Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Прямоугольная система координат.↑ Стр 1 из 2Следующая ⇒ Содержание книги
Поиск на нашем сайте
ЛЕКЦИИ ПО ВЫСШЕЙ МАТЕМАТИКЕ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГЕОМЕТРИЯ
Новосибирск 2005 СОДЕРЖАНИЕ
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ МНОЖЕСТВ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. В математике первичными понятиями являются понятия множества, элемента и принадлежности элемента множеству. Множество — это совокупность элементов, объединенных общим (характеристическим) свойством. Обозначения: A, B, C,¼, X, Y, Z — множества; a, b, c,¼, x, y, z — элементы множеств; x Î A обозначает принадлежность элемента х множеству А; x Ï A — x не принадлежит множеству А; Þ — следовательно, если ¼ то; Û — тогда и только тогда, необходимо и достаточно; "— любой, каждый; $ — существует. Способы задания множеств. — Перечислением элементов. Например, Х = {1, 2} — множество Х состоит из двух элементов: 1 и 2. — Указанием характеристического свойства. Например, X ={ x: (x -1)(x +3) = 0} — это множество содержит два элемента — корни уравнения (x -1)(x +3) = 0, то есть числа 1 и -3. А ={(l1, …, ln): l12 + l22 + … + ln2 = 0} — такое множество содержит единственный набор чисел, состоящий из n нулей, т. е. А ={(0, 0, …, 0)}. Введем понятия пустого множества Æ и универсального множества U. Пустое множество – это множество, не содержащее ни одного элемента: " х х Ï Æ. Универсальное множество – это множество, содержащее все элементы: " х х Î U. Например { x Î R: x 2 < 0} = Æ. { x Î R: x 2 ³ 0} = R = U. Во втором примере множество вещественных чисел R играет роль универсального множества. Рассмотрим понятия подмножества и равенства множеств. Множество А называется подмножеством множества В, если каждый элемент множества А является элементом множества В: А Ì В Û (х Î А Þ х Î В) Очевидно, что Æ Ì А, А Ì А, А Ì U для любого множества А. Множества А и В называются равными, если каждый элемент множества А является элементом множества В и, наоборот, каждый элемент множества В является элементом множества А: А = В Û А Ì В и В Ì А. 2. Операции над множествами. Объединением А È В двух множеств А и В называется множество, состоящее из элементов, содержащихся либо в А, либо в В.
x Î A È B Û x Î A или x Î B; x Ï A È B Û x Ï A и x Ï B. Пересечением А Ç В двух множеств А и В называется множество, состоящее из элементов, содержащихся и в А, и в В. x Î A Ç B Û x Î A и x Î B; x Ï A Ç B Û x Ï A или x Ï B. Разностью А \ В множеств А и В называется множество, состоящее из тех элементов множества А, которые не принадлежат множеству В. x Î A \ B Û xÎ A и x Ï B; x Ï A \ B Û x Ï A или x Î B. Разность U \ A называется дополнением множества А и обозначается . x Î Û x Ï А; x Ï Û x Î A. Свойства операций. 1. A È B = B È A 8. 2. A Ç B = B Ç A 9. A \ B = A Ç 3. A È(B È C)=(A È B)È C 10. A È A = A Ç A = A 4. A Ç (B Ç C)=(A Ç B)Ç C 11. A ÈÆ= A; A ÇÆ=Æ 5. A È(B Ç C)=(A È B)Ç(A È C) 12. A È U = U; A Ç U = A 6. A Ç (B È C)=(A Ç B)È(A Ç C) 13. A È =U; A Ç =Æ 7. 14. = A Доказательство свойства 6. A Ç (B È C)=(A Ç B)È(A Ç C). Возьмем x Î A Ç(B È C)Þ x Î A и x Î B È C Þ x Î A и (x Î B или x Î C) Þ (x Î A и x Î B) или (x Î A и x Î C) Þ x Î A Ç B или x Î A Ç C)Þ x Î(A Ç B)È(A Ç C). Доказано, что. A Ç (B È C) Ì (A Ç B)È(A Ç C). Возьмем x Î(AÇ B)È(A Ç C) Þ x Î A Ç B или x Î A Ç C Þ (xÎ A и x Î B) или (x Î A и x Î C) Þ xÎ A и (x Î B или x Î C) Þ x Î A и x Î B È C Þ x Î A Ç(B È C). Доказано, что A Ç (B È C) É (A Ç B)È(A Ç C). Тождество доказано. Доказательство свойства 13. A È = U; A Ç =Æ. A È = U. A È Ì U — очевидно, так как U — универсальное множество. Докажем, что A È É U. Возьмем х Î U Þ x Î A или х Ï А Þ x Î A или х Î Þ х Î A È Þ U Ì A È . Тождество доказано. A Ç =Æ. Доказательство. Предположим противное, что A Ç ¹Æ. Тогда существует х Î A Ç Þ x Î A и х Î Þ x Î A и х Ï А. Получили противоречие. Следовательно, предположение A Ç ¹Æ неверно и A Ç =Æ. Остальные свойства предлагается доказать самостоятельно в качестве упражнений.
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГЕОМЕТРИЯ ВЕКТОРНАЯ АЛГЕБРА ОПЕРАЦИИ НАД ВЕКТОРАМИ. Векторы на плоскости и в пространстве можно складывать и умножать на числа. Сложение векторов производится по правилу параллелограмма: если привести векторы к общему началу, то их суммой будет вектор, имеющий то же начало и являющийся диагональю параллелограмма, построенного на данных векторах. Произведением вектора на число l называется вектор l , коллинеарный вектору , направленный так же, как , если l > 0, и направленный в противоположную сторону, если l< 0, длина вектора l равна длине вектора , умноженной на . Операции над векторами удовлетворяют следующим свойствам: + = + + ( + ) = ( + ) + l (m ) = (l m) (l + m) = l + m l ( + ) = l + l Если векторы и заданы своими координатами = () и = (), то + = (), l = (). ПРЯМАЯ НА ПЛОСКОСТИ ЛИНИИ НА ПЛОСКОСТИ. Линия на плоскости может быть задана уравнением от двух переменных F (x, y) = 0, которому удовлетворяют координаты каждой точки этой линии и не удовлетворяют координаты ни одной другой точки. Для нахождения точек пересечения двух линий надо найти решения системы уравнений этих линий. Линия на плоскости, а также в пространстве, может рассматриваться как траектория движения точки. В этом случае ее описывают системой параметрических уравнений для линии на плоскости или для линии в пространстве. При разных значениях параметра t получаем разные точки заданной линии. Можно использовать также векторное параметрическое уравнение линии: , где — радиус-вектор точки линии, определяемой значением параметра t. ОБЩЕЕ УРАВНЕНИЕ ПРЯМОЙ. Пусть даны точка М 0 (x 0, y 0) и вектор (A; B). Требуется найти уравнение прямой, проходящей через точку М 0 перпендикулярно вектору .
Возьмем на искомой прямой произвольную точку М и рассмотрим и — ради- усы-векторы точек М и М 0. Вектор лежит на прямой и, следовательно, ортогонален вектору , что равносильно векторному равенству ( – )· = 0. Полученное уравнение называется векторным уравнением прямой. Переписав это уравнение в координатной форме, получим уравнение прямой, проходящей через точку перпендикулярно вектору: A (x – x 0) + B (y – y 0 ) = 0. В полученном уравнении x 0 и y 0 — координаты точки М 0, а A и В — координаты вектора , который называется вектором нормали прямой. Раскрыв скобки в полученном уравнении и обозначив число – A x 0 – B y 0 через С, получим общее уравнение прямой: A x + B y + С = 0. В этом уравнении коэффициенты А и В при переменных являются координатами вектора нормали. Если А = 0, то уравнение примет вид B y + С = 0, нормаль = (0; В) перпендикулярна оси ОХ, а сама прямая, следовательно, параллельна этой оси. Если В = 0, то уравнение примет вид A x + С = 0, нормаль = (А; 0) перпендикулярна оси ОY, а сама прямая, следовательно, параллельна оси ОY. Если С = 0, то уравнение A x + B y = 0 задает прямую, проходящую через начало координат. Прямые, заданные общими уравнениями будут параллельны, если их нормали коллинеарны, и перпендикулярны, если их нормали ортогональны: L 1: A 1 x + B 1 y + C 1 = 0, — вектор нормали, L 2: A 2 x + B 2 y + C 2 = 0, , — вектор нормали. L 1 ÷÷ L 2 Û ; L 1 ^ L 2 Û .
УГОЛ МЕЖДУ ПРЯМЫМИ. Углом между прямыми называется острый угол между ними. Угол j между прямыми можно находить, используя направляющие векторы, векторы нормалей или угловые коэффициенты прямых. Пусть прямые L 1 и L 2 заданы своими каноническими уравнениями: L 1: = , — направляющий вектор, L 2: = , — направляющий вектор. Заметим, что угол между направляющими векторами равен либо углу j, либо смежному с ним тупому углу p-j, так как эти векторы направлены параллельно прямым. Поскольку cos (p-j) = - cos j, то cos j = êcos (p-j) ê. Следовательно, имеем cos j = ê ê= = . Пусть прямые L 1 и L 2 заданы своими общими уравнениями: L 1: A 1 x + B 1 y + C 1 = 0, — вектор нормали, L 2: A 2 x + B 2 y + C 2 = 0, , — вектор нормали. Заметим, что угол между векторами нормалей равен либо углу j, либо смежному с ним тупому углу p-j, так как эти векторы направлены перпендикулярно прямым. В результате получаем cos j = êcos (p-j) ê = ê ê= = . Пусть теперь прямые L 1 и L 2 заданы уравнениями y = k 1 x + b 1 и y = k 2 x + b 2. Обозначим через a 1 и a 2 углы между прямыми L 1 и L 2 и осью ОХ. Тогда угол j между L 1 и L 2 равен j = a 1 – a 2 или j = a 2 – a 1. Следовательно, tg j = êtg (a 1 – a 2) ê= = .
ПЛОСКОСТЬ В ПРОСТРАНСТВЕ ОБЩЕЕ УРАВНЕНИЕ ПЛОСКОСТИ. Пусть даны точка М 0 и вектор . Требуется найти уравнение плоскости, проходящей через точку М 0 перпендикулярно вектору . Возьмем на искомой плоскости произвольную точку М и рассмотрим и — радиусы-векторы точек М и М 0. Вектор лежит на плоскости и, следовательно, ортогонален вектору , что равносильно векторному равенству ( – )· = 0. Полученное уравнение называется векторным уравнением плоскости. Переписав это уравнение в координатной форме, получим уравнение плоскости, проходящей через точку перпендикулярно вектору: A (x – x 0) + B (y – y 0 ) + C (z – z 0) = 0. В полученном уравнении x 0, y 0 и z 0 — координаты точки М 0, а А, В и С — координаты вектора , который называется вектором нормали плоскости. Раскрыв скобки в полученном уравнении и обозначив число – A x 0 – B y 0 – С z 0 через D, получим общее уравнение плоскости: A x + B y + С z + D = 0. В этом уравнении коэффициенты А, В и С при переменных являются координатами вектора нормали. Если А = 0, то уравнение примет вид B y + С z + D = 0, нормаль = (0; В; C) перпендикулярна оси ОХ, а сама плоскость, следовательно, параллельна этой оси. Если В = 0, то уравнение примет вид A x + С z + D = 0, нормаль = (А; 0; C) перпендикулярна оси ОY, а сама плоскость параллельна оси ОY. Если С = 0, то уравнение примет вид A x + B y + D = 0, нормаль = (А; B; 0) перпендикулярна оси ОZ, а сама плоскость параллельна оси ОZ. Если D = 0, то уравнение A x + B y + С z = 0 задает плоскость, проходящую через начало координат. Плоскости будут параллельны, если их нормали коллинеарны, и перпендикулярны, если их нормали ортогональны: P 1: A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0, — вектор нормали, P 2: A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0, , — вектор нормали. P 1 ÷÷ P 2 Û ; P 1 ^ P 2 Û .
УГОЛ МЕЖДУ ПЛОСКОСТЯМИ. Углом между плоскостями называется острый угол j между ними. Пусть плоскости P 1 и P 2 заданы уравнениями: P 1: A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0, — вектор нормали, P 2: A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0, , — вектор нормали. Заметим, что угол между векторами нормалей равен либо углу j, либо смежному с ним тупому углу p-j, так как эти векторы направлены перпендикулярно плоскостям. В результате получаем cos j = êcos (p-j) ê = ê ê= = = .
ПРЯМАЯ В ПРОСТРАНСТВЕ ПРЯМАЯ И ПЛОСКОСТЬ. Пусть даны плоскость P: A x + B y + С z + D = 0 с вектором нормали = (А; В; С) и прямая L: = = с направляющим вектором . Напомним, что ^ P, êê L. Получим условия параллельности и перпендикулярности прямой и плоскости. L êê P Û ^ Û · = 0 Û A a 1 + B a 2 + C a 3 = 0. L ^ P Û êê Û . Углом j между прямой и плоскостью называется угол между прямой и ее проекцией на эту плоскость. Заметим, что угол между нормалью к плоскости и направляющим вектором прямой будет равен – j либо смежному с ним тупому углу. Поэтому sin j = = ê ê= = = . Точка пересечения прямой и плоскости находится как решение системы уравнений данных прямой и плоскости. При этом уравнения прямой лучше взять в параметрическом виде: .
ПОЛУПРОСТРАНСТВА. Пусть имеется плоскость P: A x + B y + С z + D = 0 с вектором нормали = (А; В; С). Положительным полупространством, определяемым плоскостью P и ее нормалью называется множество точек М (x, y, z) пространства, такое, что для некоторой точки М 0 (x 0, y 0, z 0) плоскости P угол между векторами и не превышает . Поскольку для острого угла a cos a > 0, а , то данное условие можно переписать в виде , что равносильно неравенству · ³ 0. Так как = (А; В; С), а = (x – x 0; y – y 0, z – z 0), то получаем неравенство A (x – x 0) + B (y – y 0) + C (z – z 0) ³ 0 Û A x + B y + C z – A x 0 – B y 0 – C z 0 ³ 0 Û A x + B y + С z + D ³ 0. На последнем шаге использовали равенство – A x 0 – B y 0 – C z 0 = D, которое является верным, так как М 0 Î P. Таким образом, положительное полупространство задается неравенством A x + B y + С z + D ³ 0. Заметим, что выбор точки М 0 не влияет на полученный результат, поскольку равенство – A x 0 – B y 0 – C z 0 = D является верным для любой точки М 0 Î P. Отрицательным полупространством, определяемым плоскостью P и ее нормалью называется множество точек М (x, y, z) пространства, такое, что для некоторой точки М 0 (x 0, y 0, z 0) плоскости P угол между векторами – и не превышает . Повторяя приведенные выше рассуждения, получим Û – · ³ 0. Так как = (– А; – В; – С), а = (x – x 0, y – y 0, z – z 0), то получаем неравенство – A (x – x 0) – B (y – y 0) – C (z – z 0) ³ 0 Û – A x – B y – C z + A x 0 + B y 0 + C z 0 ³ 0 Û –Ax – By – Сz – D ³ 0 Û Ax + By + Сz + D £ 0. Таким образом, отрицательное полупространство задается неравенством A x + B y + С z + D £ 0.
ЛЕКЦИИ ПО ВЫСШЕЙ МАТЕМАТИКЕ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГЕОМЕТРИЯ
Новосибирск 2005 СОДЕРЖАНИЕ
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ МНОЖЕСТВ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. В математике первичными понятиями являются понятия множества, элемента и принадлежности элемента множеству. Множество — это совокупность элементов, объединенных общим (характеристическим) свойством. Обозначения: A, B, C,¼, X, Y, Z — множества; a, b, c,¼, x, y, z — элементы множеств; x Î A обозначает принадлежность элемента х множеству А; x Ï A — x не принадлежит множеству А; Þ — следовательно, если ¼ то; Û — тогда и только тогда, необходимо и достаточно; "— любой, каждый; $ — существует. Способы задания множеств. — Перечислением элементов. Например, Х = {1, 2} — множество Х состоит из двух элементов: 1 и 2. — Указанием характеристического свойства. Например, X ={ x: (x -1)(x +3) = 0} — это множество содержит два элемента — корни уравнения (x -1)(x +3) = 0, то есть числа 1 и -3. А ={(l1, …, ln): l12 + l22 + … + ln2 = 0} — такое множество содержит единственный набор чисел, состоящий из n нулей, т. е. А ={(0, 0, …, 0)}. Введем понятия пустого множества Æ и универсального множества U. Пустое множество – это множество, не содержащее ни одного элемента: " х х Ï Æ. Универсальное множество – это множество, содержащее все элементы: " х х Î U. Например { x Î R: x 2 < 0} = Æ. { x Î R: x 2 ³ 0} = R = U. Во втором примере множество вещественных чисел R играет роль универсального множества. Рассмотрим понятия подмножества и равенства множеств. Множество А называется подмножеством множества В, если каждый элемент множества А является элементом множества В: А Ì В Û (х Î А Þ х Î В) Очевидно, что Æ Ì А, А Ì А, А Ì U для любого множества А. Множества А и В называются равными, если каждый элемент множества А является элементом множества В и, наоборот, каждый элемент множества В является элементом множества А: А = В Û А Ì В и В Ì А. 2. Операции над множествами. Объединением А È В двух множеств А и В называется множество, состоящее из элементов, содержащихся либо в А, либо в В.
x Î A È B Û x Î A или x Î B; x Ï A È B Û x Ï A и x Ï B. Пересечением А Ç В двух множеств А и В называется множество, состоящее из элементов, содержащихся и в А, и в В. x Î A Ç B Û x Î A и x Î B; x Ï A Ç B Û x Ï A или x Ï B. Разностью А \ В множеств А и В называется множество, состоящее из тех элементов множества А, которые не принадлежат множеству В. x Î A \ B Û xÎ A и x Ï B; x Ï A \ B Û x Ï A или x Î B. Разность U \ A называется дополнением множества А и обозначается . x Î Û x Ï А; x Ï Û x Î A. Свойства операций. 1. A È B = B È A 8. 2. A Ç B = B Ç A 9. A \ B = A Ç 3. A È(B È C)=(A È B)È C 10. A È A = A Ç A = A 4. A Ç (B Ç C)=(A Ç B)Ç C 11. A ÈÆ= A; A ÇÆ=Æ 5. A È(B Ç C)=(A È B)Ç(A È C) 12. A È U = U; A Ç U = A 6. A Ç (B È C)=(A Ç B)È(A Ç C) 13. A È =U; A Ç =Æ 7. 14. = A Доказательство свойства 6. A Ç (B È C)=(A Ç B)È(A Ç C). Возьмем x Î A Ç(B È C)Þ x Î A и x Î B È C Þ x Î A и (x Î B или x Î C) Þ (x Î A и x Î B) или (x Î A и x Î C) Þ x Î A Ç B или x Î A Ç C)Þ x Î(A Ç B)È(A Ç C). Доказано, что. A Ç (B È C) Ì (A Ç B)È(A Ç C). Возьмем x Î(AÇ B)È(A Ç C) Þ x Î A Ç B или x Î A Ç C Þ (xÎ A и x Î B) или (x Î A и x Î C) Þ xÎ A и (x Î B или x Î C) Þ x Î A и x Î B È C Þ x Î A Ç(B È C). Доказано, что A Ç (B È C) É (A Ç B)È(A Ç C). Тождество доказано. Доказательство свойства 13. A È = U; A Ç =Æ. A È = U. A È Ì U — очевидно, так как U — универсальное множество. Докажем, что A È É U. Возьмем х Î U Þ x Î A или х Ï А Þ x Î A или х Î Þ х Î A È Þ U Ì A È . Тождество доказано. A Ç =Æ. Доказательство. Предположим противное, что A Ç ¹Æ. Тогда существует х Î A Ç Þ x Î A и х Î Þ x Î A и х Ï А. Получили противоречие. Следовательно, предположение A Ç ¹Æ неверно и A Ç =Æ. Остальные свойства предлагается доказать самостоятельно в качестве упражнений.
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГЕОМЕТРИЯ ВЕКТОРНАЯ АЛГЕБРА ПРЯМОУГОЛЬНАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ. Определения. — Прямая, на которой определено направление, называется осью. — Отрезок на оси, ограниченный точками А и В, называется направленным, если определено, какая из этих точек считается его началом, какая концом. — Направление отрезка — направление от его начала к его концу. Обозначается направленный отрезок . — Величиной АВ направленного отрезка называется его длина, взятая со знаком «+», если отрезок и ось одинаково направлены, и со знаком «-» в противном случае. Таким образом, АВ = - ВА. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Поделиться: |
Познавательные статьи:
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; просмотров: 201; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!
infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.135.204.43 (0.011 с.)