Примечание: дробные числа записывайте
через точку, а не запятую.
Округлять до -го знака после запятой.
Образцы выполнения некоторых заданий
Рассмотрим решения некоторых практических упражнений.
Задание 2(е)
На плоскости даны точки А(11; -5), В(6;7), С(-10; -5). Найти уравнение биссектрисы угла А.
Решение задания 2(е)
Найдем направляющий вектор биссектрисы как сумму ортов векторов и
,
или (умножая на )
.
; ;
; .
.
Таким образом, в качестве направляющего вектора биссектрисы угла А можно взять вектор и уравнение биссектрисы будет иметь вид
.
Задание 3
Дана точка (0;2) пересечения медиан треугольника и уравнения двух его сторон 5х – 4у + 15 = 0 и 4х + у – 9 = 0. Найти координаты вершин треугольника и уравнение третьей стороны.
Решение Координаты одной вершины найдем как координаты точки пересечения данных сторон, для чего решим систему уравнений
Получаем или
Точка Оц пересечения медиан треугольника называется его центром. Отметим одно свойство центра треугольника, которое используем для нахождения координат остальных вершин:
; ,
где хц, уц – координаты центра треугольника;
хi, yi – координаты i-ой вершины треугольника,
Для доказательства этих формул рассмотрим треугольник А1А2А3, где Аi(xi;yi), i = 1-3 (см.рис.2.1).
Рис.2.1. Вспомогательный чертеж к заданию 3
Пусть В середина стороны А1А2. Тогда А3В – медиана треугольника А1А2А3. По известному из элементарной геометрии свойству медиан треугольника .
Тогда координаты точки В найдем по формулам
и ,
а координаты центра Оц из векторного соотношения , которое в координатной форме записывается так
, .
Отсюда, выражая хц и уц через xi, yi, получим требуемые формулы.
Вернемся к решению задания 3. Используя доказанные формулы, полагая в них х1 = 1 и у1 = 5, хц = 0 и уц = 2, получим два уравнения, которым должны удовлетворять координаты остальных двух вершин
; ,
Еще два уравнения получим, если потребуем, чтобы искомые точки, вершины треугольника, принадлежали заданным сторонам, т.е. их координаты удовлетворяли уравнениям этих сторон
Итак, для определения четырех неизвестных х2, у2, х3, у3, мы имеем четыре независимых (!) условия (уравнения)
Решив эту систему, получим х2 = -3, у2 = 0, х2= 2, у3 = 1.
Наконец, уравнение третьей стороны запишем как уравнение прямой, проходящей через две заданные точки (-3;0) и (2;1)
или .
Итак, уравнение третьей стороны x – 5у + 3 = 0, а вершины треугольника имеют координаты (1;5), (-3;0), (2;1).
Задание 7
Составить уравнение линии, для каждой точки М которой, отношение расстояний до точки F( ) и до прямой
равно .
Привести уравнение линии к каноническому виду, определить тип линии и построить линию на чертеже. Показать на чертеже фокусы, директрисы, асимптоты (если они имеются у построенной линии).
Замечание. Отметим, что в заданиях этого модуля ; ; .
Пусть n = 101. Тогда:
, т.к. ;
, т.к. ;
, т.к. .
Итак, для n = 101 первая часть задания 7 принимает вид:
Составить уравнение линии, для каждой точки М которой, отношение расстояния до точки F(-4;1) и до прямой x = 1
равно .
Решение задания 7 (для n = 101).
Пусть М(х;у) произвольная точка искомой линии, r – расстояние от М до F и d – расстояние от точки М до прямой x = 1. Тогда
и .
По условию , т.е. d = 2r.
– уравнение искомой линии.
Упростим уравнение линии и приведем его к каноническому виду. Для этого возведем обе части уравнения в квадрат и выполним следующие преобразования уравнения
х 2 – 2х +1 = 4х 2 + 32х + 64 + 4(у – 1) 2 ,
3х 2 + 34х + 4(у – 1) 2 + 63 = 0,
,
.
Последнее уравнение – это каноническое уравнение эллипса с полуосями и ( ), центр которого находится в точке с координатами . Координаты вершин эллипса
и , т.е. (-9;1), , ,
. Построим эллипс на чертеже (см.рис.2.2).
Рис.2.2. Эллипс с уравнением
Фокусы эллипса имеют координаты , где .
.
Итак, координаты фокусов F1(-4;1), F2( ;1).
Директрисы эллипса имеют уравнения , где е – эксцентриситет эллипса
.
Уравнения директрис , т.е.
D2: .
Отметим фокусы и директрисы эллипса на рис.2.2.
Обратите внимание на совпадение фокуса F1 с точкой, данной в условии задания 7, на совпадение директрисы D1 с прямой х = 1 из условия этого задания, и совпадение эксцентриситета е с параметром е в условии. По этому поводу см. теоретическое упражнение 18.
В пространстве даны точки А(-2; -4;1), В(3;1; -1), С(5;1;1),
S(1;-4;0). Найти координаты центра и радиус вписанной в пирамиду SABC сферы (условие сформулировано для n = 101).
Решение задания 4(м)
Пусть точка О(x0;y0;z0) – центр сферы, вписанной в пирамиду SABC. Найдем точку О как точку, равноудаленную от граней пирамиды. Для этого найдем уравнения всех граней и расстояния от точки О до этих граней (уравнения некоторых граней находятся в предшествующих пункту М пунктах задания 4).
Грань АВС. Уравнение грани
или 5х – 7у – 5z – 13 = 0.
Точки О и S лежат по одну сторону от грани АВС, поэтому отклонения этих точек от грани АВС имеют одинаковые знаки. Отклонение (S) точки S от грани АВС равно
> 0.
.
Аналогично все делается для граней ABS, BCS, CAS.
Грань ABS имеет уравнение 5х + у + 15z – 1 = 0 и
.
Грань BCS имеет уравнение 5х – 3у – 5z – 17 = 0 и
.
Наконец, грань CAS имеет уравнение 5х – 7у + 15z + 33 = 0 и
.
Так как О – центр сферы, вписанной в пирамиду SABC, то
d(O; ABC) = d(O; ABS) = d(O; BCS) = d(O; CAS) = r,
где r – радиус вписанной сферы.
Тогда координаты точки О должны удовлетворять системе
В отличие от других заданий этого модуля, коэффициенты и решение этой системы найдем приближенно, с помощью микрокалькулятора или ЭВМ. Получим систему
и уравнение вписанной сферы
.
1. Общее уравнение прямой на плоскости. Нормальный вектор прямой. Угол между прямыми. Условия параллельности и перпендикулярности.
2. Уравнение прямой с угловым коэффициентом. Угол между прямыми. Условия параллельности и перпендикулярности.
3. Каноническое и параметрическое уравнения прямой на плоскости. Направляющий вектор прямой. Угол между прямыми. Условия параллельности и перпендикулярности.
4. Уравнение прямой, проходящей через две заданные точки.
5. Уравнения прямых, проходящих через данную точку параллельно и перпендикулярно данной прямой (3 случая задания данной прямой: общим уравнением, каноническим уравнением, уравнением с угловым коэффициентом).
6. Общее уравнение плоскости в пространстве, нормальный вектор плоскости. Угол между плоскостями. Условие параллельности и перпендикулярности.
7. Уравнение плоскости, проходящей через три данные точки, не лежащие на одной прямой.
8. Общее, каноническое и параметрическое уравнения прямой в пространстве. Угол между прямыми. Условия параллельности и перпендикулярности.
9. Угол между прямой и плоскостью в пространстве. Условие параллельности и перпендикулярности прямой и плоскости.
10. Уравнение плоскости, проходящей через данную точку, перпендикулярно данной прямой. Уравнение прямой, проходящей через данную точку, перпендикулярно данной плоскости.
11. Расстояние от точки до: прямой на плоскости; прямой в пространстве; плоскости в пространстве.
12. Уравнение линии на плоскости. Общее уравнение кривой второго порядка.
13. Каноническое и параметрическое уравнения окружности.
14. Эллипс (фокусы и директрисы, фокальные радиусы точки, эксцентриситет). Каноническое и параметрическое уравнения эллипса.
15. Гипербола (фокусы, директрисы и асимптоты, фокальные радиусы точки, эксцентриситет). Каноническое и параметрическое уравнения гиперболы.
16. Парабола (фокус и директриса, фокальный радиус точки, эксцентриситет). Каноническое уравнение параболы.
17. Приведение общего уравнения кривой второго порядка к каноническому виду.
18. Полярные координаты на плоскости. Уравнение линии в полярных координатах.
19. Уравнение поверхности в пространстве. Общее уравнение поверхностей второго порядка.
20. Основные типы поверхностей второго порядка и их канонические уравнения.
1. Бугров Н.С., Никольский С.М. Элементы линейной алгебры и аналитической геометрии. – М.: Наука, 1980. 176 с.
2. Данко П.Е., Попов А.Г., Кожевникова Т.Я. Высшая математика в упражнениях и задачах. Ч.1: Учебное пособие для студентов втузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1980. 320 с.
3. Ильин В.А., Позняк Э.Г. Аналитическая геометрия. – М.: Наука, 1981. 232 с.
4. Клетеник Д.В. Сборник задач по аналитической геометрии. – М.: Наука, 1980. 240 с.
5. Сборник задач по математике для втузов. Линейная алгебра и основы математического анализа/Под ред. А.В. Ефимова, Б.П. Демидович. – М.: Наука, 1981, 464 с.
6. Высшая математика. Методические указания и контрольные задания/Под ред. Ю.С. Арутюнова. – М.: Высшая школа, 1985.
7. Гусак А.А. Пособие к решению задач по высшей математике. – Изд. 3-е. – Минск: Изд-во БГУ, 1973. 532 с.
8. Кузнецов А.А. Сборник заданий по высшей математике (типовые расчеты): Учеб. пособие для втузов. – М.: Высшая школа, 1983. 175 с.
9. Погорелов А.В.Аналитическая геометрия.– М.:Наука, 1968. 176с
[spoiler title=”источники:”]
http://mathhelpplanet.com/static.php?p=onlain-reshit-treugolnik
http://poisk-ru.ru/s5347t9.html
[/spoiler]
Как составить уравнение медианы треугольника по координатам его вершин?
Медиана соединяет вершину треугольника с серединой противолежащей стороны. Следовательно, при решении задачи составления уравнения медианы нужно:
- Найти координаты середины отрезка по координатам его концов.
- Составить уравнение прямой, проходящей через две точки: найденную середину отрезка и противолежащую вершину.
Пример.
Дано: ΔABC, A(3;1), B(6;-3), C(-3;-7).
Найти уравнения медиан треугольника.
Решение:
Обозначим середины сторон BC, AC, AB через A1, B1, C1.
1) По формулам координат середины отрезка
Уравнение медианы AA1 будем искать в виде y=kx+b.
Найдём уравнение прямой, проходящей через точки A(3;1) и A1(1,5;-5). Составляем и решаем систему уравнений:
Отсюда k= 4; b= -11.
Уравнение медианы AA1: y=4x-11.
2) Аналогично, координаты точки B1 — середины отрезка AC
Можно в уравнение y=kx+b подставить координаты точек B(6;-3) и B1(0;-3) и найти k и b. Но так как ординаты обеих точек равны, уравнение медианы BB1 можно найти ещё быстрее: y= -3.
3) Координаты точки C1 — середины отрезка BC:
C(-3;-7), C(4,5;-1), y=kx+b:
Отсюда уравнение медианы CC1 : y=0,8x-4,6.
уравнения прямой, проходящей через точку М1(2; 0; -3) параллельно:
5};
канонические уравнения прямой, проходящей через
данные точки:
параметрические уравнения прямой, проходящей
через точку М1(1; -1; -3) параллельно:
4};
параметрические уравнения прямой, проходящей
через данные точки:
-6; 1) проведена прямая. Определить
точки пересечения этой прямой с координатными
плоскостями.
1012
треугольника А(3; 6; -7), В(-5; 2; 3), С(4; -7; -2). Составить
параметрические уравнения его медианы,
проведенной из вершины С.
треугольника А(3; -1; -1), В(1; 2; -7), С(-5; 14; -3). Составить
канонические уравнения биссектрисы его
внутреннего угла при вершине С.
треугольника А(2; -1; -3), В(5; 2; -7), С(-7; 11; 6). Составить
канонические уравнения биссектрисы его внешнего
угла при вершине А.
треугольника А(1; -2; -4), В(3; 1; -3), С(5; 1; -7). Составить
параметрические уравнения его высоты,
опущенного из вершины В на противоположную
сторону.
проекции какого-нибудь ее направляющего вектора
а на координатные оси. Найти общее выражение
проекций произвольного направляющего вектора
этой прямой на координатные оси.
разложение какого-нибудь ее направляющего
вектора а по базису i, j, k. Выразить в общем виде
разложение произвольного направляющего вектора
этой прямой по базису i, j, k.
канонические уравнения прямой, проходящей через
точку М1(2; 3; -5) параллельно
прямой , .
канонические уравнения следующих прямых:
параметрические уравнения следующих прямых:
параллельность прямых:
.
перпендикулярность прямых:
.
угол между прямыми , .
угол между прямыми , , и , , .
косинус угла между прямыми , и , .
прямые, заданные параметрическими уравнениями , , и , , , пересекаются.
каком значении l они пересекаются?
Доказать,
что условие, при котором две прямые и лежат в одной плоскости, может быть
представлено в следующем виде:
.
уравнения прямой, которая проходит через точку М1(-1;
2; -3) перпендикулярно к вектору a={6;
-2; -3} и пересекает прямую .
уравнения прямой, которая проходит через точку
М(-4; -5; 3) и пересекает две прямые , .
1031
параметрические уравнения общего
перпендикуляра двух прямых, заданных
уравнениями , , и, ,.
уравнения движения точки М(x; y; z): , , . Определить скорость v.
уравнения движения точки М(x; y; z): , , . Определить расстояние d, которое
пройдет эта точка за промежуток времени от t1=0
до t2=7.
уравнения движения точки М(x; y; z), которая, имея
начальное положение М0(3; -1; -5), движется прямолинейно и равномерно
в направлении вектора s={-2; 6; 3} со скоростью v=21.
уравнения движения точки М(x; y; z), которая,
двигаясь прямолинейно и равномерно, прошла
расстояние от точки М1(-7; 12; 5) до точки М2(9; -4; -3) за промежуток времени от t1=0
до t2=4.
движется прямолинейно и равномерно из
начального положения М0(20; -18; -32)
в направлении, противоположном
вектору s={3; -4; -12}, со скоростью v=26. Составить
уравнения движения точки М и определить точку, с
которой она совпадает в момент времени t=3.
и N(x, y, z) движутся прямолинейно и равномерно:
первая из начального положения М0(-5;
4; -5) со скоростью vM=14 в направлении вектора s={3; -6; 2}, вторая
из начального положения N0(-5; 16; -6) со скоростью vN=13 в направлении, противоположном
вектору r={-4; 12; -3}. Составить уравнения движения
каждой из точек и, убедившись, что их траектории
пересекаются, найти:
пересечения их траекторий;
затраченное на движение точки М от М0
до Р;
затраченное на движение точки N от N0
до Р;
отрезков M0P и N0P.
9.1. Прямая на плоскости
Рассмотрим
различные случаи задания прямой L
на плоскости.
1. Если
задан ненулевой направляющий
вектор
и радиус-вектор
некоторой фиксированной точкито в этом случае радиус-векторпроизвольной точкизадается формулой
(9.1)
где
Уравнение (9.1)
называется
векторно-параметрическим уравнением
прямой L.
2. Если
– координаты точкикоторая лежит на прямойL,
(l, m)
– координаты направляющего вектора
то прямая задаетсяпараметрическими
уравнениями:
3. Если
– направляющий вектор, такой, чтои– точка, через которую проходит прямая,
то имеемканоническое
уравнение:
(9.2)
4. Если прямая L
не параллельна оси Ox,
то для всех направляющих векторов
отношение
По заданному угловому коэффициентуk
прямой L
и точке
уравнение прямойL
может быть задано в следующем виде:
– это уравнение
прямой с угловым коэффициентом
k,
проходящей
через точку
М0.
В случае, если
– точка пересечения прямойL
с осью Oy,
это уравнение может быть записано в
следующем виде:
5. Координаты
направляющего вектора
прямойL
могут быть найдены, если известны две
точки
иэтой прямой:
Уравнение
прямой, проходящей через две заданные
точки:
(9.3)
6. Если известны
точки пересечения прямой L
с координатными осями, т. е. точки M0(a,
0) и M1(0,
b),
то справедливо уравнение
«в отрезках»:
7. Положение прямой
на плоскости однозначно определено и
в случае, когда задан ненулевой нормальный
вектор
этой прямой и точкаУсловие перпендикулярности векторовпозволяет перейти к векторному уравнению
и затем к его
координатной форме:
или
(9.4)
где
Уравнение (9.4)
называется общим
уравнением прямой
L.
8. Если в качестве
нормального вектора берется единичный
вектор
направленный из начала координат в
сторону прямой, т. е.
то справедливо
нормальное
уравнение
прямой L
на плоскости:
где
– расстояние от начала координат до
прямой.
Величина
δ(M0,
L)
= x0cos α
+ y0cos β
– p,
где
называется отклонением точки М0
от прямой L.
При этом δ
< 0, если точки M0
и O(0,
0) лежат по одну сторону от прямой L,
δ
> 0 – если по разные. Расстояние d(M0,
L)
от точки до прямой равно абсолютному
значению отклонения.
От общего уравнения
прямой к нормальному можно перейти с
помощью умножения на нормирующий
множитель:
где
Расстояние от
точки M0(x0,
y0)
до прямой L:
Ax
+ By
+ C
= 0 может быть
найдено по формуле
(9.5)
Угол между прямыми
легко найти с помощью косинуса угла
между их направляющими или нормальными
векторами, а также по формуле
где k1
и k2
– угловые коэффициенты прямых.
При этом возможны
частные случаи:
Здесь L1
и L2
– прямые на плоскости, для которых
– угловые коэффициенты соответственно
прямыхи
В полярной системе
координат уравнение прямой имеет вид
ρcos(φ
– φ0)
= p,
где p
– длина перпендикуляра, проведенного
из полюса к прямой, φ0
– угол между полярной осью и перпендикуляром.
Пример 1.
Даны вершины треугольника ABC:
A(1, 2),
B(–1, –3),
C(2, –1).
Найти:
1) уравнение прямой
BC;
2) уравнение высоты
AH
и ее длину;
3) уравнение медианы
BM;
4) угол между прямыми
BM
и AH;
5) уравнения
биссектрис внутреннего и внешнего углов
при вершине А.
Решение.
1) Для составления уравнения прямой BC
воспользуемся заданными координатами
точек B,
C
и уравнением прямой (9.3), проходящей
через две заданные точки. Так как B(–1,
–3), C(2,
–1), имеем:
Последнее уравнение
приведем к общему уравнению, использовав
основное свойство пропорции:
2(x
+ 1) = 3(y
+ 3) или 2x
– 3y
– 7 = 0.
Таким образом,
окончательно получаем:
ВС:
2x
– 3y
– 7 = 0.
2) Для построения
уравнения высоты АН
воспользуемся условием перпендикулярности
прямых AH
и ВС:
нормальным вектором прямой ВС
является
,
т. е.Этот вектор можно рассматривать как
направляющий вектор прямойАН.
Следовательно, каноническое уравнение
прямой AH
согласно формуле (9.2) имеет вид:
(9.6)
где А(1,
2)АН.
В общем виде получим
АН:
3х
+ 2у
– 7 = 0.
Чтобы найти длину
высотыАВС,
опущенной из вершины А,
воспользуемся формулой расстояния
(9.5):
3) Для составления
уравнения медианы ВМ
найдем координаты точки М,
являющейся серединой отрезка AC:
Получим M(3/2,
1/2). Запишем уравнение прямой BM
по двум известным точкам B(–1,
–3) и
используя формулу (9.3):
Приведя его к
общему уравнению, получим:
ВМ:
7x
– 5y
– 8 = 0.
4) Угол φ
между прямыми BM
и AH
найдем, используя угол между их нормальными
векторами:
Получаем
5) Пусть точка M(x,
y)
лежит на биссектрисе угла BАС.
Тогда по свойству биссектрисы d(M,
AB)
= d(M,
AC).
Запишем уравнения прямых АВ
и
АС. Имеем:
Следовательно,
Аналогично
т. е.
Используем формулу
расстояния (9.5):
Следовательно,
По основному
свойству пропорции и свойству модуля
имеем:
Итак, получили две
биссектрисы (внутреннего и внешнего
углов при вершине А):
Пример 2.
Даны две точки A(–3,
8) и B(2,
2). На оси Ox
найти такую точку M,
сумма расстояний от которой до двух
заданных точек была бы наименьшей.
Решение.
Воспользуемся утверждением, смысл
которого состоит в следующем: наименьший
путь между двумя точками достигается
в случае движения по прямой. Тогда задача
будет заключаться в поиске точки
пересечения прямой AB
(рис. 9.1) с осью Ox,
где B
– точка, симметричная точке В
относительно оси Ox
(или в нахождении точки пересечения
прямой AB
с осью Ox,
где A
– точка, симметричная точке А
относительно оси Ox).
Рис. 9.1
Точки B(2,
–2) и A(–3,
8) определяют прямую AB:
т. е.
или
Значит, для
нахождения координат искомой точки М
осталось решить систему уравнений:
Решаем ее:
Итак, точка М(1,
0) является искомой.
Задания
Соседние файлы в папке Часть 2
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Аналитическая геометрия.
Задача 3. Даны вершины треугольника ABC (рис. 1): А(-4,8), В(5,-4), С(10, 6).
Найти:
1) длину стороны АВ;
2) уравнение высоты СД и ее длину;
3) уравнение медианы, проведенной из вершины А;
4) записать уравнение прямой, проходящей через точку С параллельно стороне АВ.
Решеиие
1. Расстояние d между точками М1(x1у1) и М2(х2у2) определяется по формуле
(1)
Подставим в формулу (1) координаты точек А и В, получим
.
2. Уравнение прямой, проходящей через точки М1(x1у1) и М2(х2у2), имеет вид
(2)
Подставив в формулу (2) координаты точек А и В, получим уравнение прямой АВ:
Для нахождения углового коэффициента КАВ прямой АВ разрешим полученное уравнение относительно у: .
Отсюда . Т. к. высота СD перпендикулярна АВ, то угловой коэффициент будет равен , .
Искомая высота проходит через точку С(10,6). Воспользуемся уравнением прямой, проходящей через данную точку, с заданным угловым коэффициентом:
(y-yо) = k(x-xo) (3)
Y-6= (x-10), 3x-4y-6=0 (СD)
Для нахождения длины СD определим координаты точки D, решив систему уравнений (АВ) и (СD): , откуда х=2, у=0, т. е. D(2,0).
Подставив в формулу (1) координаты точек С и Д, находим
3. Обозначим основание искомой медианы через М. По определению медианы М делит сторону ВС пополам. Координаты точки М найдем по формуле
(4)
Чтобы записать уравнение медианы AM, воспользуемся формулой (2). , , , (АМ)
4. Обозначим искомую прямую СР. Угловой коэффициент , т. к. АВ и СР параллельны, то искомая прямая проходит через точку С (10,6). Воспользуемся уравнением (3)
, , (СP)
Задача 4. Расходы на автомобильном транспорте выражаются формулой у=120+30х, а на железнодорожном – у=160+20х, где х – расстояние в километрах, у – транспортные расходы на 1 км. (в усл. ден. ед.).
Построить графики функций, произвести экономический анализ, рассчитать транспортные расходы при х=200 км.
1. Построим прямые у=120+30х (I) и у=160+20х (II) (рис. 4).
Рис.4
Найдем точку пересечения двух прямых
х0=4 у0=240
Если х=4, оба вида транспорта эквивалентны по затратам.
Если х<4, автомобильные перевозки выгоднее, а при х>4 выгоднее становятся железнодорожные перевозки.
Рассчитаем транспортные расходы при х=200 км.
у=120+30∙200=6120 (усл. ден. ед.) – затраты на автомобильном
Транспорте;
У=160+4000=4150 (усл. ден. ед.) – затраты на железнодорожном транспорте.
< Предыдущая | Следующая > |
---|