Уравнение окружности
Окружностью называется множество точек плоскости, равноудаленных от данной точки, называемой центром.
Если точка С — центр окружности, R — ее радиус, а М — произвольная точка окружности, то по определению окружности
Равенство (1) есть уравнение окружности радиуса R с центром в точке С.
Пусть на плоскости задана прямоугольная декартова система координат (рис. 104) и точка С(а; b) — центр окружности радиуса R. Пусть М(х; у) — произвольная точка этой окружности.
Так как |СМ| = \( \sqrt <(x — a)^2 + (у — b)^2>\), то уравнение (1) можно записать так:
(x — a) 2 + (у — b) 2 = R 2 (2)
Уравнение (2) называют общим уравнением окружности или уравнением окружности радиуса R с центром в точке (а; b). Например, уравнение
есть уравнение окружности радиуса R = 5 с центром в точке (1; —3).
Если центр окружности совпадает с началом координат, то уравнение (2) принимает вид
Уравнение (3) называют каноническим уравнением окружности.
Задача 1. Написать уравнение окружности радиуса R = 7 с центром в начале координат.
Непосредственной подстановкой значения радиуса в уравнение (3) получим
Задача 2. Написать уравнение окружности радиуса R = 9 с центром в точке С(3; —6).
Подставив значение координат точки С и значение радиуса в формулу (2), получим
(х — 3) 2 + (у — (—6)) 2 = 81 или (х — 3) 2 + (у + 6) 2 = 81.
Задача 3. Найти центр и радиус окружности
Сравнивая данное уравнение с общим уравнением окружности (2), видим, что а = —3, b = 5, R = 10. Следовательно, С(—3; 5), R = 10.
Задача 4. Доказать, что уравнение
является уравнением окружности. Найти ее центр и радиус.
Преобразуем левую часть данного уравнения:
Это уравнение представляет собой уравнение окружности с центром в точке (—2; 1); радиус окружности равен 3.
Задача 5. Написать уравнение окружности с центром в точке С(—1; —1), касающейся прямой АВ, если A (2; —1), B(— 1; 3).
Напишем уравнение прямой АВ:
или 4х + 3y —5 = 0.
Так как окружность касается данной прямой, то радиус, проведенный в точку касания, перпендикулярен этой прямой. Для отыскания радиуса необходимо найти расстояние от точки С(—1; —1) — центра окружности до прямой 4х + 3y —5 = 0:
Напишем уравнение искомой окружности
Пусть в прямоугольной системе координат дана окружность x 2 + у 2 = R 2 . Рассмотрим ее произвольную точку М(х; у) (рис. 105).
Пусть радиус-вектор OM > точки М образует угол величины t с положительным направлением оси Ох, тогда абсцисса и ордината точки М изменяются в зависимости от t
(0 2 = 3 cos 2 t, у 2 = 3 sin 2 t. Складывая эти равенства почленно, получаем
Понятие об уравнении линии на плоскости и в пространстве. Уравнение окружности.
Уравнением линии на плоскости в декартовой системе координат называют уравнение: F(х;у)=0, которому удовлетворяют координаты (х;у) любой точки этой линии и не удовлетворяют координаты ни одной точки, которые не принадлежат ей.
Линия в пространстве задаётся в общем случае как линия пересечения некоторых поверхностей S1 и S2 .
называется уравнением линии в пространстве.
Окружностью называется линия, каждая точка М(х;у) на которой находится на одинаковом расстоянии от заданной точки , называемойцентром окружности. Величина называется радиусом окружности.
В прямоугольной системе координат уравнение окружности имеет вид
,
где (a; b) — координаты её центра, — радиус окружности.
В частности, если центр окружности совпадает с началом координат, т.е. a=0 , b=0 , то уравнение окружности примет вид:
Уравнение прямой. Различные виды уравнений прямой.
Общее уравнение прямой:
1.
, (2)
где — постоянные коэффициенты, причём и одновременно не обращаются в нуль .
Частные случаи этого уравнения:
— прямая проходит через начало координат;
— прямая параллельна оси ;
— прямая параллельна оси ;
— прямая совпадает с осью ;
— прямая совпадает с осью .
Нахождение углов между прямыми на плоскости. Условия параллельности и перпендикулярности прямых.
Если в пространстве заданы направляющий вектор прямой L
и уравнение плоскости
Ax + By + Cz + D = 0,
то угол между этой прямой и плоскостью можно найти используя формулу
sinφ = | | A · l + B · m + C · n | |
√A 2 + B 2 + C 2 · √l 2 + m 2 + n 2 |
Условия параллельности двух прямых:
а) Если прямые заданы уравнениями (4) с угловым коэффициентом, то необходимое и достаточное условие их параллельности состоит в равенстве их угловых коэффициентов:
б) Для случая, когда прямые заданы уравнениями в общем виде (6), необходимое и достаточное условие их параллельности состоит в том, что коэффициенты при соответствующих текущих координатах в их уравнениях пропорциональны, т. е.
Условия перпендикулярности двух прямых:
а) В случае, когда прямые заданы уравнениями (4) с угловым коэффициентом, необходимое и достаточное условие их перпендикулярности заключается в том, что их угловые коэффициенты обратны по величине и противоположны по знаку, т. е.
Это условие может быть записано также в виде
б) Если уравнения прямых заданы в общем виде (6), то условие их перпендикулярности (необходимое и достаточное) заключается в выполнении равенства
Уравнение прямой в пространстве: параметрические и канонические.
Если прямая проходит через две точки A(x1, y1, z1) и B(x2, y2, z2), такие что x1 ≠ x2, y1 ≠ y2 и z1 ≠ z2, то уравнение прямой можно найти используя следующую формулу
x — x1 | = | y — y1 | = | z — z1 |
x2 — x1 | y2 — y1 | z2 — z1 |
Параметрические уравнения прямой могут быть записаны следующим образом
x = l t + x0 | |
y = m t + y0 | |
z = n t + z0 |
где (x0, y0, z0) — координаты точки лежащей на прямой,
Каноническое уравнение прямой в пространстве
Если известны координаты точки A(x0, y0, z0) лежащей на прямой и направляющего вектора n =
x — x0 | = | y — y0 | = | z — z0 |
l | m | n |
Уравнения плоскости.
Уравнение плоскости в прямоугольной системе координат Oxyz в трехмерном пространстве – это уравнение с тремя переменными x, y и z, которому удовлетворяют координаты любой точки заданной плоскости и не удовлетворяют координаты точек, лежащих вне данной плоскости.
Таким образом, уравнение плоскости обращается в тождество при подстановке в него координат любой точки плоскости. Если в уравнение плоскости подставить координаты точки, не лежащей в этой плоскости, то оно обратится в неверное равенство.
Всякое уравнение вида , где A, B, C и D – некоторые действительные числа, причем А, В и C одновременно не равны нулю, определяет плоскость в прямоугольной системе координат Oxyz в трехмерном пространстве, и всякая плоскость в прямоугольной системе координат Oxyz в трехмерном пространстве может быть задана уравнением вида .
Уравнение называется общим уравнением плоскости в пространстве. Если не придавать числам А, В, С и D конкретных значений, то общее уравнение плоскости называют уравнением плоскости в общем виде.
ОБЩЕЕ УРАВНЕНИЕ ЛИНИЙ ВТОРОГО ПОРЯДКА
Линии второго порядка
1. Основные понятия.
6. Общее уравнение линий второго порядка.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Рассмотрим линии, определяемые уравнениями второй степени относительно текущих координат
.
Коэффициенты уравнения – действительные числа, но, по крайней мере, одно из чисел отлично от нуля. Такие линии называются линиями (кривыми) второго порядка.
ОКРУЖНОСТЬ
Простейшей кривой второго порядка является окружность.
Определение. Окружностью радиуса R с центром в точке называется множество всех точек плоскости, удовлетворяющих условию .
Каноническое уравнение окружности .
Эллипс
Определение. Эллипсом называется множество всех точек плоскости, сумма расстояний от каждой из которых до двух данных точек этой плоскости, называемых фокусами, есть величина постоянная и большая, чем расстояние между фокусами.
Каноническое уравнение эллипса .
у
с – половина расстояния между фокусами; a – большая полуось; b – малая полуось.
и называются фокальными радиусами. ,
Теорема. Фокусное расстояние и полуоси эллипса связаны соотношением:
Определение.Характеристикой эллипса, показывающей меру его вытянутости, является эксцентриситет – величина, определяемая отношением: .
Замечание. Для эллипса .
Определение.Прямые называются директрисами эллипса.
Теорема. Если – расстояние от произвольной точки эллипса до какого-нибудь фокуса, – расстояние от этой же точки до соответствующей этому фокусы директрисы, то отношение есть постоянная величина, равная эксцентриситету эллипса: .
Замечание. Если a = b, то c = 0, а значит, фокусы сливаются, и эллипс превращается в окружность.
Если же , то уравнение определяет эллипс, большая ось которого лежит на оси Оу, а малая ось – на оси Ох. Фокусы такого эллипса находятся в точках F1 (0;с); F2(0;-с), где b 2 = a 2 + c 2 .
Пример. Составьте уравнение эллипса, если его фокусы F1(0; 0), F2(1; 1), а большая ось равна 2.
Уравнение эллипса имеет вид: .
Расстояние между фокусами: 2c = , таким образом,
a 2 – b 2 = c 2 = .
По условию большая ось равна 2, то есть 2а = 2, откуда получаем, что
а = 1, b = .
Тогда искомое уравнение эллипса имеет вид: .
Гипербола
Определение. Гиперболойназывается линия, для всех точек которой модуль разности расстояний от двух данных точек, называемых фокусами, есть величина постоянная и меньшая, чем расстояние между фокусами.
Каноническое уравнение гиперболы .
y
Теорема. Фокусное расстояние и полуоси гиперболы связаны соотношением:
Ось 2а называется действительной осью гиперболы.
Ось 2b называется мнимой осью гиперболы.
Прямоугольник со сторонами 2а и2b называется основным прямоугольником гиперболы.
Гипербола имеет две асимптоты, уравнения которых
Замечание.Для гиперболы эксцентриситет .
Определение. Две прямые, перпендикулярные действительной оси гиперболы и расположенные симметрично относительно центра на расстоянии a/ε от него, называются директрисами гиперболы. Их уравнения: .
Определение. Гипербола называется равносторонней, если ее полуоси равны ( ).
Ее каноническое уравнение .
Определение. Эксцентриситетом гиперболы называется отношение расстояние между фокусами к величине действительной оси гиперболы, обозначается : .
Кривая, определяемая уравнением , также есть гипербола, действительная ось которой расположена на оси , а мнимая ось – на оси .
Гиперболы и имеют общие асимптоты. Такие гиперболы называются сопряженными.
Пример. Составьте уравнение гиперболы, если ее эксцентриситет равен 2, а фокусы совпадают с фокусами эллипса, заданного уравнением
Найдем фокусное расстояние для эллипса:
Тогда искомое уравнение гиперболы .
Парабола
Определение. Параболой называется множество всех точек плоскости, каждая из которых одинаково удалена от данной точки, называемой фокусом, и от данной прямой, называемой директрисой и не проходящей через фокус.
Каноническое уравнение параболы y 2 = 2px .
у
http://megalektsii.ru/s41911t7.html
http://poisk-ru.ru/s7872t3.html