- •Оглавление
- •3. Прямая линия в пространстве 22
- •4. Прямая и плоскость 25
- •1. Простейшие задачи на плоскости 26
- •I. Векторная алгебра
- •1. Определение вектора
- •2. Линейные операции над векторами и их свойства
- •3. Базис и координаты Декартов прямоугольный базис и декартова система координат
- •Декартова прямоугольная система координат
- •Проекция вектора на ось
- •4. Скалярное произведение векторов
- •Геометрические приложения скалярного произведения векторов в декартовой системе координат
- •5. Векторное произведение векторов
- •6. Смешанное произведение векторов
- •Выражение смешанного произведения в декартовых координатах
- •II. Аналитическая геометрия в пространстве
- •1. Уравнения поверхностей и линий
- •2. Плоскость в пространстве
- •Общее уравнение плоскости (поверхность первого порядка)
- •Неполные уравнения плоскостей
- •Уравнение плоскости «в отрезках»
- •Нормальное уравнение плоскости
- •Расстояние от точки до плоскости
- •Уравнение плоскости, проходящей через три данные точки
- •Угол между двумя плоскостями
- •Условие параллельности и перпендикулярности плоскостей
- •Уравнение прямой, проходящей через две данные точки
- •Угол между двумя прямыми
- •Условие параллельности и перпендикулярности двух прямых
- •4. Прямая и плоскость Точка пересечения прямой и плоскости
- •Уравнение пучка плоскостей, проходящих через прямую
- •III. Аналитическая геометрия на плоскости
- •2. Прямая линия на плоскости
- •Уравнение прямой в отрезках
- •Нормальное уравнение прямой
- •Окружность
- •Гипербола
- •Сопряженные гиперболы – две гиперболы, которые в одной и той же системе прямоугольных координат при одних и тех же значениях и определяются уравнениями и .
- •Парабола
- •4. Преобразования координат Параллельный перенос
- •Поворот координатных осей
- •Изменение начала координат и поворот осей
- •Приведение общего уравнения кривой второго порядка к каноническому виду
- •5. Линии в полярной системе координат
- •Связь полярных координат с декартовыми
- •Окружности
- •Спирали
- •Астроида
- •IV. ПоверхносТи второго порядка
- •Исследование формы поверхностей второго порядка по их каноническим уравнениям
- •Эллипсоид
- •Гиперболоиды Однополостный гиперболоид
- •Двуполостный гиперболоид
5. Линии в полярной системе координат
Полярные координаты определяются заданием на плоскости полюса О(0,0) и полярной оси .
Координаты точки М в полярных координатах задаются длиной радиус-вектора этой точки и углом его наклона к полярной оси, отсчитываемым против часовой стрелки.
При этом .
Связь полярных координат с декартовыми
Окружности
Построим линию а=const >0.
1) По точкам:
-
(0)
0
30
45
60
90
а
0,86 а
0,7 а
0,5 а
0
, с возрастанием угла от 0 до /2 косинус этого угла убывает от 1 до 0, таким образом, убывает от а до 0 в точке О(0, /2), и радиус-вектор точки М описывает верхнюю половину окружности. Нижняя её половина получается при изменении от 3/2 до 2. Этим значениям угла соответствуют положительные значения cos, возрастающие от 0 до 1, что приводит к возрастанию от 0 до а и геометрическому замыканию окружности.
Уравнение задаёт окружность с центром в точке (a/2,0) и радиусом a/2.
2) В уравнении линии перейдем к декартовым координатам:
,
- каноническое уравнение окружности с центром в точке (a/2,0) и радиусом a/2.
Постройте самостоятельно кривую , a > 0.
Спирали
Архимедова спираль: =а,.
Д ля построения архимедовой спирали нужно вычислить значения при различных значения :
и так далее.
Кривая представляет собой линию, описываемую точкой, движущейся с постоянной скоростью по лучу, вращающемуся около полюса О с постоянной скоростью : .
Гиперболическая спираль: .
Логарифмическая спираль: .
Розы
Двухлепестковые розы: .
(0) |
0 |
30 |
45 |
60 |
90 |
|
0 |
0,7 а |
а |
0,7 а |
0 |
График функции для :
Функция при а>0 принимает допустимые, неотрицательные значения при принимает максимальные, равные а, значения при , интервалами возрастания функции являются значения , убывания - . Аналогично строим кривую, содержащую косинус.
Четырехлепестковые розы
Трёхлепестковые розы:
Лемниската Бернулли
Лемниската Бернулли - линия, представляющая геометрическое место точек, расстояние которых от двух данных точек (фокусов) есть постоянная величина, равная квадрату половины межфокусного расстояния.
В полярных координатах
Укажем, что точка М лежит на кривой, если выполнено условие
Вершины кривой находятся в точках
Площадь каждой петли S=a2.
Кардиоида
В полярных координатах
Вершина кардиоиды находится в точке А(2а,0).
Укажем, что площадь кардиоиды , а длина L=8a.
6. Параметрическое задание линий
Параметрические уравнения линий задаются в виде зависимости текущих координат x и y от некоторого параметра t. Каждому значению t соответствуют два значения: x и y. При изменении параметра t текущая точка M(x,y) описывает некоторую кривую на плоскости.
Окружность
Пусть M(x,y) - текущая точка окружности с центром в начале координат и радиусом R. В качестве параметра t выберем угол, который составляет радиус-вектор точки М с осью ox . Из треугольника ОМА:
- параметрические уравнения окружности.
Исключим из параметрических уравнений параметр t. Для этого возведём эти уравнения в квадрат и сложим их:
.
Циклоида
Циклоидой называется кривая, описываемая точкой круга, катящегося без скольжения по прямой линии.
Пусть ox - прямая, по которой катится круг радиусом а. Тогда МС=СК=а, где К - точка касания.
За параметр t примем угол поворота МС относительно СК: - угол качения (в радианах). Так как качение окружности происходит без скольжения, то ОК==at. Из рисунка видно, что
Таким образом, параметрические уравнения циклоиды
где .
При получаем первую арку циклоиды. Укажем, что длина дуги ОА1О1=8а, а площадь одной арки S=3a2.