Аналитическая геометрия, находение корней, плоскости и поверхности

Прямая на плоскости

Прямая на плоскости и плоскость в пространстве обладают тем общим свойством, что дополнительная размерность равна единице. Другими словами, что все нормальные векторы к плоскости являются коллинеарными и все нормальные векторы к прямой на плоскости тоже коллинеарны. Отметим, что прямая в пространстве этим свойством не обладает. Нормальные векторы к ней, если их начала поместить в одну точку, "заполняют" целую плоскость. Так как формулы(11.1), (11.3), (11.4), (11.5), (11.6), (11.7) основывались на нормальном векторе к плоскости, то они остаются верными и для прямой на плоскости, если из них исключить третью координату. Доказательство этих формул для прямой на плоскости полностью повторяет их доказательство для плоскости в пространстве.

Например, если прямая имеет уравнение $ Ax+By+C=0$ , то расстояние от точки $ M_0(x_0,y_0)$ до этой прямой получается из формулы(11.7) отбрасыванием третьей координаты $ z$ :

$\displaystyle \rho=\frac{\vert Ax_0+By_0+C\vert}{\sqrt{A^2+B^2}}.$
Найти объем тела, ограниченного указанными поверхностями. Приведем решение двух задач на вычисление объемов тел, рассматривая тела с различной геометрией поверхности.

Кроме перечисленных выше формул для прямой на плоскости стоит отметить еще одну, связанную с тем, что на плоскости чаще всего используется уравнение прямой с угловым коэффициентом $ {y=kx+b}$ , хорошо известное по школьному курсу математики.

Предложение 11.2 Пусть заданы две прямые $ y=k_1x+b_1$ и $ y=k_2x+b_2$ , ($ k_2>k_1$ ). Тогда, если $ k_1k_2\ne-1$ , то угол $ {\varphi}$ между этими прямыми можно найти из формулы
$\displaystyle \mathop{\rm tg}\nolimits {\varphi}=\frac{k_2-k_1}{1+k_1k_2}.$(11.10)

Если $ k_1k_2=-1$ , то прямые перпендикулярны.

Доказательство. Как известно из школьного курса математики, угловой коэффициент в уравнении прямой $ {y=kx+b}$ равен тангенсу угла $ {\alpha}$ наклона прямой к оси $ Ox$ . Из рис. 11.10 видно, что $ {{\varphi}={\alpha}_2-{\alpha}_1}$ .




Рис.11.10.Угол между прямыми


Так как $ \mathop{\rm tg}\nolimits {\alpha}_1=k_1$ , $ \mathop{\rm tg}\nolimits {\alpha}_2=k_2$ , то при $ k_1k_2\ne-1$ выполняется равенство

$\displaystyle \mathop{\rm tg}\nolimits {\varphi}=\mathop{\rm tg}\nolimits ({\al... ...mits {\alpha}_1\mathop{\rm tg}\nolimits {\alpha}_2}= \frac{k_2-k_1}{1+k_1k_2},$

что дает формулу(11.10).

Если же $ {k_1k_2=-1}$ , то $ \mathop{\rm tg}\nolimits {\alpha}_1\mathop{\rm tg}\nolimits {\alpha}_2=-1$ , откуда

$\displaystyle \mathop{\rm tg}\nolimits {\alpha}_2=-\mathop{\rm ctg}\nolimits {\alpha}_1=\mathop{\rm tg}\nolimits \left(\frac{\pi}2+{\alpha}_1\right).$

Следовательно, $ {\alpha}_2=\frac{\pi}2+{\alpha}_1$ и $ {\varphi}={\alpha}_2-{\alpha}_1=\frac{\pi}2$ .

Изменение координат вектора при изменении базиса

 

 Пример 18.4   Пусть $ {L=\mathbb{R}^3}$ , то есть $ L$  -- трехмерное векторное пространство. Пусть задан ортонормированный базис i, j, k. Выберем другой (новый) базис
$\displaystyle {\bf e}_1={\bf i}+{\bf j}+2{\bf k},\quad {\bf e}_2=2{\bf i}-{\bf j},\quad {\bf e}_3=-{\bf i}+{\bf j}+{\bf k}.$
Возьмем вектор $ {\bf x}=6{\bf i}-{\bf j}+3{\bf k}$ . Найдем его координаты в новом базисе.
Выпишем матрицу перехода, ее столбцы -- это координаты новых базисных векторов
$\displaystyle S=\left(\begin{array}{rrr}1&2&-1\\ 1&-1&1\\ 2&0&1\end{array}\right).$
Пусть $ {\beta}=\left(\begin{array}{c}{\beta}_1\\ {\beta}_2\\ \vdots\\ {\beta}_n\end{array}\right)$  -- координатный столбец вектора $ {\bf x}$ в новом базисе. Тогда
 

Классификация операционных систем Виртуальная память Реализация многозадачности
Системы безопасности Операционная система Linux Введение в компьютерные сети Принципы построения вычислительных систем Базовые технологии локальной сетиСредства анализа Процедуры и функции Pascal Язык запросов SQL Программирование на СИ Брандмауэры Протоколы TCP/IP Файловые системы Драйверы устройств