Jak znaleźć moduł i cosinus kierunku wektora. Wzór na obliczanie cosinusów kierunku wektora dla problemów przestrzennych. C) dwie niezwykłe granice

Cosinusy kierunku wektora.

Cosinusy kierunku wektora a są cosinusami kątów, jakie wektor tworzy z dodatnimi półosiami współrzędnych.

Aby znaleźć cosinusy kierunku wektora a, należy podzielić odpowiednie współrzędne wektora przez wartość bezwzględną wektora.

Nieruchomość: Suma kwadratów cosinusów kierunku jest równa jeden.

Więc w przypadku problemu z samolotem cosinusy kierunkowe wektora a = (ax; ay) wyznaczamy za pomocą wzorów:

Przykład obliczenia cosinusów kierunku wektora:

Znajdź cosinusy kierunku wektora a = (3; 4).

Rozwiązanie: |a| =

Więc w w przypadku problemu przestrzennego cosinusy kierunkowe wektora a = (ax; ay; az) można znaleźć za pomocą wzorów:

Przykład obliczenia cosinusów kierunku wektora

Znajdź cosinusy kierunku wektora a = (2; 4; 4).

Rozwiązanie: |a| =

Kierunek wektora w przestrzeni wyznaczają kąty, jakie wektor tworzy z osiami współrzędnych (ryc. 12). Cosinusy tych kątów nazywane są cosinus kierunku wektora: , , . Z właściwości rzutów:, , . Stąd, Łatwo to pokazać 2) współrzędne dowolnego wektora jednostkowego pokrywają się z jego cosinusami kierunkowymi: .

„Jak znaleźć cosinus kierunku wektora”

Oznacz przez alfa, beta i gamma kąty utworzone przez wektor a z dodatnim kierunkiem osi współrzędnych (patrz ryc. 1). Cosinusy tych kątów nazywane są cosinusami kierunku wektora a.

Ponieważ współrzędne a w kartezjańskim prostokątnym układzie współrzędnych są równe rzutom wektora na osie współrzędnych, to a1 = |a|cos(alfa), a2 = |a|cos(beta), a3 = |a|cos (gamma). Stąd: cos (alfa)=a1||a|, cos(beta) =a2||a|, cos(gamma)= a3/|a|. W tym przypadku |a|=sqrt(a1^2+ a2^2+ a3^2). Zatem cos (alfa)=a1|sqrt(a1^2+ a2^2+ a3^2), cos(beta) =a2|sqrt(a1^2+ a2^2+ a3^2), cos(gamma)= a3/kwadrat(a1^2+ a2^2+ a3^2).

Należy zwrócić uwagę na główną właściwość cosinusów kierunkowych. Suma kwadratów cosinusów kierunku wektora jest równa jeden. Rzeczywiście, cos^2(alfa)+cos^2(beta)+cos^2(gamma)= = a1^2|(a1^2+ a2^2+ a3^2)+ a2^2|(a1^2 + a2^2+ a3^2)+ a3^2/(a1^2+ a2^2+ a3^2) = =(a1^2+ a2^2+ a3^2)|(a1^2+ a2^ 2+ a3^2) = 1.

Pierwszy sposób

Przykład: podano: wektor a=(1, 3, 5). Znajdź jego cosinusy kierunkowe. Rozwiązanie. Zgodnie z tym, co ustaliliśmy, zapisujemy: |a|= sqrt(ax^2+ ay^2+ az^2)=sqrt(1+9 +25)=sqrt(35)=5,91. Zatem odpowiedź można zapisać w następującej formie: (cos(alfa), cos(beta), cos(gamma))=(1/sqrt(35), 3/sqrt(35), 5/(35)) =( 0,16; 0,5; 0,84).

Drugi sposób

Wyznaczając cosinusy kierunku wektora a, można zastosować technikę wyznaczania cosinusów kątów za pomocą iloczynu skalarnego. W tym przypadku mamy na myśli kąty pomiędzy a i wektorami jednostkowymi kierunku prostokątnych współrzędnych kartezjańskich i, j oraz k. Ich współrzędne to odpowiednio (1, 0, 0), (0, 1, 0), (0, 0, 1). Należy przypomnieć, że iloczyn skalarny wektorów definiuje się następująco.

Jeżeli kąt między wektorami wynosi φ, to iloczyn skalarny dwóch wiatrów (z definicji) jest liczbą równą iloczynowi modułów wektorów i cosφ. (a, b) = |a||b|cos f. Następnie, jeśli b=i, to (a, i) = |a||i|cos(alfa) lub a1 = |a|cos(alfa). Ponadto wszystkie działania wykonuje się podobnie jak w metodzie 1, biorąc pod uwagę współrzędne j i k.

DEFINICJA

Wektor nazywa się uporządkowaną parą punktów i (to znaczy dokładnie wiadomo, który z punktów tej pary jest pierwszy).

Pierwszy punkt to tzw początek wektora, a drugi jest jego koniec.

Nazywa się odległość między początkiem i końcem wektora długość Lub moduł wektorowy.

Nazywa się wektor, którego początek i koniec pokrywają się zero i jest oznaczony przez ; jego długość uważa się za zero. W przeciwnym razie, jeśli długość wektora jest dodatnia, nazywa się to niezerowy.

Komentarz. Jeśli długość wektora jest równa jeden, wówczas nazywa się to ortom Lub wektor jednostkowy i jest wyznaczony.

PRZYKŁAD

Ćwiczenia	Sprawdź, czy wektor jest pojedynczy.
Rozwiązanie	Obliczmy długość danego wektora, jest ona równa pierwiastkowi kwadratowemu z sumy kwadratów współrzędnych: Ponieważ długość wektora jest równa jeden, oznacza to, że wektor jest ortą.
Odpowiedź	Wektor jednostkowy.

Niezerowy wektor można również zdefiniować jako segment skierowany.

Komentarz. Kierunek wektora zerowego nie jest zdefiniowany.

Cosinusy kierunku wektora

DEFINICJA

Cosinusy kierunkowe pewnego wektora nazywane są cosinusami kątów, które wektor tworzy z dodatnimi kierunkami osi współrzędnych.

Komentarz. Kierunek wektora jest jednoznacznie określony przez jego cosinusy kierunku.

Aby znaleźć cosinusy kierunku wektora, należy znormalizować wektor (to znaczy podzielić wektor przez jego długość):

Komentarz. Współrzędne wektora jednostkowego są równe jego cosinusom kierunkowym.

TWIERDZENIE

(Własność cosinusów kierunku). Suma kwadratów cosinusów kierunku jest równa jeden:

są to cosinusy kątów, jakie wektor tworzy z dodatnimi półosiami współrzędnych. Cosinusy kierunku jednoznacznie określają kierunek wektora. Jeśli wektor ma długość 1, to cosinusy jego kierunku są równe jego współrzędnym. Ogólnie rzecz biorąc, dla wektora ze współrzędnymi ( A; B; C) cosinusy kierunkowe są równe:

gdzie a, b, g to kąty utworzone przez wektor z osiami X, y, z odpowiednio.

21) Rozkład wektora na wektory jednostkowe. Jednostkę osi współrzędnych oznaczono przez , osie przez , a osie przez (rys. 1).

Dla dowolnego wektora leżącego na płaszczyźnie następuje rozwinięcie:

Jeśli wektor znajdujących się w przestrzeni, to rozwinięcie w wektory jednostkowe osi współrzędnych ma postać:

22)Produkt kropkowy dwa niezerowe wektory i liczbę równą iloczynowi długości tych wektorów i cosinusa kąta między nimi nazywa się:

23)Kąt pomiędzy dwoma wektorami

Jeżeli kąt między dwoma wektorami jest ostry, to ich iloczyn skalarny jest dodatni; jeśli kąt między wektorami jest rozwarty, to iloczyn skalarny tych wektorów jest ujemny. Iloczyn skalarny dwóch niezerowych wektorów jest równy zeru wtedy i tylko wtedy, gdy wektory te są ortogonalne.

24) Warunek równoległości i prostopadłości dwóch wektorów.

Warunek, aby wektory były prostopadłe
Wektory są prostopadłe wtedy i tylko wtedy, gdy ich iloczyn skalarny wynosi zero. Dane są dwa wektory a(xa;ya) i b(xb;yb). Wektory te będą prostopadłe, jeśli wyrażenie xaxb + yayb = 0.

25) Iloczyn wektorowy dwóch wektorów.

Iloczynem wektorowym dwóch wektorów niewspółliniowych jest wektor c=a×b spełniający następujące warunki: 1) |c|=|a| |b| sin(a^b) 2) c⊥a, c⊥b 3) Wektory a, b, c tworzą prawoskrętną trójkę wektorów.

26) Wektory współliniowe i współpłaszczyznowe.

Wektory są współliniowe, jeśli odcięta pierwszego wektora jest powiązana z odciętą drugiego w taki sam sposób, jak rzędna pierwszego wektora ma się do rzędnej drugiego. A (xa;tak) I B (xb;yb). Te wektory są współliniowe jeśli xa = x b I tak = y b, Gdzie R.

Wektory − → A,−→B i − → C są nazywane współpłaszczyznowy, jeśli istnieje płaszczyzna, do której są one równoległe.

27) Iloczyn mieszany trzech wektorów. Mieszany iloczyn wektorów- iloczyn skalarny wektora a i iloczyn wektorowy wektorów b i c. Znajdź iloczyn mieszany wektorów a = (1; 2; 3), b = (1; 1; 1), c = (1; 2; 1).

Rozwiązanie:

1,1,1 + 1,1,2 + 1,2,3 - 1,1,3 - 1,1,2 - 1,1,2 = 1 + 2 + 6 - 3 - 2 - 2 = 2

28) Odległość pomiędzy dwoma punktami na płaszczyźnie. Odległość między dwoma danymi punktami jest równa pierwiastkowi kwadratowemu z sumy kwadratów różnic tych samych współrzędnych tych punktów.

29) Podział odcinka w tej relacji. Jeżeli punkt M(x; y) leży na prostej przechodzącej przez dwa dane punkty ( , ) i ( , ) i podana jest zależność, w której punkt M dzieli odcinek , to współrzędne punktu M wyznaczamy ze wzorów

Jeżeli punkt M jest środkiem odcinka, to jego współrzędne wyznaczają wzory

30-31. Nachylenie linii prostej nazywa się tangensem kąta nachylenia tej linii. Nachylenie linii prostej jest zwykle oznaczone literą k. Wtedy z definicji

Równanie prostej ze spadkiem ma postać gdzie k- nachylenie linii prostej, B– jakaś liczba rzeczywista. Korzystając z równania prostej ze współczynnikiem kąta, można określić dowolną linię prostą, która nie jest równoległa do osi Oj(dla prostej równoległej do osi rzędnych nie definiuje się współczynnika kątowego).

33. Równanie ogólne prostej na płaszczyźnie. Równanie postaci Jest ogólne równanie prostej Oksy. W zależności od wartości stała A, B i C możliwe są następujące szczególne przypadki:

C = 0, A ≠0, B ≠ 0 – prosta przechodzi przez początek

A = 0, B ≠0, C ≠0 (By + C = 0) - prosta równoległa do osi Wółu

B = 0, A ≠0, C ≠ 0 (Ax + C = 0) – prosta równoległa do osi Oy

B = C = 0, A ≠0 – prosta pokrywa się z osią Oy

A = C = 0, B ≠0 – prosta pokrywa się z osią Wółu

34.Równanie prostej w odcinkach na płaszczyźnie w prostokątnym układzie współrzędnych Oksy ma postać gdzie A I B- niektóre niezerowe liczby rzeczywiste. Nazwa ta nie jest przypadkowa, gdyż Wartości bezwzględne liczby A I B są równe długościom odcinków, na których linia prosta odcina się osie współrzędnych Wół I Oj odpowiednio (segmenty liczone są od początku). Zatem równanie linii w odcinkach ułatwia skonstruowanie tej linii na rysunku. W tym celu należy na płaszczyźnie zaznaczyć punkty współrzędnymi oraz w prostokątnym układzie współrzędnych i za pomocą linijki połączyć je linią prostą.

35. Równanie normalne linii ma postać

gdzie jest odległość od linii prostej do początku;  – kąt pomiędzy normalną do linii a osią.

Równanie normalne można otrzymać z równania ogólnego (1), mnożąc je przez współczynnik normalizujący, znak  jest przeciwny do znaku, więc .

Cosinusy kątów pomiędzy prostą a osiami współrzędnych nazywane są cosinusami kierunkowymi,  – kąt pomiędzy prostą a osią,  – pomiędzy prostą a osią:

Zatem równanie normalne można zapisać w postaci

Odległość od punktu do linii prostej określone przez formułę

36. Odległość punktu od prostej oblicza się ze wzoru:

gdzie x 0 i y 0 to współrzędne punktu, a A, B i C to współczynniki z ogólnego równania prostej

37. Sprowadzenie równania ogólnego prostej do normalnej. Równanie i płaszczyzna w tym kontekście nie różnią się od siebie niczym poza liczbą wyrazów w równaniach i wymiarem przestrzeni. Dlatego najpierw opowiem wszystko o samolocie, a na koniec zrobię zastrzeżenie co do linii prostej.
Podajmy ogólne równanie płaszczyzny: Ax + By + Cz + D = 0.
;. otrzymujemy system: g;Mc=cosb, MB=cosa Doprowadźmy to do normalnej postaci. W tym celu mnożymy obie strony równania przez współczynnik normalizujący M. Otrzymujemy: Max+Mvu+MCz+MD=0. W tym przypadku MA=cos;.g;Mc=cosb, MB=cosa otrzymujemy układ:

M2 B2=cos2b
M2 C2=cos2g

Dodając wszystkie równania układu, otrzymujemy M*(A2 + B2 + C2) = 1. Teraz pozostaje tylko wyrazić M stąd, aby wiedzieć, przez jaki współczynnik normalizujący należy pomnożyć pierwotne równanie ogólne, aby je otrzymać do normalnej postaci:
M=-+1/ROOT KV A2 +B2 +C2
MD musi być zawsze mniejsze od zera, dlatego znak liczby M przyjmuje się przeciwnie do znaku liczby D.
W przypadku równania prostej wszystko jest takie samo, tylko ze wzoru na M należy po prostu usunąć wyraz C2.

Topór + Przez + Cz + D = 0,

38.Ogólne równanie płaszczyzny w przestrzeni nazywa się równaniem postaci

Gdzie A 2 + B 2 + C 2 ≠ 0 .

W przestrzeni trójwymiarowej w kartezjańskim układzie współrzędnych dowolną płaszczyznę opisuje się równaniem I stopnia (równaniem liniowym). I z powrotem, dowolne równanie liniowe definiuje płaszczyznę.

40.Równanie płaszczyzny w odcinkach. W prostokątnym układzie współrzędnych Oksyz w przestrzeni trójwymiarowej równanie postaci , Gdzie A, B I C– wywoływane są niezerowe liczby rzeczywiste równanie płaszczyzny w odcinkach. Wartości bezwzględne liczb A, B I C równe długościom odcinków, które płaszczyzna odcina na osiach współrzędnych Wół, Oj I Oz odpowiednio, licząc od początku. Znak liczb A, B I C pokazuje, w jakim kierunku (dodatnim lub ujemnym) segmenty są wykreślane na osiach współrzędnych

41) Równanie płaszczyzny normalnej.

Równanie normalne płaszczyzny to jej równanie zapisane w postaci

gdzie , , to cosinusy kierunku płaszczyzny normalnej, np

p jest odległością od początku układu współrzędnych do płaszczyzny. Obliczając cosinus kierunku normalnej należy przyjąć, że jest on skierowany od początku do płaszczyzny (jeżeli płaszczyzna przechodzi przez początek, wówczas wybór dodatniego kierunku normalnej jest obojętny).

42) Odległość punktu od płaszczyzny.Niech płaszczyzna będzie dana równaniem i punkt zostaje przyznany. Następnie odległość punktu od płaszczyzny określa się ze wzoru

Dowód. Odległość punktu od płaszczyzny jest z definicji długością prostopadłej poprowadzonej od punktu do płaszczyzny

Kąt między płaszczyznami

Niech płaszczyzny i będą określone odpowiednio równaniami i . Musisz znaleźć kąt między tymi płaszczyznami.

Przecinające się płaszczyzny tworzą cztery kąty dwuścienne: dwa rozwarte i dwa ostre lub cztery kąty proste, przy czym oba kąty rozwarte są sobie równe i oba kąty ostre są sobie również równe. Zawsze będziemy szukać ostry róg. Aby określić jego wartość, bierzemy punkt na linii przecięcia płaszczyzn i w tym punkcie w każdej z nich

płaszczyznach, rysujemy prostopadłe do linii przecięcia.

Nieruchomość:

cos 2 α + cos 2 β + cos 2 γ = 1

b) definicja operacje liniowe

suma dwóch wektorów niewspółliniowych jest wektorem pochodzącym ze wspólnego początku wektorów wzdłuż przekątnej równoległoboku zbudowanego na tych wektorach

Różnica wektorów jest sumą wektora i wektora przeciwnego do wektora: . Połączmy początki wektorów i , następnie wektor kierowany jest od końca wektora do końca wektora.

Praca wektor przez liczbę nazywany jest wektorem z modułem oraz at i at . Z geometrycznego punktu widzenia mnożenie przez liczbę oznacza „rozciągnięcie” wektora o współczynnik, utrzymanie kierunku w punkcie i zmianę na przeciwny w punkcie .

Z powyższych zasad dodawania wektorów i mnożenia ich przez liczbę wynikają oczywiste stwierdzenia:

1. (dodawanie jest przemienne);

2. (dodawanie jest łączne);

3. (istnienie wektora zerowego);

4. (istnienie wektora przeciwnego);

5. (dodawanie jest łączne);

6. (mnożenie przez liczbę jest rozdzielne);

7. (dodawanie wektorów jest rozdzielne);

c) iloczyn skalarny i jego podstawowe własności

Produkt kropkowy dwa niezerowe wektory to liczba równa iloczynowi długości tych wektorów i cosinusa kąta między nimi. Jeśli przynajmniej jeden z dwóch wektorów ma wartość zero, wówczas kąt między nimi nie jest zdefiniowany, a iloczyn skalarny przyjmuje się za równy zeru. Iloczyn skalarny wektorów i jest oznaczony

, gdzie i to odpowiednio długości wektorów i , oraz kąt między wektorami i .

Iloczyn skalarny wektora sam w sobie nazywany jest kwadratem skalarnym.

Właściwości iloczynu skalarnego.

Dla dowolnych wektorów prawdziwe są następujące stwierdzenia: właściwości iloczynu skalarnego:

przemienność iloczynu skalarnego;

własność rozdzielcza Lub ;

łączność Lub , gdzie jest dowolną liczbą rzeczywistą;

kwadrat skalarny wektora jest zawsze nieujemny wtedy i tylko wtedy, gdy wektor wynosi zero.

D) iloczyn wektorowy i jego właściwości

produkt wektorowy wektor a do wektora b nazywany jest wektorem c, którego długość jest liczbowo równa polu równoległoboku zbudowanego na wektorach aib, prostopadłym do płaszczyzny tych wektorów i skierowanym tak, aby najmniejszy obrót od a do b wokół wektora c jest przeciwne do ruchu wskazówek zegara, patrząc od strony wektora końcowego c

Wzory do obliczania iloczynu wektorów wektorów

Grafika wektorowa dwa wektory a = (a x; a y; a z) i b = (b x; b y; b z) w kartezjańskim układzie współrzędnych to wektor, którego wartość można obliczyć za pomocą następujących wzorów:

• Iloczyn dwóch niezerowych wektorów aib jest równy zeru wtedy i tylko wtedy, gdy wektory są współliniowe.
• Wektor c równy produkt wektorowy niezerowe wektory aib, jest prostopadła do tych wektorów.
• a × b = -b × a
• (k a) × b = a × (k b) = k (a × b)
• (a + b) × do = a × do + b × do

Równanie prostej na płaszczyźnie

A) równanie prostej ze współczynnikiem kąta

Nachylenie linii prostej nazywa się tangensem kąta nachylenia tej linii.

Nachylenie linii prostej jest zwykle oznaczone literą k. Wtedy z definicji.

Jeśli prosta jest równoległa do osi rzędnych, to nachylenie nie istnieje (w tym przypadku również mówi się, że nachylenie dąży do nieskończoności).

Dodatnie nachylenie linii oznacza wzrost jej wykresu funkcji, ujemne nachylenie oznacza spadek. Równanie prostej ze współczynnikiem kątowym ma postać y=kx+b, gdzie k jest współczynnikiem kątowym prostej, b jest pewną liczbą rzeczywistą. Korzystając z równania prostej ze współczynnikiem kątowym, można określić dowolną linię prostą, która nie jest równoległa do osi Oy (dla prostej równoległej do osi rzędnych współczynnik kątowy nie jest definiowany).

B) rodzaje równań prostych

Równanie zwany równanie ogólne prosty na powierzchni.

Dowolne równanie pierwszego stopnia z dwiema zmiennymi X I y Uprzejmy , Gdzie A, W I Z– niektóre liczby rzeczywiste i A I W nie są jednocześnie równe zeru, definiuje linię prostą w prostokątnym układzie współrzędnych Oksy na płaszczyźnie, a każda prosta na płaszczyźnie jest dana równaniem postaci .

Równanie liniowe postaci , gdzie A I B– wywoływane są niektóre liczby rzeczywiste inne niż zero równanie prostej w odcinkach. Nazwa ta nie jest przypadkowa, ponieważ wartości bezwzględne liczb A I B równej długości odcinków, które linia prosta odcina na osiach współrzędnych Wół I Oj odpowiednio (segmenty liczone są od początku).

Równanie liniowe postaci , gdzie X I y- zmienne i k I B– nazywane są niektóre liczby rzeczywiste równanie prostej ze spadkiem (k- nachylenie)

Równanie kanoniczne prostej na płaszczyźnie w prostokątnym kartezjańskim układzie współrzędnych Oksy wygląda jak , gdzie i są pewnymi liczbami rzeczywistymi, a jednocześnie nie są równe zeru.

Oczywiście przez ten punkt przechodzi prosta określona równaniem kanonicznym tej prostej. Z kolei liczby i mianowniki ułamków reprezentują współrzędne wektora kierunku tej linii. Zatem, równanie kanoniczne prosty w prostokątnym układzie współrzędnych Oksy na płaszczyźnie odpowiada linii prostej przechodzącej przez punkt i mającej wektor kierunkowy.

Równania parametryczne prostej na płaszczyźnie wygląda jak , gdzie i są pewnymi liczbami rzeczywistymi, a jednocześnie nie są równe zeru i jest parametrem przyjmującym dowolne wartości rzeczywiste.

Parametryczne równania linii ustalają niejawną relację między odciętymi i rzędnymi punktów na linii prostej za pomocą parametru (stąd nazwa tego typu równania liniowego).

Para liczb, które są obliczane z równań parametrycznych linii dla jakiejś rzeczywistej wartości parametru, reprezentuje współrzędne pewnego punktu na linii. Na przykład, kiedy mamy , czyli punkt o współrzędnych leży na linii prostej.

Należy zauważyć, że współczynniki i dla parametru w równania parametryczne linia są współrzędnymi wektora kierunku tej linii

Równanie prostej przechodzącej przez dwa punkty

Niech w przestrzeni zostaną dane dwa punkty M 1 (x 1, y 1, z 1) i M 2 (x 2, y 2, z 2), wówczas równanie prostej przechodzącej przez te punkty będzie wyglądało następująco:

Jeżeli którykolwiek z mianowników jest równy zero, odpowiadający mu licznik powinien być równy zero.Na płaszczyźnie równanie prostej zapisanej powyżej jest uproszczone:

jeśli x 1 ≠ x 2 i x = x 1, jeśli x 1 = x 2.

Nazywa się ułamek = k nachylenie prosty.

C) obliczenie kąta pomiędzy dwiema prostymi

jeśli podane zostaną dwie linie y = k 1 x + b 1, y = k 2 x + b 2, to kąt ostry między tymi liniami zostanie zdefiniowany jako

.

Dwie linie są równoległe, jeśli k 1 = k 2. Dwie linie są prostopadłe, jeśli k 1 = -1/ k 2.

Twierdzenie. Linie Ax + Bу + C = 0 i A 1 x + B 1 y + C 1 = 0 są równoległe, gdy współczynniki A 1 = λA, B 1 = λB są proporcjonalne. Jeśli także C 1 = λC, to linie się pokrywają. Współrzędne punktu przecięcia dwóch prostych znajdują się jako rozwiązanie układu równań tych prostych.

D) warunki równoległości i prostopadłości dwóch prostych

Warunki równoległości dwóch prostych:

a) Jeżeli proste są dane równaniami ze współczynnikiem kątowym, to warunkiem koniecznym i wystarczającym ich równoległości jest równość ich współczynników kątowych:

k 1 = k 2 .

b) Dla przypadku, gdy proste są dane równaniami w ogólna perspektywa(6) warunkiem koniecznym i wystarczającym ich równoległości jest to, aby współczynniki dla odpowiednich współrzędnych prądu w ich równaniach były proporcjonalne, tj.

Warunki prostopadłości dwóch prostych:

a) W przypadku, gdy proste są dane równaniami (4) ze współczynnikiem kątowym, warunkiem koniecznym i wystarczającym ich prostopadłości jest to, aby ich współczynniki kątowe były odwrotne pod względem wielkości i przeciwne pod względem znaku, tj.

Warunek ten można także zapisać w postaci

k 1 k 2 = -1.

b) Jeżeli równania prostych podane są w postaci ogólnej (6), to warunkiem ich prostopadłości (koniecznym i wystarczającym) jest spełnienie równości

A 1 A 2 + B 1 B 2 = 0.

Granica funkcji

A) granica sekwencji

Pojęciem granicy posługiwał się Newton w drugiej połowie XVII wieku oraz matematycy XVIII wieku, tacy jak Euler i Lagrange, ale granicę rozumieli oni intuicyjnie. Pierwsze rygorystyczne definicje granicy ciągu podali Bolzano w 1816 r. i Cauchy w 1821 r.

Numer jest wywoływany limit sekwencja liczb , jeśli ciąg jest nieskończenie mały, tj. wszystkie jego elementy, zaczynając od pewnego, mają mniejszą wartość bezwzględną niż jakakolwiek z góry określona liczba dodatnia.

Jeśli ciąg liczb ma granicę w postaci liczby rzeczywistej, nazywa się go zbieżny do tego numeru. W przeciwnym razie wywoływana jest sekwencja rozbieżny . Jeżeli ponadto jest nieograniczona, to przyjmuje się, że jej granica jest równa nieskończoności.

Ponadto, jeśli wszystkie elementy ciągu nieograniczonego, zaczynając od określonej liczby, mają znak dodatni, to mówimy, że granica takiego ciągu wynosi plus nieskończoność .

Jeżeli elementy ciągu nieograniczonego, zaczynając od określonej liczby, mają znak ujemny, to mówią, że granica takiego ciągu jest równa minus nieskończoność .

B) granica funkcji

Granica funkcji (wartość graniczna funkcji) W dany punkt, ograniczeniem dziedziny definicji funkcji jest wartość, do której dąży wartość rozważanej funkcji, gdy jej argument zmierza do danego punktu.

Granica funkcji jest uogólnieniem koncepcji granicy ciągu: początkowo granicę funkcji w punkcie rozumiano jako granicę ciągu elementów dziedziny wartości funkcji złożonej z obrazów punktów ciąg elementów dziedziny definicji funkcji zbiegający się do danego punktu (granicy, w której brana jest pod uwagę); jeżeli taka granica istnieje, to mówimy, że funkcja zbiega się do określonej wartości; jeżeli taka granica nie istnieje, to mówimy, że funkcja jest rozbieżna.

Granica funkcji- jedno z podstawowych pojęć analizy matematycznej. Wartość nazywa się limit (wartość graniczna) funkcji w punkcie, jeśli dla dowolnego ciągu punktów zbiegających się do jednego z jej elementów, ale niezawierających go (to znaczy w przebitym sąsiedztwie), ciąg wartości funkcji zbiega się do .

Wartość nazywa się limit (wartość graniczna) funkcjonuje w punkcie, jeśli dla dowolnej liczby dodatniej wziętej z góry istnieje odpowiednia liczba dodatnia taka, że ​​dla wszystkich argumentów spełniających warunek jest spełniona nierówność.

C) dwie niezwykłe granice

· Pierwszy niezwykły limit:

Konsekwencje

·

·

·

· Drugi niezwykły limit:

Konsekwencje

1.

2.

3.

4.

5. Dla ,

6.

D) funkcje nieskończenie małe i nieskończenie duże

Funkcjonować y=f(x) zwany nieskończenie mały Na x → a albo kiedy X→∞, jeśli lub , tj. funkcja nieskończenie mała to funkcja, której granica w danym punkcie wynosi zero.

jeśli funkcja y=f(x) reprezentowalny z x → a jako suma liczby stałej B i nieskończenie mała wielkość α(x): f (x)=b+ α(x) To .

I odwrotnie, jeśli , to fa (x)=b+α(x), Gdzie topór)– nieskończenie mały przy x → a.

Wniosek 1. Jeśli i wtedy.

Konsekwencja 2. Jeśli c= stała, następnie .

Jeśli funkcja k(x) jest nieskończenie duży w x → a, następnie funkcja 1 /f(x) jest nieskończenie małe przy x → a.

Jeśli funkcja k(x)- nieskończenie mały przy x → a(Lub x → ∞) i wtedy nie znika y= 1/f(x) jest nieskończony świetna funkcja. najprostsze właściwości nieskończenie małe i nieskończenie świetne funkcje można zapisać za pomocą następujących relacji warunkowych: A≠ 0

D) ujawnienie niepewności. Reguła de l'Hopitala

główne rodzaje niepewności: zero podzielone przez zero ( 0 do 0), nieskończoność podzielona przez nieskończoność, zero pomnożone przez nieskończoność, nieskończoność minus nieskończoność, jeden do potęgi nieskończoności, zero do potęgi zera, nieskończoność do potęgi zera.

Reguła de l'Hopitala bardzo szeroko stosowany obliczenia graniczne gdy istnieje niepewność postaci zero dzielonej przez zero, nieskończoności dzielonej przez nieskończoność.

Tego typu niepewności obejmują niepewności zero razy nieskończoność i nieskończoność minus nieskończoność.

Jeśli i jeśli funkcje k(x) I g(x) są różniczkowalne w sąsiedztwie punktu , a następnie

W przypadku, gdy niepewność nie zniknie po zastosowaniu reguły L'Hopitala, można ją zastosować ponownie.

Obliczanie instrumentów pochodnych

A) reguła różniczkowania złożona funkcja

Niech będzie złożona funkcja , gdzie funkcja jest argumentem pośrednim. Pokażemy jak znaleźć pochodną funkcji zespolonej, znając pochodną funkcji (oznaczymy ją przez) i pochodną funkcji.

Twierdzenie 1. Jeśli funkcja ma pochodną w punkcie X, a funkcja ma pochodną w punkcie (), to funkcja zespolona w tym punkcie X ma pochodną i = .

W przeciwnym wypadku pochodna funkcji zespolonej jest równa iloczynowi pochodnej danej funkcji względem argumentu pośredniego i pochodnej argumentu pośredniego.

B) różniczkowanie funkcji określonej parametrycznie

Niech funkcja będzie podana w postaci parametrycznej, czyli w postaci:

gdzie funkcje i są zdefiniowane i ciągłe w pewnym przedziale zmian parametru. Znajdźmy różniczki prawej i lewej strony każdej z równości:

Aby znaleźć drugą pochodną, ​​wykonujemy następujące przekształcenia:

B) pojęcie pochodnej logarytmicznej funkcji

Logarytmiczna pochodna funkcji dodatniej nazywana jest jej pochodną. Ponieważ , to zgodnie z zasadą różniczkowania funkcji zespolonej otrzymujemy dla pochodnej logarytmicznej następującą zależność:

.

Stosując pochodną logarytmiczną wygodnie jest obliczyć pochodną zwyczajną w przypadkach, gdy logarytm upraszcza postać funkcji.

Istota tego rozróżnienia jest następująca: najpierw znajdź logarytm dana funkcja i dopiero wtedy obliczana jest z niego pochodna. Niech zostanie podana jakaś funkcja. Weźmy logarytmy lewej i prawej strony tego wyrażenia:

A następnie, wyrażając pożądaną pochodną, ​​wynik jest następujący:

D) pochodna funkcja odwrotna

Jeżeli y=f(x) i x=g(y) są parą funkcji wzajemnie odwrotnych, a funkcja y=f(x) ma pochodną f"(x), to pochodna funkcji odwrotnej g"( x)=1/f” (x).

Zatem pochodne funkcji wzajemnie odwrotnych są wielkościami odwrotnymi. Wzór na pochodną funkcji odwrotnej:

D) pochodna funkcja ukryta

Jeżeli funkcję jednej zmiennej opisuje równanie y=F(X), gdzie zmienna y znajduje się po lewej stronie, a prawa strona zależy tylko od argumentu X, to mówią, że funkcja jest dana wyraźnie. Na przykład jawnie określono następujące funkcje:

y=grzech X,y=X 2+2X+5,y=Incos X.

Jednak w wielu problemach funkcję można określić niejawnie, tj. jako równanie

F(X,y)=0.

znaleźć pochodną y′( X) niejawnie określona funkcja nie musi być konwertowana na formę jawną. Aby to zrobić, znając równanie F(X,y) = 0, po prostu wykonaj następujące czynności:

Najpierw musisz rozróżnić obie strony równania w odniesieniu do zmiennej X, przy założeniu, że y− jest funkcją różniczkowalną X i zastosowanie reguły obliczania pochodnej funkcji zespolonej. W tym przypadku pochodna zera (po prawej stronie) również będzie równa zeru.
Komentarz: Jeśli prawa strona jest niezerowa, tj. ukryte równanie to

F(X,y)=G(X,y),

następnie różniczkujemy lewą i prawą stronę równania.

Rozwiąż otrzymane równanie dla pochodnej y′( X).

Pojęcie pochodnej

A) definicja pochodnej

Pochodna funkcji różnicowanie integracja.

y XX

Definicja pochodnej

Rozważ funkcję F(X X 0. Następnie funkcja F(X) Jest różniczkowalne w tym punkcie X 0 i ona pochodna określa się na podstawie wzoru

F′( X 0)=limΔ X→0Δ yΔ X=limΔ X→0F(X 0+Δ X)−F(X 0)Δ X.

Pochodna funkcji jest jednym z podstawowych pojęć matematyki, a w Analiza matematyczna pochodna wraz z całką zajmuje centralne miejsce. Proces znajdowania pochodnej nazywa się różnicowanie. Nazywa się operację odwrotną - przywracanie funkcji ze znanej pochodnej integracja.

Pochodna funkcji w pewnym punkcie charakteryzuje szybkość zmian funkcji w tym punkcie. Oszacowanie szybkości zmian można uzyskać, obliczając stosunek zmiany funkcji Δ y do odpowiedniej zmiany argumentu Δ X. W definicji pochodnej taką zależność uwzględnia się w granicy pod warunkiem Δ X→0. Przejdźmy do bardziej rygorystycznego sformułowania:

Definicja pochodnej

Rozważ funkcję F(X), którego dziedzina zawiera pewien otwarty przedział wokół punktu X 0. Następnie funkcja F(X) Jest różniczkowalne w tym punkcie X 0 i ona pochodna określa się na podstawie wzoru

F′( X 0)=limΔ X→0Δ yΔ X=limΔ X→0F(X 0+Δ X)−F(X 0)Δ X.

B) znaczenie geometryczne pochodna

Pochodna funkcji obliczona dla danej wartości jest równa tangensowi kąta utworzonego przez dodatni kierunek osi i dodatni kierunek stycznej narysowanej do wykresu tej funkcji w punkcie z odciętą:

Jeśli funkcja ma w punkcie skończoną pochodną, ​​to w sąsiedztwie można ją przybliżyć funkcja liniowa

Funkcja nazywa się styczną do punktu Liczba.

D) tablica pochodnych najprostszych funkcji elementarnych