Все лекции по аналитический геометрии
.pdf& :
" 3 - ) !,
. * ! 3 , :
1)3(a + b ) = 3(a ) +3(b ).
2)3(α a ) = α 3(a ) , α R.
/ 1) 2) ,
) 3(α a + β b ) = α 3(a ) + β 3(b ), α , β R.
) 3(α1 f1 + α2 f2 + + αn fn ) = α1 3( f1 ) +α2 3( f2 ) + + αn 3( fn ), α1 ,α2 , ,αn R.
+ III. .
" ( ),
x, y, z . . (
).
( ).
§9.
n
M
πM0
n = ( A, B, C) .
: " π - ,
n - π , n ≠ 0 n π . ' ,
.
. % ) , . . M 0 (x0 , y0 , z0 ) , M 0 π .
" M (x, y, z) - « » , π ,
M (x, y, z) π n M |
M = (x − x , y − y |
, z − z |
) (n, M |
M ) = 0 |
|||
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
||
|
|
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|||
|
A(x − x0 ) + B( y − y0 ) + C(z − z0 ) = 0 |
. |
(9.1) |
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|||
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" , M 0 (x0 , y0 , z0 )
n = ( A, B, C) .
' D = − Ax0 − By0 − Cz0 , & :
Ax + By + Cz + D = 0 |
(9.2) |
|
|
" . & ( (9.2) A2 + B2 + C 2 > 0 ( . .
)) ! A, B C ) ): $ (9.2): A1 x + B1 y + C1 z + D1 = 0
D
" C1 ≠ 0 . $ M1 (0, 0, − 1 )
C1
, M1 n1 = ( A1 , B1 , C1 ) .
21
A1 (x − 0) + B1 ( y − 0) + C1 (z + D1 ) = 0
C1
A1 x + B1 y + C1 z + D1 = 0 - , .
: (9.2) :
(9.2) , , A2 + B2 + C 2 > 0 .
!
" .
' : |
M |
n |
|
|
π+ ( ).
π− ( ).
: Ax + By + Cz + D = 0 , |
π |
M0 |
|
n = ( A, B, C) - : |
|||
|
|
* M 0 (x0 , y0 , z0 ) π . M (x, y, z) π + n M 0 M >0
A(x − x0 ) + B( y − y0 ) + C(z − z0 ) > 0
Ax + By + Cz − Ax0 − By0 − Cz0 > 0 M 0 (x0 , y0 , z0 ) π Ax0 + By0 + Cz0 + D = 0 − Ax0 − By0 − Cz0 = D
"
π+ = {(x, y, z) : Ax + By + Cz + D > 0}
π− = {(x, y, z) : Ax + By + Cz + D < 0}
π= {(x, y, z) : Ax + By + Cz + D = 0}
%. ' (9.2),
.
" :
.
% z
( )
: Oxyz - &" 4, n = (n1 , n2 , n3 ) − ,
n = n12 + n22 + n32 = 1,
α , β , γ − .
,
n1 = n cosα = cosα ,
n2 = cos β , n3 = cos γ .
y
n = (cosα , cos β , cos γ ) - .
|
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: |
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|||||||
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cos2 α + cos2 β + cos2 γ = 1 . |
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|||||
x |
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|||||||
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||||||||||
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||||||||
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" π - ) , |
|||||||||
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||||||||||
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OM |
0 |
π , M |
0 |
(x , y , z |
) π , n ↑↑ OM |
0 |
, |
||
|
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|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
n = (cosα , cos β , cos γ ) -
.
M 0 (x0 , y0 , z0 )
nP
22 |
0 (0,0,0) |
π |
r = OM 0 = dist(0,π ) .
' , OM 0 = rn = (r cosα , r cos β , cos γ ) , . . M 0 (r cosα , r cos β , cos γ ) .
π , M 0 n : cosα (x − r cosα ) + cos β ( y − r cos β ) + cos γ (z − r cos γ ) =
=x cosα + y cos β + z cos γ − r(cos2 α + cos2 β + cos2 γ ) =
=x cosα + y cos β + z cos γ − r = 0
" :
x cosα + y cos β + z cos γ − r = 0 ,
(cosα , cos β , cos γ ) - π , r -
O( ) π .
: (
). 2 , r = 0 . 5
, ,
(±) .
4 ?
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": |
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x + 2 y + 3z = 0 |
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~ |
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, 12 +22 +32 = 14 |
||||||||||||||||||||||||||||
1 |
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x + |
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2 |
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y + |
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3 |
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+ |
4 |
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= 0 ~ |
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~ |
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z |
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14 |
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14 |
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14 |
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14 |
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~ − |
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1 |
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x − |
2 |
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y − |
3 |
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z − |
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4 |
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= 0 - . |
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14 |
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14 |
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14 |
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14 |
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% n = − |
1 |
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; − |
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2 |
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; − |
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3 |
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− , |
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14 |
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14 |
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14 |
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O . |
' : , Ax + By + Cz + D = 0 ,
A2 + B2 + C 2 (±1) , )) !
!.
#
M1 (x1 , y1 , z1 )
|
r |
M |
0 (x0 , y0 , z0 ) |
|
|
|
|
|
|
|
π |
0 n |
|
δ = (n, M 0 M1 ) |
M1 (x1 , y1 , z1 ) .
' δ ≡ prn M 0 M1 :
δ = cosα (x1 − x0 ) + cos β ( y1 − y0 ) + cos γ (z1 − z0 ) = = {x0 cosα + y0 cos β + z0 cos γ = p, . M0 π } = = x1 cosα + y1 cos β + z1 cos γ − r.
" , . * :
δ (M |
,π ) ≡ pr |
|
= x cosα + x cos β + x cos γ − r |
. |
|||||
M |
0 |
M |
1 |
||||||
1 |
n |
|
|
1 |
2 |
3 |
|
||
|
|
|
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|
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|
|
& ,
.
23
1.δ = dist(M1 ,π ) .
2.δ > 0 M1 0 π ;
δ< 0 M1 0 π .
. * M1 (x1 , y1 , z1 ) π :
d = |
|
Ax1 |
+ By1 + Cz1 |
+ D |
|
= dist(M1 |
,π ) |
, |
|
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||||||||
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||||
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A2 + B2 + C 2 |
||||||||
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|||
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|
Ax1 + By1 + Cz1 + D = 0 - , x1 , y1 z1 - M1
§10.
:
M (x, y, z) " l - . a -
& l , a ≠ 0 a l .
a* M 0 (x0 , y0 , z0 ) l .
|
|
|
M (x, y, z) l M |
M a |
M |
M = ta, t R x − x |
= ta , |
||
l M 0 |
(x0 , y0 , z0 ) |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
|||
− y0 = ta2 , z − z0 = ta3 , t R |
|
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|||||||
|
|
|
y |
|
|||||
|
|
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||
|
x = x0 + a1t |
|
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||
|
y = y |
0 |
+ a t , |
t R |
. |
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2 |
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|
z = z0 + a3t. |
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" , M 0 (x0 , y0 , z0 )
a = (a1 , a2 , a3 ) .
/ t : t = |
x − x0 |
|
= |
y − y0 |
= |
z − z0 |
. |
|
||||||||
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a1 |
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a2 |
|
a3 |
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|||||||
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|||||||||
3 t a = (a , a , a ) = (l, m, n) : |
|
|
x − x0 |
= |
y − y0 |
= |
z − z0 |
|
||||||||
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||||||||||||
1 |
2 |
3 |
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l |
m |
|
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n |
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||||
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" l , M 0 (x0 , y0 , z0 )
a = (l, m, n) .
%. 2, , l = 0 , x ≡ x0 ,
, |
. |
||||||||||||||
. & : |
|
A x + B1 y + C1 z + D1 = 0 |
(10.1) |
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|||||
|
1 |
, |
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||||||
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|
A2 x + B2 y + C2 z + D2 = 0 |
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n = ( A1 , B , C1 ) − π1 , |
n2 = ( A2 , B2 , C2 ) - π 2 . |
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1 |
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( π1 |
π 2 |
||||||||||||||
( ). |
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|||||||||
" , n1 n2 |
, . . |
||||||||||||||
[n1 , n2 ] ≠ 0 . ' a = [n1 , n2 ] a n1 , a n2 . |
|
a |
|
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||||
" π π |
|
= l , l n , |
l n , a l |
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|
≠ 0 . |
π 2 |
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|||
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|
1 |
2 |
1 |
2 |
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a l . |
|
|
l |
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||||||||
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|||||||||||
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a |
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π1 |
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|||||||||
4 " . |
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24
§11.
" ,
( 1) (
1). $"
. y
: |
|
y2 |
||||||||
|
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|
|
y = kx + b , k = tgϕ - |
|
||||
I. : |
|
y1 |
||||||||
# |
, ϕ - |
ϕ |
x |
|||||||
Ox . |
||||||||||
|
o x1 x2 |
|||||||||
( , (x1 , y1 ) (x2 , y2 ) , |
|
|||||||||
|
|
|||||||||
tgϕ = |
y2 − y1 |
= |
kx2 + b − kx1 − b |
= k |
x2 − x1 |
= k ), |
|
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||
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||||||
|
x2 − x1 |
|
x2 − x1 |
|
x2 − x1 |
|
|
b – )) !, Oy. $ , M 0 (x0 y0 ) :
|
y − y0 = k (x − x0 ) |
, |
k - ) !. |
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|||||
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||||
, M 0 (x0 , y0 ) : |
|
y − y0 = k (x − x0 ) |
, – . |
|||||||
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|||||
%. , : |
||||||||||
x = x0 , k = ∞ . |
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II. ' : |
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n = ( A, B) l, |
||||||
|
n |
|
|
n |
|
≠ 0 , n l ( |
||||
|
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|||||||
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|
|
). |
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||||
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" n = ( A, B) - l, : |
||||||
|
M 0 |
x |
|
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A(x − x0 ) + B( y − y0 ) = 0 |
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- |
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ln , M 0 (x0 , y0 ) .
$ , C = − Ax0 − By0 :
: Ax + By + C = 0 , A2 + B2 ≠ 0 & .
: , :
Ax + By + C = 0 , A2 + B2 ≠ 0 ,
n = ( A, B) - . III. 1 :
y |
|
" n - l, |
|
||||
|
|
|
n |
|
= 1 n = {cosα , sin α} ( sin α = cos (π 2 − α ) |
||
|
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||||
|
M1 |
n(cosα , cos (π 2 − α )) ). |
|
||||
r |
M0 |
% . |
|
||||
$ OM 0 l, OM 0 |
= r |
||||||
|
|||||||
|
|
||||||
n |
|
M 0 (r cosα , r sin α ) . |
|
||||
α |
|
|
|||||
o |
|
x |
|
l
25
% cosα (x − r cosα ) + sin α ( y − r sin α ) = 0 , :
x cosα + y sin α − r = 0 |
- , |
|
|
α - Ox, r = dist(O, l) .
#
" M1 (x1 , y1 ) .
. l δ = δ (M1 , l) = µn M 0 M1 .
:
1.δ = dist(M1 , l)
2. |
δ > 0 |
M1 |
O |
|
. |
|
|
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. |
δ < 0 |
M1 |
O . |
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* : |
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δ = δ (M1 , l) = x1 cosα + y1 sin α − r |
. |
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|||||||||
* M1 (x1 , y1 ) |
Ax + By + C = 0 : |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|||
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δ = dist(M1 , l) = |
Ax1 |
|
+ By1 + C |
|
|
. |
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A2 + B2 |
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||||||||||||||
. |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
": 2x − 3 y + 5 = 0 |
~ |
|
|
2 |
|
|
x − |
|
|
3 |
|
y + |
5 |
|
= 0 |
~ |
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||
13 |
13 |
13 |
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|||||||||||
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13 |
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13 |
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1 |
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13 |
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13 |
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13 |
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13 |
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1 |
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13 |
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13 |
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l. (:
a |
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a = (a1 , a2 ) .
26
4 : |
|
|
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|
x − x0 |
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y − y0 |
|
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~ |
a (x − x ) − a ( y − y ) = 0 |
- n(a , −a ) , |
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|
|
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|
|
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|
|
a n, . (a, n)=a1a2 − a2 a1 = 0 .
+ IV. . (
$ (x, y) .
Ax + By + C = 0 , A2 + B2 ≠ 0 .
%: Ax2 + 2Bxy + Cy2 + 2Dx + 2Ey + F = 0 , A2 + B2 + C 2 ≠ 0 ?
. : , , , .
., ,
5 (2-3 . & . .)
0 |
4 |
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4 ( ) ,
, - ) F
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|
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# ( ), |
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|
|
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F |
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0 < ε < 1 |
ε = 1 |
( ), |
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|
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|
|
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|
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ε > 1 |
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|
|
|
|
|
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27
§12.
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|
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r2 |
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, |
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F2 |
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2 – ) , |
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r2 = |
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" M – , M (x, y) , : |
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r1 + r2 = const = 2a ( M). |
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2a - |
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: |
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|
r1 + r2 = |
2a |
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2a > 2c, a > c ( ) |
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r = (x + c)2 + y2 |
|
, r = (x − c)2 |
+ y2 |
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(x + c)2 + y2 + (x − c)2 + y2 = 2a |
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(x + c)2 + y2 = 4a2 − 4a (x − c)2 + y2 + y2 + (x − c)2 |
|
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||||||||||||||||||||||||||
|
x2 + 2xc + c2 + y2 = 4a2 − 4a (x − c)2 + y2 + y2 + x2 + c2 − 2xc |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
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a (x − c)2 + y2 = a2 − cx |
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a2 (x − c)2 + a2 y2 = a4 − 2a2cx + c2 x2 |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||
a2 x2 − 2a2 xc + a2c2 + a2 y2 = a4 − 2a2cx + c2 x2 |
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
x2 (a2 − c2 ) + a2 y2 = a2 (a2 − c2 ) |
|
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= 1 , |
|
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= a2 − c2 (> c) . |
|
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a2 |
a2 |
− c2 |
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" #. |
|
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|
= 1 |
, b2 = a2 − c2 |
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|
|
|
(12.1) |
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|
|
|
|
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|
a2 |
b2 |
|
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|
|
|
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&, . ", - (12.1) .
$ (12.1), b ≤ a . ' c = a2 − b2 $ ) F1 (−c, 0) F2 (c, 0) .
M (x, y) , (12.1).
x2 = a2 (1− |
y2 |
) |
|
x |
|
2 |
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≤ |
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a |
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2 |
(x2 ≤ a2 ) |
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x |
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= a . |
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b2 |
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= b2 (1− |
x2 |
) = (a2 − c2 )(1− |
x2 |
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y2 |
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a2 |
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(x ± c)2 + (a2 − c2 )(1− |
x2 |
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= x2 ± 2xc + c2 + a2 − x2 − c2 + |
c2 x2 |
|
|
||||||||||||||||||
r = (x ± c)2 + y2 = |
= |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
a2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
1,2 |
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28
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c2 x2 |
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x |
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= a2 ± 2xc + |
= (a ± |
cx |
)2 = a ± |
cx |
( . . |
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cx |
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c |
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≤ |
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c |
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= c < a ). |
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r + r = a + |
cx |
+ a − |
cx |
= 2a |
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", M (x, y) , (12.1),
.
(: + , r1 + r2 = 2a ) F1 (−c, 0) F2 (c, 0)
|
, |
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|
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x |
2 |
+ |
y |
2 |
= 1 , b2 = a2 − c2 |
|
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|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
a2 |
b2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
||||||
|
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|
M '' |
|
M |
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|||||
|
a – - , |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
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|||||||||||||
|
|
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|
|
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|
b – . |
|
|
||||||||||
|
−a |
|
|
|
x 2 M (x, y) |
, |
|||||||||||||||||||
|
|
|
a |
M (−x, y) , M (x, − y) |
M (−x, − y) |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
F2 |
|
F1 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, , |
||||||||||||
|
|
|
|
M ''' |
|
M ' |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
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|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−b |
|
|
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|||||||||||||
|
(a, 0) |
|
|
|
. |
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|
|||||||||||||||
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|||||||||
|
(−a, 0) |
|
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|
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|
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||||||||
|
|
|
c = a2 − b2 - ) F |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
|||||||||||||
|
|
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|
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|
|||||||||||||||||||
|
(0, b) # |
|
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|
2 |
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||||||||
|
|
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|||||||||
|
(0, −b) |
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||||||||
|
ε = |
c |
- ! |
|
x = ± |
a |
= ± |
a2 |
|
|
- |
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|
|
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|
|
a |
|
|
|
|
|
ε |
|
|
|
c |
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|
||||||||
|
& 0 ≤ ε ≤ 1: |
|
|
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|
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||||||||||
|
ε = 0 c = 0 . |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
ε = 1− |
b2 |
|
→ 1 |
b |
→ 0 |
Ox. |
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
a2 |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 # " ".
$ |
x2 |
+ |
y2 |
= 1, 0 < a < b . |
|
a2 |
b2 |
||||
|
|
|
% x y . " , Oy )
F (−c, 0) |
F (c, 0) , c = b2 − a2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
. |
Ax2 + By2 = C A,B C |
||||||||||||||||||||||
( , A = B ). |
|
|
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|
|||||||||||||||
&. |
|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
|
||||||
Ax2 + By2 = C ~ |
|
A |
x2 + |
B |
y2 = 1 ~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
x2 |
|
y2 |
|
|
|
|
x2 |
|
y2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
~ |
|
+ |
|
= 1 |
~ |
|
+ |
= 1, a = |
|
C |
|
, b = |
C |
. |
|||||||||
|
|
C A |
|
C B |
|
|
|
a2 |
|
|
b2 |
|
A |
B |
|||||||||
" ( a = b |
A = B ). |
29
§13.
" F1 F2 - ) .
, ,
F1 F2 .
y
M ( x, y)
r1
r2
F1 (−c, 0) |
F2 (c, 0) |
:
F1 F2 - ) ,
2 – ) , M (x, y) - ,
xr1 = MF1 , r2 = MF2 .
+ : r1 − r2 = 2a ,
– ) ( ) % 2a < 2c ( )
r = (x + c)2 + y2 |
|
, r = (x − c)2 + y2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|||
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
= ±2a ( ) |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
(x + c)2 + y2 − |
(x − c)2 + y2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
x2 |
+ |
|
y2 |
= 1 ~ |
|
x2 |
− |
y2 |
|
= 1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
a2 |
a2 |
− c2 |
|
|
c2 − a2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
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|
a2 |
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|
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|
|
|||||||||||
/: |
|
x2 |
|
− |
y2 |
|
= 1, |
|
b2 |
= c2 − a2 |
|
|
|
– . |
|
(13.1). |
|||||||||||||||||
|
a2 |
|
b2 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
5 , , (13.1), |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
(: + |
|
r1 − r2 |
|
= 2a ) F1 (−c, 0) F2 (c, 0) |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
, |
|
(13.1). |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
x2 |
|
− |
y2 |
|
= 1, |
|
|
= c2 − a2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
%. 2 |
|
|
|
b2 |
|
, c = a2 + b2 . |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
a2 |
b2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
: " . |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
" (13.1): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
2 M (x, y) , M (−x, y) , M (x, − y) |
M (−x, − y) |
||||||||||||||||||||||||||||||||
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
. 8 ) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−a |
a |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& ) I
( x ≥ 0, y ≥ 0) .
y = b −1+ x2
a2
' : 2 x ≥ a , ) ! x → +∞ .
", |
|
|
y = ± |
b |
x |
: |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b2 |
|
x2 − b2 − |
b2 |
x2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
x |
2 |
|
|
|
b |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a2 |
a2 |
|||||||||||||||
y |
|
− y |
|
= b |
|
−1 − |
x = |
|
|
|
|
|
|
= |
|||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
a |
|
|
|
a |
|
x |
2 |
|
|
|
b |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
−1 + |
x |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a2 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
30