Составить уравнение прямой проходящей через центр сферы и начало координат (3 видео)

Уравнение прямой, плоскости и сферы

306 гр. Математика. Дистанционное обучение. Тема 1-3.

Содержание

Просмотр содержимого документа «Уравнение прямой, плоскости и сферы»
Решение задач по темам «Уравнение окружности» и «Уравнение прямой»
4.13. Уравнения прямых на координатной плоскости
📺 Видео

Просмотр содержимого документа
«Уравнение прямой, плоскости и сферы»

Тема 1: Уравнение прямой в пространстве.

З адание: записать конспект и выполнить самостоятельную работу.

Пример 1. Составить уравнение прямой, проходящей через две точки:

Подставив в уравнение прямой соответствующие координаты, получим:

Упростим:

Ответ:

Пример 2. Составить уравнение прямой, проходящей через две точки:

Подставив в уравнение прямой соответствующие координаты, получим:

Упростим:

Ответ: Самостоятельная работа

Пример 1. Составить уравнение прямой, проходящей через две точки:

Пример 2. Составить уравнение прямой, проходящей через две точки:

Пример 3. Составить уравнение прямой, проходящей через две точки:

Тема 2: Уравнение плоскости в пространстве

Задание: записать конспект и выполнить самостоятельную работу

П ример 1: Принадлежит, ли точка В (-1; 2; 7) плоскости, заданной уравнением 2х+3у-z+3=0

Решение: Подставим координаты точки в уравнение и проверим верно ли равенство.

Ответ: точка В (-1; 2; 7) принадлежит плоскости.

Пример 2: Принадлежит, ли точка Е(0; 4; -6) плоскости, заданной уравнением х-5у-4z+2=0

Решение: Подставим координаты точки в уравнение и проверим верно ли равенство. х-5у-4z+2=0

0-5·4-4·(-6)+2=0-20+24+2=6≠0 не верно

Ответ: точка Е(0; 4; -6) не принадлежит плоскости.

Пример 3: При каком D точка А(1; 5;-2) принадлежит плоскости -3х+2у-z+D=0

Решение: Подставим координаты точки в уравнение и найдем D.

Пример 1: Принадлежит, ли точка В (-2; 3; 8) плоскости, заданной уравнением

Пример 2: Принадлежит, ли точка Е(3; 4; -2) плоскости, заданной уравнением

Пример 3: При каком D точка А(2; 4;-1) принадлежит плоскости -2х+5у-z+D=0

Решить задания №1, №2

О пределение. Сферой называется поверхность, состоящая из всех точек пространства, расположенных на данном расстоянии R от данной точки О.

R – радиус сферы, т. О – центр сферы.

Написать уравнение сферы с центром в точке О(1; 2; -5) и радиусом R=3.

Подставим в уравнение сферы: (х-1) 2 +(у-2) 2 +(z-(-5)) 2 =3 2 .

Упростим: (х-1) 2 +(у-2) 2 +(z+5) 2 =9.

Ответ: (х-1) 2 +(у-2) 2 +(z+5) 2 =9.

Пример 2. Дано уравнение сферы: (х-6) 2 +(у+3) 2 +(z-4) 2 =64. Найти координаты центра и радиус сферы.

1)найдем координаты центра: (х-6) 2 +(у-(-3)) 2 +(z-4) 2 =64

2)найдем радиус: R 2 =64, R=√64=8,

Ответ: О(6, -3, 4), R = 8.

Задание 1. Написать уравнение сферы с центром в точке О(5; -2; 3) и радиусом R= 6

Задание 2. Дано уравнение сферы (х-3) 2 +(у+7) 2 +(z-8) 2 =25. Найти координаты центра и радиус сферы.

Видео:Уравнение прямой проходящей через начало координат 7 - 8 клСкачать

Решение задач по темам «Уравнение окружности» и «Уравнение прямой»

Этот видеоурок доступен по абонементу

У вас уже есть абонемент? Войти

На прошлых уроках мы вывели уравнение окружности и решили некоторые задачи на уравнение окружности, вывели уравнение прямой и решили соответствующие задачи. На этом уроке мы продолжим решение задач на уравнение окружности и уравнение прямой.

Видео:Как составить уравнение прямой, проходящей через две точки на плоскости | МатематикаСкачать

4.13. Уравнения прямых на координатной плоскости

Давайте рассмотрим такие функций, графики которых имеют вид прямых. Простоты ради, мы будем иметь дело с безразмерными величинами, а значит, в качестве осей у нас будут выступать простые числовые прямые, и все наши чертежи мы будем делать на обычной координатной плоскости.

Прямая, проходящая через начало координат

Построение графика по заданной функции

Пусть переменная (y) пропорциональна переменной (x) с коэффициентом пропорциональности (k) :

Давайте договоримся, что (x) здесь — это независимая переменная, а (y) — зависимая. Коэффициент (k) играет роль константы (параметра). В таких случаях говорят, что (y) является (однородной) линейной функцией от (x) . Графиком этой функции, как мы хорошо знаем, является прямая, проходящая через начало координат ((0, 0)) . Для построения этой прямой нам достаточно определить еще какую-либо одну ее точку ((x_1, y_1)) . Для этого положим, например, (x_1 = 1) . Тогда (y_1 = k cdot 1 = k) . Проводим через эту точку и начало координат прямую линию. Это и есть график функции (y) от (x) . Так, по крайней мере, обстоит дело в теории, а на практике точку ((x_1, y_1)) лучше брать настолько далеко от начала координат, насколько позволяет чертеж. В этом стучае прямую удается провести наиболее точно. Ниже приведен пример такого построения для функции (y=frac x) .

Восстановление функции по графику

Решим теперь обратную задачу. Пусть на координатной плоскости с осями (x) и (y) нам дана прямая, проходящая через начало координат. Спрашивается: графиком какой функции она является? При этом подразумевается, что функция должна быть задана в виде формулы, связывающей переменные (x) и (y) . Такая формула носит название уравнения графика функции. В данном случае речь идет об уравнении прямой, проходящей через точку ((0,0)) .

Заранее ясно, что это уравнение имеет вид

От нас фактически только требуется найти значение константы (k) . Для этого отметим на прямой произвольную точку, отличную от ((0,0)) , и определим ее координаты ((x_1, y_1).) Эти координаты, очевидно, связаны соотношением

При этом следует особо подчеркнуть, что константа (k) не зависит от выбора точки ((x_1, y_1).) Какую бы точку на прямой мы не выбрали в качестве ((x_1, y_1),) мы придем к одному и тому же значению (k) . Таким образом,

Пример нахождения уравнения прямой приведен на следующем рисунке.

Отметим два особых случая. Во-первых, прямая может совпасть с осью (x) . Тогда значение (y) остается постоянным и равным нулю на всем ее протяжении. Тем не менее наше общее решение остается в силе. При этом оказывается, что (k = 0) и переменную (y) можно всё еще формально считать функцией от (x) :

Во-вторых, прямая может совпасть с осью (y) . В этом случае в каждой ее точке (x = 0) . Формула для константы (k) оказывается неприменимой, потому что число (x_0) , стоящее в знаменателе, обращается в нуль. Приходится признать, что мы не можем подобрать такую функцию (y) от (x) , которая имела бы подобный график. Разве что, мы можем теперь принять (y) за независимую переменную и формально рассматривать (x) как функцию от (y)

Несложно убедиться, что всякая точка, лежащая на оси (y) , удовлетворяет этому равенству. Заметим, что если бы мы захотели написать уравнение прямой, проходящей через начало координат, в самом общем виде, то мы могли бы это сделать так:

Это соотношение между (x) и (y) остается справедливым в обоих рассмотренных частных случаях, однако выбор параметров не является однозначным, так как в качестве пары чисел ((x_1, y_1)) можно взять координаты любой точки, принадлежащей прямой.

Произвольная прямая

Восстановление функции по графику

Начнем с обратной задачи. Пусть теперь на координатной плоскости дана произвольная прямая, не проходящая через начало координат. Вопрос нас будет интересовать всё тот же: графиком какой функции она является или, короче говоря, каково уравнение этой прямой?

Отметим на прямой две любые несовпадающие точки и обозначим их координаты через ((x_0, y_0)) и ((x_1,y_1)) . Поместим в точку ((x_0, y_0)) начало новой системы координат с осями (x’) и (y’) , сонаправленными с соответствующими осями (x) и (y) старой системы.

Тогда координаты другой отмеченной точки в новой системе окажутся равны

(begin x_1′ \ y_1′ end = begin x_1 \ y_1 end — begin x_0 \ y_0 end = begin x_1 — x_0 \ y_1 — y_0end.)

Вообще, как мы знаем, новые («штрихованные») координаты любой точки связаны со старыми («нештрихованными») координатами соотношением

Наша прямая проходит через начало координат новой системы, поэтому мы можем сразу же выписать ее уравнение в «штрихованных» переменных:

Переходя к «нештрихованным» переменным, получаем

Что и решает поставленную задачу.

При желании, можно еще выразить функцию (y) от (x) в явном виде:

(y = k,x — k,x_0 + y_0)

(y = k,x + b,) где (b = — k,x_0 + y_0.)

Значения констант (k) и (b) не зависят от выбора точек ((x_0, y_0)) и ((x_1,y_1)) . Какие бы точки на заданной прямой мы не взяли, мы всегда придем к одним и тем же значениям (k) и (b) . Заметим, что из-за дополнительного слагаемого (b) переменные (x) и (y) не пропорциональны друг другу. Поэтому константа (k) называется теперь не коэффициентом пропорциональности, как это было раньше, а угловым коэффициентом. Название это происходит от того, что значение (k) тесно связано с углом наклона прямой по отношению к оси (x) . Чем круче идет прямая, тем больше ее угловой коэффициент.

Константу (b) иногда называют свободным членом. Как легко видеть, переменная (y) равна (b) при (x = 0) . Иными словами, (b) — это точка на оси (y) , в которой эта ось пересекается с нашей прямой. Если (b = 0) , то прямая проходит через начало координат, и мы возвращаемся к частному случаю, рассмотренному ранее.

Из наших рассуждений следует, что любая прямая на координатной плоскости может быть описана уравнением вида

при подходящем выборе констант (k) и (b) . Единственным исключением является особый случай, когда в выражении для углового коэффициента (k = frac) знаменатель обращается в ноль. Это происходит, если (x_1 = x_0) . Это значит, что прямая перпендикулярна оси (x) (и соответственно параллельна оси (y) ). При таких обстоятельствах (x) неизбежно утрачивает роль независимой переменной, но может формально рассматриваться как функция от (y) :

(x = 0 cdot (y — y_0) + x_0.)

В совершенно общем виде уравнение прямой можно написать следующим образом:

((x_1-x_0) (y-y_0) = (y_1-y_0) (x-x_0).)

При этом, однако, выбор двух пар параметров ((x_0, y_0)) и ((x_1, y_1)) (которые, по смыслу, являются координатами двух произвольных точек, лежащих на прямой) неоднозначен.

Построение графика по заданной функции

Теперь давайте выясним, как построить график неоднородной линейной функции (y) от (x) , которая определяется как

где (k) и (b) — любые действительные числа. Как мы только что выяснили, к такому виду сводится уравнение произвольной прямой (при условии, что она не параллельна оси (y) ). Строго говоря, это не исключает, что при некоторых значения параметров (k) и (b) график этой функции может отличаться от прямой линии. Давайте убедимся, что этого никогда не происходит. Перепишем данное нам уравнение следующим образом:

Если перейти в новую, штрихованную, систему координат с началом в точке ((0, b)) и с осями (x’) и (y’) , сонаправленными с соответствующими осями старой системы, то в новых координатах уравнение примет вид:

Мы получим тогда не что иное, как уравнение пропорциональной зависимости, которое гарантировано задает прямую линию. Значит, и график неоднородной линейной функции

представляет собой прямую линию при любых значениях параметров (k) и (b) . Но для того, чтобы построить прямую, достаточно знать две ее произвольные точки ((x_0, y_0)) и ((x_1, y_1)) . В качестве (x_0) и (x_1) можно взять, например, соответственно ноль и единицу. Тогда

(y_0 = b) (при (x_0 = 0) ),
(y_1 = k+b,) (при (x_1 = 1) ).

Проводим прямую через точки ((x_0, y_0)) и ((x_1, y_1)) — и задача решена. На практике, впрочем, лучше брать такие точки, которые расположены друг от друга по возможности дальше, насколько позволяет чертеж. Пример графика неоднородной линейной функции со значением параметров (k = frac) и (b = 1) представлен на следующем рисунке.

Конспект

(1) . Линейная функция (y = k,x + b) называется однородной при (b = 0) и неоднородной при (b ne 0.) Ее график на координатной плоскости представляет собой прямую линию, которая строится по двум произвольным точкам.

(2) . Уравнение прямой, проходящей через начало координат: (y = frac x,) где ((x_1, y_1)) — координаты произвольной точки, принадлежащей этой прямой ((x_1 ne 0).) Исключение: прямая совпадает с осью (y) . Тогда уравнение прямой: (x = 0.)

(3) . Уравнение произвольной прямой: (y-y_0 = frac (x-x_0),) где ((x_0, y_0)) и ((x_1, y_1)) — координаты двух различных произвольных точек, принадлежащих этой прямой. Исключение: прямая проходит через точку ((x_0, y_0)) параллельно оси (y) . Тогда уравнение прямой: (x = x_0) .