , лежащие на оси ОХ и выше её, остаются на месте; все точки графика функции б лежащие нише оси ОХ, отражаются симметрично относительно оси ОХ.



ПРИМЕРЫ

. Построить график дробно-линейной функции

Построение. Вначале данную функцию приводят к виду


:


Порядок построения графика:

А) Б) получают из графика растяжением от оси ОХ в 5 раз (ординаты всех точек увеличиваются в 5 раз).


А) получают на график Г) получают из графика отраженном симметрично относи- переносом параллельно тельно оси ОХ. Оси ОХ на вектор .



Д) получают из графика переносом параллельно оси ОY на вектор .



Асимптоты графика:

х=1 и у=-2

точки пересечения с осями:


,


. Построить график показательной функции .

Построение. Вначале данную функцию приводит к виду :



Порядок построения графика:

А) y=3x=f(x); Б) получают из графика у=3х растяжением от оси ОY в 2 раза (абсциссы всех точек увеличиваются в 2 раза).

В) получают из графика Г) получают из графи-

отражением симметрично ка переносом параллель-

относительно оси ОY. но оси ОХ на вектор

Точка пересечения с осью ОY:

C5(0,3)



. Построить график тригонометрической функций y=3cos(2x+1)

Построение. Вначале данную функцию приводят к виду


Порядок построения графика:

А) y=cosx = f(x); Б) y=cos2x получают из графика

y=cosx сжатием к оси ОY в 2 раза.





-

Период Т=2? Амплитуда А=1Период Т= ? Амплитуда А=1


В) y=3cos2x получают из графика Г) получают из гра-

y=cos2x растяжением от оси ОХфика y=3cos2x переносом пара-

в 3 раза. ллельно оси ОХ на вектор .


Период Т=?Амплитуда А=3Точки пересечения с осями:

(0;3cos1) и ;

. Построить график логарифмической функции



Построение. Вначале данную функцию производят к виду:



Порядок построения графика:


А) получают из графика


отражением части,

расположенной в нижней полу-плоскости, симметрично относи-тельно оси ОХ.



В) получают из Г) получают из

графика переносом графика отра-

параллельно оси ОХ на вектор жжением части, расположенной

в нижней полуплоскости, сим-

метрично относительно оси ОХ.



Асимптота х=3

Точки пересечения с осями:

В3(2;0) и D(0;log23)

. Построить график обратной тригонометрической функции

Построение.

А) Б) получают на гра-

фика растяжением от оси ОY в 2 раза.


В) получают из гра-Г) получает из

фика растяжения от графика переносом

оси ОХ в 2 раза. параллельно оси ОХ на вектор



Точки пересечения с осями:

Е(-1;0) и F(0;?/3)


№ 2. Графическое решение систем неравенств


Множество решений неравенства y>f(x) (или y<f(x)) находят следующим образом.

На плоскости строят график функции y=f(x). Множество точек плоскости М(x,y), расположенных выше графика y=f(x), является множеством решений неравенства y>f(x), а множество точек М(x,y), расположенных ниже графика y=f(x), является множеством решений неравенства y<f(x), причем рассматривают только те точки, абсциссы которых принадлежит области определения функции f(x).

Множество решений неравенства f1(x)>f2(x) определяют следующим образом.

На плоскости строят графики функций y=f1(x) или y=f2(x).

Множество точек x оси OX, при которых график первой функции лежит выше графика второй функции является множеством решений неравенства f1(x)>f2(x).

Множество решений системы неравенств получают пересечением множеств решений отдельных неравенств входящих в систему.


ПРИМЕРЫ

1.Найти множество решений неравенства .

Решение: Построим графики показательной функции y=2x и линейной функции .



Определение точки пересечённая А(0,1) и В(2,4) графиков.

Множество точек оси ОХ, при которых график линейной функции лежит ниже графика показательной функции, образует интервал (0,2).

Ответ: (0,2)

.Построить область, удовлетворяющую системе неравенств


вектор произведение неравенство геометрический

Построение:

А) Строки график функции: y=arcsin x



Множество решений первого неравенства системы заштриховано на чертеже лежащие на графике функции, не принадлежат множеству решений, на точку, лежащие не на вертикальных пунктирных линиях принадлежат множеству).



Б) Строим график функции :

Множество решений второго неравенства системы заштриховано на чертеже (точки, лежащие на прямых y=±2, не принадлежат множеству решений).



В) Область, удовлетворяющая системе неравенств получается пересечением множеств решений первого и второго неравенств (точки, лежащие на верхней и нижней границах области, не принадлежат множеству решений, а точки, лежащие на баковых границах, принадлежат множеству).

.Построить область, удовлетворяющую системе неравенств.



Построение:А) Строим график функции

Множество решений первого неравенства



системы заштриховано на чертеже (точки, лежащие на оси ОY, не принадлежат множеству решений, так как абсцисса этих точек равна нулю и не входит в область определения функции ).

Б) Строим график функции :

Множество решений второго неравенства системы заштриховано

В) Области удовлетворяющие системе неравенств, получаются пересеченными множеств решений первого и второго неравенств (точки, держащие на границах областей, включая отрицательную полуось и точку 0, не принадлежат множеству решений системы).



. Построить область, удовлетворенную системе неравенств



Построение:

А) Строим графики функций y=-1 и y=ln(2-x):



Порядок построения график:


y=ln(2-x): 1) y=lnx

) y=ln(-x)

) y=ln[-(x-2)]

Б) Строям графики прямых линий В) Область, удовлетворяющая . системе неравенств, изображена на чертеже (границы области не принадлежат множеству решений).



Самостоятельная работа

1.Построить графики функции:


а) , б) , в) ,

г) , д) , е) y=4cos(3x-1)


ЛИТЕРАТУРА


Бугров Я.С., Никольский С.М.Элементы линейной алгебры и аналитической геометрии М: Наука 1985

Бугров Я.С. Никольский С.М. Дифференциальное и интегральное исчисление М:. Наука 1984.

Пискунов Н.С.Дифференциальное и интегральное исчисление М:. Наука 1985 Т.

Берман Г.М. Сборник задач по курсу математического анализа М: Наука 1985

Клетеник Д.В. Сборник задач по аналитической геометрии. М: Наука 1980