- •Министерство образования и науки
- •Введение
- •Раздел 1. Элементы векторной алгебры в пространстве.
- •Тема 1.1. Направленные отрезки. Векторы.
- •Тема 1.2. Умножение векторов на действительные числа
- •Тема 1.3. Коллинеарные и компланарные векторы.
- •Тема 1.4. Скалярное произведение векторов
- •Тема 1.5. Векторные подпространства
- •Тема 1.6. Применение векторов к решению задач
- •Задачи повышенной трудности
- •Домашнее задание
- •Индивидуальные задания по векторной алгебре Вариант I
- •Вариант 2
- •Вариант 3
- •Вариант 4
- •Вариант 5
- •Вариант 6
- •Вариант 7
- •Вариант 8
- •Вариант 9
- •Раздел 2. Метод координат на плоскости
- •Тема 2.1. Аффинная система координат. Аффинные задачи
- •Задачи повышенной трудности
- •Тема 2.2. Прямоугольная система координат. Аффинные и метрические задачи
- •Тема 2.3. Полярная система координат. Метрические задачи
- •Тема 2.4. Ориентация плоскости. Преобразования координат на плоскости
- •Тема 2.5. Геометрическое истолкование уравнений и неравенств между координатами. Алгебраические линии.
- •Домашнее задание
- •Тема 2.6. Уравнения прямой в аффинной и прямоугольной декартовой системах координат. Аналитическое задание полуплоскости
- •Тема 2.7. Взаимное расположение двух прямых.
- •Тема 2.8. Расстояние от точки до прямой. Угол между двумя прямыми
- •Задачи повышенной трудности
- •Тема 2.9. Аффинные и метрические задачи на прямую. Решение задач школьного курса методом координат
- •Раздел 3. Кривые второго порядка
- •Тема 3.I. Окружность
- •Задачи повышенной трудности
- •Домашнее задание
- •Тема 3.2. Эллипс
- •Задачи повышенной трудности
- •Тема 3.3. Гипербола
- •Задачи повышенной трудности
- •Тема 3.4.Парабола
- •Задачи повышенной трудности
- •Тема 3.5. Пересечение линии второго порядка с прямой. Асимптотические направления и асимптоты
- •Тема 3.6. Центр линии второго порядка. Касательная
- •Тема 3.7. Сопряженные направления. Главные направления. Диаметры линии второго порядка
- •1) Эллипса ; 2) гиперболы.
- •Тема 3.8. Приведение общего уравнения кривой второго порядка к каноническому виду
- •Индивидуальные задания по кривым второго порядка
Тема 2.4. Ориентация плоскости. Преобразования координат на плоскости
Литература: [1], гл. 9, § 1, стр. 207–218; [7], гл. 2, § 13,15, стр.51–54,55-59.
Основные определения, теоремы и формулы
Пусть даны два базиса
B=(
)
иB΄=(
).
Разложим векторы базисаB΄
по векторам базиса B:
.
Матрица
,
где координаты вектора
образуют первый столбец, а координаты
вектора
– второй, называетсяматрицей
перехода от
базиса B
к базису B΄.
Базисы B и B΄ ориентированы одинаково (противоположно), если определитель матрицы перехода положителен (отрицателен).
Рассмотрим на
плоскости две аффинные системы координат
R=(O,
)
иR΄=(O΄,
).
Пусть в первой системе координат точкаM
имеет координаты (
),
а во второй – (
).Формулы
преобразования
аффинной системы координат имеют вид:
,
где
(
)
– координаты точки O΄
в репере R.
При переходе от прямоугольной системы
координат R=(
)
к прямоугольной системеR΄=(O΄,
)
формулы преобразования примут следующий
вид:
,
где
,
еслиR
и R΄
ориентированы одинаково, и
,
если реперы ориентированы противоположно.
Вопросы для самоконтроля
Какой вид имеет матрица перехода при переходе от базиса (
)
к базису: 1) (
);
2) (
)?Может ли определитель матрицы перехода быть равным нулю? Обоснуйте ответ.
Какими свойствами обладает определитель матрицы перехода от одного базиса к другому?
Что такое ориентация векторного пространства?
Какая плоскость называется ориентированной?
Какая система координат называется: 1) левой? 2) правой? Приведите примеры.
Определите понятие «направленный угол между векторами
и
».Сформулируйте и докажите теорему о вычислении координат вектора
в ортонормированном базисе
через
и
.Выведите формулы для вычисления направленного угла между двумя векторами
и
.Сформулируйте задачу преобразования координат.
Запишите формулы преобразования координат и объясните смысл коэффициентов перед переменными.
Какие частные случаи преобразования координат можно выделить? Какой вид имеют формулы преобразования координат в каждом случае?
К
акой
вид имеют формулы преобразования
координат, если одна прямоугольная
система координат получена из другой
вращением вокруг начала координат на
угол
?
Пример 1. Определить
величину угла, на который повернуты
оси, если формулы преобразования
прямоугольной системы координат заданы
равенствами
;
.
Решение. Как известно формулы преобразования прямоугольной системы координат имеют вид:
,
,
где
.
Сравнив эти формулы
с данными в условии задачи, получим:
,
,
где
–величинаугла поворота осей. Так
как
,
то угол поворота лежит вIVкоординатной четверти, тогда
.
Пример 2. Даны две точкиМ(9; −3) иМ1(−6;5). Начало координат перенесено в точкуМ, а оси координат повернуты так, что положительное направление оси абсцисс совпадает с направлением отрезкаММ1(Рис. 20). Вывести формулы преобразования координат.
Решение.Выполним
все построения, указанные в задаче: в
системе координатОХУпостроим
точкиМ(9; −3)иМ1(−6;5),
перенесем начало системы координат в
точкуМ(9; −3), получим промежуточную
систему координатМХ′′У′′,
которую повернем на угол величины так,
чтобы положительное направление новой
оси абсциссМХ′′ совпало с
направлением отрезкаМ1Ми тем самым получим систему координатМХ′У′, координатыx′,y′ точек которой
необходимо связать с координатамиx,yэтих же точек в
системе координатОХУ. Координаты
нового начала нам известны:
из
найдем
![]()
.
Тогда формулы
преобразования прямоугольных координат
примут вид:
,
.
Задачи
Написать формулы преобразования координат при переходе от системы координат R=(O,
,
)
к системе
,
если известны координаты точкиO′
в репереRи координаты векторов
в базисе (
,
):
1)O′(0,1),
(1,1),
(−3,2);
2)O′(−10,1),
(−1,
−1),
(0,2).
В каждом из случаев выясните, как
ориентированы реперыRиR′ одинаково или противоположно?Какие из формул, приведенных ниже, можно считать формулами преобразования аффинной системы координат?
а)
,
;
б)![]()
;
в)
![]()
.
Медианы AA1иCC1треугольникаABCпересекаются в точкеM. Даны координаты точкиD(−2,1) в системе координатR=(C,
).
Найти координаты точкиDв системеR′=(M,
).Найти систему координат
,
в которой линия, заданная в системеR=(O,
,
)
уравнением
,
имела бы уравнение
.Какие из следующих формул, заданных в прямоугольной декартовой системе координат, являются формулами преобразования прямоугольных декартовых систем координат:

;
2)
;
3)![]()
.
Фигура в прямоугольной декартовой системе координат R=(O,
задана уравнением
Найдите уравнение этой фигуры в
прямоугольной системе координатR′,
которая получена из репераR поворотом
вокруг начала координат на угол 300:
1) по часовой стрелке; 2) против часовой
стрелки.Как изменится уравнение линии, заданной в прямоугольной декартовой системе координат R=(O,
уравнением
,
при переходе к прямоугольной декартовой
системе координатR′=(O,
,
оси которой направлены по биссектрисам
координатных углов репераR?В системе координат R=(O,
,
)
даны точкиA(2,1),B(3,0),C(1,4). Найти систему
координатR′=(O′,
),
в которой те же точки имеют координатыA(1,6),B(1,9),C(3,1).
Домашнее задание
Дан параллелограмм ABCD. В системе координат (A,
)
точкаE имеет
координаты (
).
Найти координаты точкиEв системе координат (B,
).Составить формулы преобразования координат при переходе от системы R=(O,
к системеR′=(O,
противоположной ориентации, если угол
между векторами
и
равен 300иO′(0,
−2).Написать формулы преобразования координат: а) при переходе от системы R=(O,
,
)
к системеR′=(O′,
),
если
а)
![]()
;
б) началоOсистемы
переносится в точкуO′(−3,2).
