2. Декартова система координат. Простейшие задачи аналитической геометрии: деление отрезка в данном отношении и координаты центра масс.

ДЕКА́РТОВА СИСТЕ́МА КООРДИНА́Т, прямолинейная система координат на плоскости или в пространстве (обычно с взаимно перпендикулярными осями и одинаковыми масштабами по осям). Названа по имени Р. Декарта. Совокупность точки и базиса.

Деление отрезка в данном отношении.

Пусть даны точки A(x₁;y₁)  и B(x₂;y₂).

Координаты точки М(х,у), лежащей на отрезке АВ и делящей его в данном отношении:

вычисляются по формулам:

В частности, при   получаются формулы для координат середины отрезка:

Пример 2. Известны точки A(-2;5), B(4;17)- концы отрезка [AB]. На этом отрезке находится точка М, расстояние которой от А в два раза больше расстояния от В. Определить координаты точки М.

Решение. Так как |AM|=2|MB|, то  .  Здесь x₁=-2, y₁=5, x₂=4, y₂=17; следовательно,   то есть M(2;13).

Пример 3. Точка M(2;3) служит серединой отрезка [AB]. Определить координаты точки А, если B(7;5).

Решение. Здесь x=2, y=3, x₂=7, y₂=5, откуда

то есть A(-3;1)

Координаты центра масс.

"Положение центра масс (центра инерции) в классической механике определяется следующим образом: где   — радиус-вектор центра масс,   — радиус-вектор ''i''-й точки системы,   — масса ''i''-й точки."

3. Полярные координаты, цилиндрические и сферические координаты.

Полярными координатами точки P называются радиус-вектор ρ - расстояние от точки P до заданной точки O (полюса) и полярный угол φ - угол между прямой OP и заданной прямой, проходящей через полюс (полярной осью). Полярный угол считается положительным при отсчете от полярной оси против часовой стрелки и отрицательным при отсчете в обратную сторону.

Координатные линии в полярных системах - окружности с центром в полюсе и лучи.

Формулы для перехода от полярных координат к декартовым

x=ρ*cos(φ), y=ρ*sin(φ)

и обратно:

ρ=sqrt(x²)+y²), φ=arctg(y/x)=arcsin(y/ρ)

Рис. 5: Цилиндрические системы координат ρ и φ - полярные координаты проекции точки P на основную плоскость (обычно xOy), z - аппликата - расстояние от точки P до основной плоскости. Для цилиндрических координат координатными поверхностями являются плоскости, перпендикулярные к оси Oz (z=const), полуплоскости, ограниченные осью z (φ=const) и цилиндрические поверхности, осью которых является ось z (ρ=const). Координатные линии - линии пересечения этих поверхностей. Формулы для перехода от цилиндрических координат к декартовым x=ρ*cos(φ), y=ρ*sin(φ), z=z и обратно: ρ=sqrt(x2+y2), φ=arctg(y/x)=arcsin(y/ρ)

Рис. 6: Сферические системы координат r - длина радиус-вектора, φ - долгота, θ - полярное расстояние. Положительные направления отсчета показаны на рисунке 6. Если давать сферическим координатам значения в следующих пределах: 0 ≤ r < ∞, -π < φ ≤ π, 0 ≤ θ ≤ π, то получаются однозначно все точки пространства. Координатные поверхности: сферы с центром в начале (r=const), полуплоскости, ограниченные осью z (φ=const), конусы (с вершиной в начале), для которых ось z является осью (θ=const). Координатные линии - линии пересечения этих поверхностей. Формулы перехода от сферических координат к декартовым x=r*sin(θ)*cos(φ), y=r*sin(θ)*sin(φ), z=r*cos(φ) и обратно r=sqrt(x2+y2+z2), φ=arctg(y/x), φ=arctg(sqrt((x2+y2)/z))