Задача 18.
Построить кривую, заданную уравнением, приведя его к каноническому виду. Определить:
-
для окружности – координаты центра и радиус;
-
для эллипса – координаты центра, полуоси, координаты фокусов, эксцентриситет, уравнения директрис;
-
для гиперболы – координаты центра, действительную и мнимую полуоси, координаты фокусов, эксцентриситет, уравнения директрис, уравнения асимптот;
-
для параболы – координаты вершины, параметр параболы, координаты фокуса, уравнение директрисы.
Решение.
а)
Исследуем кривую второго порядка,
заданную своим уравнением
.
В этом уравнении второго порядка коэффициенты при квадратах переменных имеют одинаковый знак. Значит, уравнение относится к эллиптическому типу. Выделяя полные квадраты по обоим переменным, получаем
,
,
,
,
.
Точка
центр эллипса.
малая полуось,
большая полуось эллипса. Так как
,
то фокусы лежат на вертикальной оси
симметрии. Поэтому
,
а эксцентриситет (отношение фокального
расстояния эллипса к его большой оси)
.
Координаты фокусов:
.
Уравнения директрис:
;
для данного эллипса:
.
Рисунок
б)
В уравнении кривой второго порядка
коэффициенты при квадратах переменных
имеют противоположный знак. Поэтому
уравнение относится к гиперболическому
типу. Выделяя полные квадраты по обоим
переменным, получаем
,
,
,
,
.
Уравнение
задает сопряженную гиперболу с центром
в точке
,
действительной полуосью
,
мнимой полуосью
.
При этом
,
а эксцентриситет (отношение фокального
расстояния гиперболы к ее действительной
оси)
.
Координаты фокусов:
.
Уравнения директрис:
;
для данной гиперболы:
.
Уравнения асимптот:
;
для данной гиперболы:
.
Рисунок
в)
Уравнение кривой второго порядка
относится к параболическому типу,
поскольку содержит только одно слагаемое
с переменным в квадрате. Выделяя полный
квадрат по
,
получаем
,
,
,
,
,
.
Это
парабола с горизонтальной осью симметрии,
для которой параметр
,
а
.
Вершина параболы находится в точке
.
Координаты фокуса:
;
для данной параболы
.
Уравнение директрисы
;
для данной параболы
.
Рисунок
Задача 19.
Составить
уравнение плоскости, проходящей через
точку
параллельно плоскости
.
Решение.
В
качестве нормального вектора искомой
плоскости можно взять нормальный вектор
данной плоскости, то есть
.
Теперь, зная нормаль плоскости и точку
,
ей принадлежащую, запишем ее уравнение:
,
,
,
.
Задача 20.
Составить
уравнение плоскости, проходящей через
точку
перпендикулярно к вектору
,
если
.
Решение.
Найдем
вектор
:
,
.
Так как он перпендикулярен к плоскости, то, используя его в качестве нормального вектора, запишем уравнение плоскости:
,
,
.
Задача 21.
Найти
расстояние от точки
до плоскости
.
Решение.
Расстояние от точки до плоскости находим по формуле:
,
где
уравнение плоскости.
Имеем
.
Задача 22.
Найти
угол между плоскостями
.
Решение.
Угол
между плоскостями определяется как
угол между их нормальными векторами.
Нормальные векторы данных плоскостей
соответственно равны
и
.
По формуле найдем косинус искомого угла
:
,
,
откуда
.
Задача 23.
Записать
канонические уравнения прямой, проходящей
через точки
и
.
Выясните, лежит ли точка
на этой прямой.
Решение.
Учитывая
уравнения прямой, проходящей через две
точки, уравнения прямой
можно записать в виде:
,
,
,
и окончательно
.
Чтобы
точка
лежала на прямой
,
необходимо и достаточно, чтобы ее
координаты удовлетворяли уравнениям
данной прямой. Проверим это:
,
.
Задача 24.
Прямая задана общими уравнениями
Записать ее канонические и параметрические уравнения.
Решение.
Для
записи канонических уравнений прямой
надо знать какую-нибудь точку этой
прямой и ее направляющий вектор. В
качестве координат точки прямой можно
взять любое решение данной системы двух
уравнений, например
,
а направляющий вектор найдем по формуле
.
Тогда
,
канонические
уравнения прямой.
Каждое
отношение в последнем соотношении
обозначим буквой
:
,
то
параметрические
уравнения прямой.
Задача 25.
Составить
канонические уравнения прямой, которая
проходит через точку
перпендикулярно плоскости
.
Решение.
Нормальный
вектор плоскости параллелен прямой и
его можно принять в качестве ее
направляющего вектора. Зная точку
и направляющий вектор
прямой, запишем ее канонические уравнения:
,
.
Задача 26.
Найти
точку пересечения прямой
и плоскости
.
Вычислить угол между прямой
и плоскостью
.
Решение.
Точку пересечения прямой и плоскости можно найти из системы

где
параметрические уравнения прямой
;
уравнение плоскости
.
Канонические уравнения прямой перепишем в ее параметрические уравнения:
;

Точка
точка пересечения прямой
и плоскости
.
Ее координаты найдем из системы:

Следовательно,
.
Зная
направляющий вектор
и нормаль
,
вычислим по формуле величину
угла между данными прямой и плоскостью:
,
,
.
