- •Глава II Векторная алгебра
- •П. 1 Понятие вектора. Линейные операции
- •Определение 2. Вектор (Гиббс) – математический объект, характеризуемый скалярной величиной, направлением и геометрическим характером сложения.
- •Пример. В одномерном случае преобразование пространства – это биекция, у которой ,.
- •П. 2 Базис на плоскости
- •Доказательство:
- •П. 4 Линейная независимость векторов
- •Дистрибутивность: .
- •Решение:
- •П. 8 Скалярное произведение в дпск
- •Наличие обратной операции
- •П. 9 Орт вектора. Направляющие косинусы вектора
- •П. 10 Векторное произведение векторов
- •П. 7 Скалярное произведение векторов
- •Свойства скалярного произведения:
- •Свойства векторного произведения:
- •Антикоммутативность: .
- •Дистрибутивность:
- •Векторное произведение в дпск
- •Решение:
- •П. 11 Произведения тройки векторов п. 11.1 Смешанное произведение векторов
- •Свойства смешанного произведения
- •Доказательство:
- •П. 12 Основные задачи векторной алгебры
- •П. 12.1 Плоскость в пространстве
- •Основные задачи
- •Угол между двумя плоскостями.
- •Расстояние от точки до плоскости.
- •П. 12.2 Прямая на плоскости
- •Другие уравнения прямой:
- •Угол между двумя прямыми
- •Условие перпендикулярности:
- •Условие параллельности:
- •Расстояние от точки до прямой
- •П. 12.3 Прямая в пространстве
- •Угол между прямыми
- •П.13 Линии второго порядка п.13.1 Эллипс
- •Свойства эллипса
- •Доказательство:
- •П. 13.2 Гипербола
- •Свойства гиперболы
- •П. 13.3 о гиперболических функциях
- •П. 13.4 Парабола
- •Свойства параболы
- •П.14 Поверхности второго порядка п. 14.1 Поверхности вращения
- •П. 14.2 Поверхности второго порядка
- •3. Двуполостной гиперболоид:
- •Цилиндрические поверхности
- •9. Гиперболический параболоид
П. 13.4 Парабола
Определение
1. Параболой
называется линия
на плоскости, если найдётся такая ДПСК-2
(декартова прямоугольная система
координат), в которой её уравнение примет
вид
.
Величину
называют фокальным
параметром
параболы,
точку
– фокусом,
ось
–
фокальной
осью, прямую
:
–
директрисой.
Свойства параболы
1. Фокальное свойство: отсутствует.
2.
Директориальное свойство:
парабола – ГМТ (геометрическое место
точек), равноудаленных от фокуса и
директрисы, т.е.
.
Доказательство:
Рассмотрим
,
.
Тогда
,
,
.
■
3.
Оптическое свойство:
парабола – ГМТ (геометрическое место
точек), в которых касательная образует
равные углы с фокальным радиусом
и положительным направлением оси
.
Д
ругими
словами, лучи света, исходящие из фокуса
параболы, после зеркального отражения
от параболы, образуют пучок, параллельный
оси параболы. И наоборот, все лучи,
параллельные фокальной оси, отражаясь
от параболы, попадают в фокус параболы.
Доказательство:
Р
ассмотрим
параболу
или
.
Покажем, что
.
Запишем
уравнение касательной к параболе,
проходящей через точку
:
.
рис.2.56
,
то
.
По директориальному свойству
.
Отсюда
.
Следовательно, треугольник
равнобедренный, т.е.
.
■
П.14 Поверхности второго порядка п. 14.1 Поверхности вращения
рис.2.57
линию
:
.
Совместим с этой ДПСК-2 (декартова
прямоугольная система координат) систему
ДПСК-3
так, что у них совпадают начало координат
и оси: ось
совпадает с осью
,
ось
совпадает с осью
,
а ось
перпендикулярна плоскости
.
При вращении линии
:
вокруг оси
любая точка
,
совпадающая с точкой
на плоскости
,
опишет окружность с радиусом
и центром в точке
.
Таким образом, чтобы получить уравнение
поверхности, образованной вращением
линии
:
вокруг оси
,
надо сделать замену переменных:
.
Соответствующие правила для вращения вокруг других осей сформулировать самостоятельно.
Рассмотрим примеры
поверхностей вращения (вокруг оси
):
-
Эллипсоид вращения эллипса:
,
. -
Параболоид вращения параболы:
,
. -
Однополостной гиперболоид получается при вращении гиперболы
вокруг оси
:
. -
Двуполостный гиперболоид получится при вращении гиперболы
вокруг оси
:
.
П. 14.2 Поверхности второго порядка
Если
у поверхности вращения заменить
,
т.е. сжать все эти поверхности вдоль оси
,
то получаются общие поверхности второго
порядка. Исследовать их легко с помощью
метода сечений (некоторые поверхности
второго порядка не являются поверхностями
вращения).
рис.2.58
,
–
полуоси эллипсоида. Из у
равнения
вытекает, что координатные плоскости
являются плоскостями симметрии, а начало
координат – центром симметрии эллипсоида.
Пересечём поверхность плоскостью
,
параллельной плоскости
.
Тогда уравнение линии, полученной в
сечении, имеет вид
.
Полагая
получим уравнение эллипса
с полуосями
и
.
Аналогичная
ситуация возникает при пересечении
эллипсоида плоскостями, параллельными
плоскостям
и
.
Заметим, что эллипсоид с равными
полуосями:
называют сферой.
Из уравнения вытекает, что координатные плоскости являются плоскостями симметрии, а начало координат – центром симметрии эллипсоида.
2. Однополостной гиперболоид.
Из
уравнения следует, что координатные
плоскости являются плоскостями симметрии
однополостного гиперболоида. Пересечение
поверхности плоскостью
есть эллипс:
,
где
![]()
,
.
Сечения однополосного гиперболоида
координатными плоскостями
и
представляют собой гиперболы, определяемые
уравнениями соответственно
и
.
