Материал: 2277

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

 

 

 

 

 

 

A A

1 2 2 1 1 2 2 2 2

5

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Найдем координаты векторов

 

 

 

 

и

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A1A3

 

A1A4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1 ; 1 1 ; 4 2 0;2;2

 

 

 

 

5; 2;4 .

 

A1A3

A1A4

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

 

A1A3

 

 

 

A1A4

 

5

 

0

2 2 4 2

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

2

 

.

 

A1A3

 

 

 

A1A4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 25 4 16

8 45

2 2 3 5 3 10

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Нап сать

 

 

 

 

 

прямой в каноническом виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x y 3z 4 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

уравнение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x y z 1 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

составить каноническое уравнение прямой, необхо-

димо найти её направляющий вектор и точку на прямой.

 

 

Чтобы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Направляющий вектор прямой a находим как векторное произ-

ведение векторов-нормалей плоскостей:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

=

n

×

n

(

n

={1,1,

 

3};

n

={1,1,1}.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А1 2 1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

1

3

 

 

 

 

1

3

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

n1

n

2 1

1

 

3 i

j

k

 

 

 

1

1

 

1

1

1

1

1

1

 

1

 

Д

 

 

4i 4 j 0k 4i 4 j 4; 4;0 И.

Найдём теперь какую-нибудь точку на прямой. Положим, например, y 0. Тогда получим систему

x 3z 4 0;

x z 1 0.

111

Вычитаем из первого уравнения второе, находим z:

4z 5 0; z 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

Теперь определим x: x

 

1 0; x

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итак, получ ли точку

 

 

 

 

 

;0;

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Составляем канон ческое уравнение прямой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

y 0

 

 

z 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

и4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

5

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

y

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

Это искомое каноническое уравнение прямой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

3.НайтибАточку пересечения прямой и плоскости:

 

x 1

 

y 1

z 3;

 

 

 

x 2 y z 1 0.

2

 

 

 

 

4

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Запишем уравнение прямой в параметрическом виде

 

 

 

 

x 1

 

y 1

 

z 3

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1 2t;

 

 

 

 

 

 

x 2t 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 1 4t; или

 

y 4t 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z 3 t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z t 3.

112

Подставляем эти выражения в уравнение плоскости:

 

2t 1 2 4t 1 t 3 1 0;

 

 

 

 

 

 

2t 1 8t 2 t 3 1 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

5t 1 0;

 

t

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

Подставляем

t

в систему

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

1

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

бА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

4

 

 

 

 

1

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

1

 

 

 

 

 

 

14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

3

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

1

 

14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итак, нашли координаты точки пересечения

5

;

5

;

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

§25. Поверхности второго порядка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

Вспомним, что плоскость задается в пространстве уравнением

первой степени Ax By Cz D 0, поэтому плоскость называется по-

верхностью первого порядка.

чек пространства, координаты которых удовлетворяют алгебраическому уравнению второй степени

Поверхностью второго порядка называется множество всех то- И

ax2 bxy cy2 d xz ez2 f yz Ax By Cz D 0,

где все коэффициенты – действительные числа, причем a, b, c, d, e, f не равны нулю одновременно (прил. 20).

Прямая пересекает поверхность второго порядка в двух точках, которые могут быть действительными, совпадающими или мнимыми.

Поверхность второго порядка пересекается плоскостью по кривой второго порядка, которая может распадаться на две прямые (пересекающиеся, параллельные или совпавшие).

113

Существует семнадцать видов поверхностей второго порядка. Идея классификации поверхностей основана на приведении их уравнений к каноническому виду в результате преобразования системы координат в каноническую.

Представим канонические уравнения и схематичные изображе- Сния следующих поверхностей 2-го порядка (рис. 57).

и бА Д И

Рис. 57

114

Рассмотрим конус. Конус второго порядка (рис. 58) в канонической системе координат имеет вид

С

 

x

2

 

 

y2

 

 

z2

0.

 

 

a2

b2

 

c2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бА

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 58

 

 

 

 

Эта поверхность второго порядка состоит из прямых, пересе-

кающихся в одной точке – вершине конуса. Действительно, если точ-

ка с координатами (x0, y0, z0)

удовлетворяет уравнению конуса, то

ему

удовлетворяют

также точки

 

с

координатами x =x0 t;

y =y0 t;

z=z0

t при любом значении параметра t. Записанные уравнения явля-

ются параметрическими уравнениями прямой, проходящей через на-

чало координат и точку (x0, y0, z0).

 

Конус состоит из таких прямых,

называемых образующими конуса. Ось аппликат канонической сис-

темы координат является осью конуса.

 

 

 

 

Оказывается, плоскость, проходящаяДчерез вершину конуса, ли-

бо не пересекает его в другой точке, либо пересекает по двум обра-

зующим, либо касается вдоль образующей.

 

 

Любая плоскость, параллельная этим плоскостям, в первом слу-

чае пересекает конус по эллипсу, во втором случае пересекает по ги-

перболе, в третьем случае – по параболе. ПоэтомуИэллипс, гиперболу,

параболу часто называют коническими сечениями.

 

 

Цилиндрическая поверхность – это поверхность, образуемая

движением прямой

l

 

 

каждом

 

своём положении

называ-

мой образующей) вдоль некоторой

 

кривой-направляющей так, что

прямая постоянно остаётся параллельной своему начальному положению (рис. 59).

115