Алгоритм решения систем линейных алгебраических

Уравнений с помощью формул Крамера

1. Для матрицы А системы уравнений вычислить ее главный определитель Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru = det A.

2. Последовательно, заменяя каждый столбец матрицы А столбцом свободных членов, получить побочные определители Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

3. а) Если Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru ≠ 0, то по формулам (4) определить единственное решение системы (1): Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , …., Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

б) Если Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru =0, а хотя бы один из побочных определителей Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru ≠0, то исходная система (1) несовместна, то есть не имеет решений.

в) Если Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru = Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru = 0, Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , то исходная система (1) имеет бесконечное множество решений.

Пример. Решить систему линейных алгебраических уравнений с помощью формул Крамера

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Решение.

1. Матрица А имеет вид: А = Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , detA = Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru =5 ≠ 0,

Следовательно, система имеет единственное решение.

2. Найдем побочные определители системы:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru =10ּ Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru +(–1)ּ Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru =10ּ5+5=55;

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru =3ּ Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru +10ּ Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru =3ּ5–10ּ(–10)=115;

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru =( упростим, сложив первую строку со второй и

третью со второй)= Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru =20 ּ Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru =20.

9. Метод Гаусса решения систем линейных алгебраических уравнений.

Рассмотрим еще один метод решения систем линейных алгебраических уравнений – метод Гаусса, который применим к любой системе линейных алгебраических уравнений. Иногда этот метод называют методом последовательного исключения неизвестных. Заметим, что при использовании этого метода мы также автоматически будем вычислять ранг матрицы системы.

Итак, пусть задана система m линейных алгебраических уравнений с n неизвестными:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (6)

В матричном виде система (6) записывается АХ=В, где А – прямоугольная матрица размера m´n:

А= Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , а Х и В – матрицы-столбцы: Х= Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , В= Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Если в результате преобразований матрицы системы получится треугольная матрица, то система будет иметь вид:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

где Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Из последнего уравнения можно найти Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , а затем, подставляя найденное Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru в предпоследнее уравнение, найти Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и т.д. В итоге будем иметь единственное решение Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , …, Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . В этом случае ранг матрицы А системы уравнений равен n.

Если в результате преобразований матрицы системы получится трапециевидная матрица, то система примет вид:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

где Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

В этом случае k<n, следовательно, система уравнений будет неопределенной, то есть будет иметь бесконечное множество решений, так как она содержит n – k свободных переменных:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Придавая свободным переменным Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , …, Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru произвольные значения, будем иметь каждый раз новое решение исходной системы уравнений, то есть решений будет бесконечное множество. В этом случае ранг матрицы А системы равен k.

Если в результате преобразований получено уравнение, в котором коэффициенты при всех неизвестных равны нулю, а свободный член отличен от нуля, то такая система будет несовместной, то есть не иметь решения.

Следует отметить, что треугольная или трапециевидная форма системы уравнений получалась ввиду предположения, что коэффициенты Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru отличны от нуля. Если же какой-либо из этих коэффициентов равен нулю, то система уравнений приобретет треугольную или трапециевидную форму лишь после надлежащего изменения нумерации неизвестных.

В заключение отметим, что метод Гаусса применяется и для однородных систем линейных алгебраических уравнений. В этом случае, если получаем треугольный вид системы уравнений, то она будет иметь единственное (нулевое) решение Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru = Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru = …= Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru =0, если же получаем трапециевидный вид системы, то будем иметь бесконечное множество решений.

При решении системы линейных алгебраических уравнений методом Гаусса удобно выписать расширенную матрицу системы и все преобразования выполнять над строками и столбцами расширенной матрицы.

Рассмотрим примеры решения систем линейных алгебраических уравнений методом Гаусса.

Пример 1.

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Решение.

Выпишем расширенную матрицу системы:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru ~ (не меняя первую строку, вычтем из второй

строки первую, из третьей вычтем первую строку, умноженную

на 3) ~ Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru ~ (первую и вторую строки не меняем,

а из третьей вычтем вторую, умноженную на 4) ~ Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Получили матрицу А треугольного вида, причем на диагонали элементы отличны от нуля. Следовательно, ранг матрицы А равен 3, ранг расширенной матрицы также равен 3, и по теореме Кронекера-Капелли исходная система совместна, причем имеет единственное решение. Получим это решение.

Согласно последней матрице исходную систему можно записать в виде:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Из последнего уравнения имеем, что Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru = –1. Подставляя Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru во второе уравнение, получим Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru Подставляя Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

в первое уравнение, получим Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Ответ: Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Пример 2.

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Решение.

Выпишем расширенную матрицу системы:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru ~ (первую и четвертую строки не меняем, из

второй строки вычтем первую, умноженную на 3, из третьей строки вычтем

первую) ~ Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru ~ (первую и вторую строки не меняем, из третьей строки вычтем вторую, умноженную на Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , а из четвертой вычтем вторую, умноженную на Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru ) ~ Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru ~

~ (первую, вторую и третью строки не меняем, к четвертой строке

прибавим третью) ~ Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

В итоге получили трапециевидную матрицу А. Следовательно, если бы последняя строка расширенной матрицы была нулевой, то исходная система уравнений имела бы бесконечное множество решений.

Так как она дает уравнение Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , которое не имеет решения, то исходная система является несовместной, то есть не имеет решений.

10. Скалярные и векторные величины. Линейные операции с векторами.

Вектором называется направленный отрезок Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru где точка А – начало вектора, точка В – конец вектора. Если начало и конец вектора в явном виде не указаны, то вектор будем обозначать Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и т. д.

Вектор, у которого начало и конец совпадают, называется нулевым вектором и обозначается Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Длиной (модулем) вектора называется длина его направленного отрезка и обозначается Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Вектор, длина которого равна единице, называется единичным или ортом.

Векторы, лежащие на одной прямой или на параллельных прямых, называются коллинеарными.

Два вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называются равными Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , если они коллинеарны, имеют одинаковую длину и одинаковое направление.

Свободный вектор – это вектор, который можно переносить параллельно самому себе в любую точку пространства (плоскости).

Произведением вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru на число Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называется вектор Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , длина которого Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru ; направление совпадает с направлением вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , если Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , и противоположно ему, если Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Суммой двух векторов Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называется вектор Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (рис. 1) и обозначается Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Разностью двух векторов Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называется вектор Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и обозначается Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (рис. 2).

Векторы, лежащие в одной плоскости или на параллельных плоскостях, называются компланарными.

Декартовой прямоугольной системой координат в пространстве (прямо-угольной) называется совокупность трех упорядоченных взаимно перпендикулярных осей координат ОХ, ОY, OZ с общим началом в точке О. Орты координатных осей ОХ, ОY, ОZ обозначают Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru соответственно. Векторы Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru образуют декартовый прямоугольный базис в пространстве.

11. Понятие базиса на плоскости и в пространстве. Ортонормированные базисы на плоскости и в пространстве. Координаты вектора в базисе.

Базисом на плоскости Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называется упорядоченная пара любых некомпланарных векторов этой плоскости.

Базисом в пространстве Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называется упорядоченная тройка любых некомпланарных векторов.

Векторы Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru в пространстве образуют базис тогда и только тогда, когда определитель матрицы, составленной из их координат,

не равен нулю: Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Если Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – базис на плоскости, то любой вектор Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru этой плоскости единственным образом представляется в виде линейной комбинации векторов Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru т. е. Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Числа Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называют координатами вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru в базисе Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и записывают Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Если Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – базис в пространстве, то любой вектор Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru единственным обра-зом представляется в виде линейной комбинации векторов Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , т. е. Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . Числа Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называют координатами вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru в базисе Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и записывают Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Координатами точки М в заданной системе координат называют координаты ее радиус-вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . В этом случае пишут Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru или Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Любой вектор Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru в пространстве единственным образом представляется в виде линейной комбинации векторов Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru т. е. Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . Числа Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называют декартовыми прямоугольными координатами вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и записывают Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Линейные операции над векторами в координатной форме: пусть Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , тогда Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Длина вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru вычисляется по формуле

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . (2.1)

Если вектор Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru задан координатами точек Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , то

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

12. Скалярное произведение. Координатная форма скалярного произведения.

Скалярным произведением двух векторов Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называется число, равное произведению длин этих векторов на косинус угла Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru между ними:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . (2.3)

Скалярное произведение в координатной форме:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . (2.4)

Из определения скалярного произведения следует, что

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . (2.5)

По значению косинуса находится угол между ненулевыми векторами Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Ненулевые векторы Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru перпендикулярны (ортогональны) тогда и только тогда, когда их скалярное произведение равно нулю:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . (2.6)

Ненулевые векторы Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru коллинеарны тогда и только тогда, когда их соответствующие координаты пропорциональны:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . (2.7)

Проекция вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru на вектор Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru вычисляется по формуле Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . (2.8)

Примеры

1. Даны координаты точек Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Вычислить длину вектора

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Р е ш е н и е. Найдем координаты векторов Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru по формуле (2.2):

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Найдем координаты вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

= Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Тогда длина вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru находится по формуле (2.1):

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru 31,6.

13. Векторное произведение. Координатная форма векторного произведения.

Векторным произведением векторов Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называется вектор, обозначаемый Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru или Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , удовлетворяющий условиям:

1) Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru где Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – угол между векторами Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru ; (2.9)

2) Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru ;

3) упорядоченная тройка векторов Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – правая, т. е. если смотреть из конца вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , то кратчайший поворот от вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru к вектору Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru осуществляется против хода часовой стрелки (в противном случае тройка называется левой).

Если хотя бы один из векторов Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru нулевой, то полагают Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Векторное произведение в координатной форме:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

+ Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . (2.10)

Ненулевые векторы Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru коллинерны тогда и только тогда, когда их векторное произведение равняется нулевому вектору; Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . (2.11)

Геометрический смысл векторного произведения: длина вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru векторного произведения векторов Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru численно равняется площади параллелограмма, построенного на векторах Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , приведенных к общему началу.

14. Смешанное произведение. Координатная форма смешанного произведения.

Смешанным произведением трех векторов Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называется число, обозначаемое Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru или Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и равное скалярному произведению вектора Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru на вектор Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru : Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Смешанное произведение векторов Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru в координатной форме:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . (2.12)

Ненулевые векторы Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru компланарны тогда и только тогда, когда их смешанное произведение равняется нулю Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Геометрический смысл смешанного произведения: смешанное произведение трех векторов Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru численно равняется объему параллелепипеда, построенного на векторах Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (приведенных к общему началу), взятому со знаком «+», если тройка Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – правая, и взятому со знаком «–», если тройка Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – левая.

15. Уравнение прямой (на плоскости), уравнение плоскости, заданных точкой и нормальным вектором.

Будем предполагать, что на плоскости задана прямоугольная система координат Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Нормальным вектором прямой называется любой ненулевой вектор, перпендикулярный этой прямой.

Уравнение прямой, заданной точкой Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru и нормальным вектором Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru :

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . (3.1)

Общее уравнение прямой:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . (3.2)

Частные случаи общего уравнения прямой:

1) Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – прямая проходит через начало координат;

2) Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – прямая параллельна оси Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru ;

3) Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – прямая параллельна оси ОХ;

4) Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – уравнение оси ОY;

5) Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – уравнение оси ОХ.

16. Общее уравнение плоскости, общие уравнения прямой в пространстве, общее уравнение прямой на плоскости.

17. Уравнение прямой (на плоскости), уравнение плоскости в отрезках.

18. Уравнения прямой на плоскости и в пространстве, проходящей через 2 заданные точки.

19. Уравнение прямой на плоскости и в пространстве, заданной точкой и направляющим вектором.

20. Уравнение плоскости, проходящей через 3 заданные точки.

21. Расстояние от точки до прямой и от точки до плоскости.

22. Эллипс и его основные свойства.

Эллипсом называется множество точек плоскости, для каждой из которых сумма расстояний до двух данных точек F1 и F2 этой плоскости, называемых фокусами эллипса, есть заданная постоянная величина, равная 2а, а > 0, большая, чем расстояние между фокусами 2с, с > 0.

Пусть фокусы эллипса лежат на оси Х, причем Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru
т. е. Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – межфокусное расстояние эллипса.

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Пусть Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – произвольная точка эллипса. Величины Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называются фокальными радиусами точки М эллипса.

По определению эллипса: r1 + r2 = 2a, а > c. Из прямоугольных треугольников, по теореме Пифагора, имеем:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (2)

Умножим (2) на Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (3)

Сложим уравнения (2) и (3):

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (4)

Возведем (4) в квадрат:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Пусть Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru
Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (5)

(5) – каноническое уравнение эллипса с центром в начале координат. Соответственно, уравнение

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

– каноническое уравнение эллипса с центром в точке Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Числа а и Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называются соответственно большой и малой полуосями эллипса. Заметим, что а > Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , если а < Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , то фокусы эллипса будут на оси Оу, если а = Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , то эллипс превращается в окружность.

Точки Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называются вершинами эллипса. Отметим, что эллипс целиком расположен внутри прямоугольника: Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Так как Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (6)

Эксцентриситетом эллипса e называют отношение межфокусного расстояния 2с к длине большой оси 2а.

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (7)

Следовательно, Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru причем Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru когда Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru т. е. имеем окружность.

При Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru стремящемся к 1 эллипс становится более вытянутым вдоль оси Ох.

Выразим фокальные радиусы точки Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru через эксцентриситет. Из (4):

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (8)

Из (3): Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Значит, подставив координаты точки Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru эллипса в уравнения (8), получаем фокальные радиусы точки М.

Прямые Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называются директрисами эллипса.

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – левая директриса,

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – правая директриса.

Заметим, что директрисы эллипса обладают следующим важным свойством:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (9)

т. е. отношение расстояния ri от любой точки эллипса до фокуса к расстоянию di от нее до соответствующей директрисы есть величина постоянная, равная эксцентриситету эллипса.

23. Парабола и ее основные свойства.

Параболой называется множество точек плоскости, равноудаленных от данной точки F этой плоскости, называемой фокусом параболы, и данной прямой, называемой ее директрисой.

Построим уравнение параболы.

Пусть ось Оx проходит через фокус F параболы и перпендикулярен директрисе, а ось Оу проходит посередине между фокусом и директрисой. Обозначим через p – расстояние между фокусом и директрисой. Тогда Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , а уравнение директрисы Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru Число p – называется фокальным параметромпараболы.

Пусть Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – произвольная точка параболы. Пусть Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – фокальный радиус точки M. d – расстояние от точки М до директрисы. Тогда Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

По определению параболы Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . Следовательно

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Возведем это уравнение в квадрат

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

 
 
Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (20)

– каноническое уравнение параболы, симметричной относительно оси Оx и проходящей через начало координат.

Точка (0; 0) – вершина параболы.

Если р > 0 (р > 0 ), то парабола (20) расположена правее (левее) оси Оу.

Так как для параболы Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , а для эллипса и гиперболы Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , то, следовательно, эксцентриситет параболы равен 1 (e = 1).

Заметим, что парабола, симметричная относительно Оу и проходящая через начало координат, определяется уравнением

х2 = 2q y (21)

Фокус этой параболы находится в точке Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . Уравнение ее директрисы Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru . Фокальный радиус ее точки М(х, у) выражается формулой Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru .

Если q > 0 (q < 0), то ветви параболы (21) расположены выше (ниже) оси Ох.

24. Гипербола и ее основные свойства.

Гиперболой называется множество точек плоскости, для каждой из которых модуль разности расстояний от которых до двух данных точек Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru той же плоскости, называемых фокусами гиперболы, есть заданная постоянная величина Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru меньшая, чем расстояние между фокусами Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Пусть фокусы гиперболы лежат на оси Ох, причем Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru т. е. Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru Заметим, что Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Пусть Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru – произвольная точка гиперболы. Как и ранее, Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ruфокальные радиусыточки М.

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

По определению гиперболы:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

где Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Следовательно,

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (10)

Умножим (10) на Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (11)

Сложим уравнения (10) и (11):

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (12)

Возведем (12) в квадрат:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Пусть Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

 
 
Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (13)

(13) – каноническое уравнение гиперболы с центром в начале координат. Соответственно, уравнение

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

– каноническое уравнение гиперболы с центром в точке Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Числа a и b называются соответственно действительной и мнимой полуосями гиперболы. Гипербола с равными полуосями (a=b) называется равносторонней, ее каноническое уравнение имеет вид:

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru

Точки Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru называются вершинами гиперболы.

Заметим, что если уравнение гиперболы имеет вид

Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (14)

то фокусы гиперболы находятся на оси Оу, а ветви гиперболы будут направлены не влево и вправо, а вверх и вниз.

Так как Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru , то Алгоритм решения систем линейных алгебраических - student2.ru (15)

Наши рекомендации