Файл: Зайцев И.Л. Элементы высшей математики для техникумов учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 372
Скачиваний: 10
§ 22] |
У Р А В Н Е Н И Е О К Р УЖ Н О СТИ |
63 |
Зная же а, b и г, легко построить окружность. Так, на пример, для построения окружности
находим |
|
|
4*2 + Ау2— 8л: + |
Ау — 1 1 = 0 |
|
|
|||||||
а |
|
~ 8 |
|
|
1 |
ö = |
___ __ ____ - |
|
|
||||
из равенств |
(6) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
X + у — |
|
= |
|
|
х2 |
|
у2 Ах + 2у |
|
|||
Искомая окружность представлена на рис. 32. |
|
— 15= 0 |
|||||||||||
П р и м е р. Дана окружность |
|
+ |
— |
|
|
||||||||
и прямая |
|
|
7 |
|
0. |
Найти |
|
|
|
|
|
||
длину хорды, принадлежащей дан |
|
|
|
|
|
||||||||
ной прямой. |
Так |
|
как |
концы |
|
|
|
|
|
||||
Р е ш е н и е . |
|
|
|
|
|
|
|||||||
хорды являются общими точками |
|
|
|
|
|
||||||||
окружности и прямой, то их ко |
|
|
|
|
|
||||||||
ординаты |
удовлетворяют |
как |
|
|
|
|
|
||||||
уравнению |
|
первой, |
|
так |
и |
|
|
|
|
|
|||
уравнению |
второй |
|
линии. По |
|
|
Рис. |
32. |
||||||
этому, |
чтобы |
найти |
|
эти |
коор |
|
|
||||||
динаты, |
нужно решить совместно |
|
|
|
значение |
||||||||
уравнения |
окружности и |
прямой. Подставив |
У— 7 — X
вуравнение окружности, получим:
или |
X2 - f (7 — х)2- |
Ах + 2 (7 - *) — 15 = 0, |
|||||
X2 + |
49 — 14л; + |
*2 — 4* + 14 — 2л: — 15 = 0, |
|||||
или, |
наконец, |
*2- |
1 0 * + 24 = 0. |
||||
Отсюда |
*1,2 = |
5 ± ^25 — 24 = 5 ± 1, |
|||||
|
|
* , = 5 — 1 = 4 , * 2 = 5 + 1 = 6 . |
|||||
Находим значения |
у: |
|
|
|
— 4 = 3, |
||
|
7 |
Х\ = |
7 |
||||
|
|
Уі — |
|
|
|||
|
|
Уъ = 7 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
— *2 = 7 — 6 = 1 . |
64 |
К РИ В Ы Е ВТО РО ГО П О РЯД КА |
[ГЛ. IV |
|
Итак, концами хорды служат точки с координатами
(4; 3) и (6; 1).
По формуле расстояния между двумя точками мо жем определить искомую длину хорды:
|
|
|
d = |
V (4 - |
6)2 + |
(3 - |
|
I)2 |
= |
У 4 + |
Т = 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
1. |
Написать |
уравнение |
Упражнения |
с |
центром |
в |
точке |
О, |
|
и |
|||||||||||||
с1 |
|
окружности |
|
|
|
||||||||||||||||||||
) |
радиусом0 1 2 |
г, если даны: |
|
|
|
|
|
|
г ^ У Т , |
3) 0 ,(0 ; 5), |
|
г |
= |
6 |
. |
||||||||||
|
,( — ; |
), г = |
5, |
2) О , (—2; —3). |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
2. Построить) 2 |
окружности:) 2 |
|
|
|
2) |
( х - 2 |
) 2 |
+ ( у + |
) |
2 |
= |
9, |
|
|
|
|
|||||||
|
|
1) (л: + |
З + (і/ — 2 |
= |
16, |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
3) |
х2 + |
|
( у ~ |
) 2 |
= |
25. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
3. |
Дана |
|
|
|
|
|
) 2 |
+ |
4 |
|
16. Лежат ли на ней |
||||||||||||
|
|
окружность (д: — 3 |
|
(у + |
5)2 = |
||||||||||||||||||||
точки: |
|
А |
(3; — 1), |
(х |
В |
(3; —9)(у и |
С) |
2 |
(0, |
—3)? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
4. |
Дана |
окружность |
|
+ 2)J + |
|
+ |
З |
|
— 13 и |
точка |
на |
пей |
сординатой, равной нулю. Найти ее абсциссу.
5.Написать уравнение окружности с центром в точке О ,, про
ходящей через точку А, если даны:
|
6 |
|
1) |
О , (2; |
1), |
А (5; |
5), |
2) |
О, (—3; |
2), |
А (—4; 0). |
точ |
||||
|
|
. Написать |
уравнение |
окружности, |
проходящей |
через две |
||||||||||
ки: Л(—5; 5) и 0(1; 3) и имеющей радиус |
г |
= |
К іО • |
|
|
|||||||||||
А |
7.8 |
Написать уравнение окружности, проходящей через две точки: |
||||||||||||||
(2; 4) и |
В |
(—2; 0) |
и имеющей центр на оси |
Ох. |
|
|
||||||||||
|
|
. Написать уравнение окружности, проходящей через три точки: |
||||||||||||||
|
9. |
|
|
|
Л (0; 2), |
5(1; |
1) |
и |
С (2; |
—2). |
проходит |
че |
||||
|
Окружность |
касается обеих |
осей |
координат и |
рез точку Л (2; 9). Написать уравнение этой окружности.
10.Окружность касается оси Оу в точке /4(0; —3) и имеет радиус г = 2. Написать уравнение этой окружности.
11.Составить уравнение окружности, касающейся оси Ох в на
чале координат и проходящей через точку Л( |
0 |
; — |
8 |
). |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
X2 |
|
12. Найти |
|
координаты |
центра |
|
и длину |
|
радиуса |
окружности |
||||||||||||||||||||||||||||
+ |
|
у2 |
— |
6 |
х — |
8у |
= |
0 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
. 13. |
Построить |
|
окружности: |
|
X2 |
|
|
|
у2 — \2у |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
1) |
X |
2 |
|
+ |
У2 + |
4х |
- |
|
бу - |
3 |
= |
0, |
3) |
+ |
|
4у2 — |
|
+ |
11 = |
0, |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
у2 |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
2) |
X2 |
+ |
+ |
* + |
|
7 = |
0, |
|
|
4) |
4х2 |
+ |
|
|
|
|
|
16* + |
8у — |
5 |
= |
0. |
|
|||||||||||||||
|
|
14. |
|
|
|
Даны |
|
окружности |
х2 |
+ |
|
у2 |
— |
6х |
+ |
|
|
8у |
|
= 0 |
и |
х2 |
+ |
у2 |
+ 2.ѵ |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
их |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
— 1 2 і/ + 1 = 0 . |
Написать уравнение |
|
линии |
|
центров |
(т. е. урав |
||||||||||||||||||||||||||||||||
нение прямой, |
|
проходящей |
через |
центры |
данных |
|
окружностей). |
|
|
$ 23] |
|
|
|
|
Э Л Л И П С |
И Е ГО У Р А В Н Е Н И Е |
|
|
|
|
|
|
65 |
|||
|
15. Найти расстояние между центрами окружностей |
х2 + |
у2= |
16 |
||||||||||||
|
|
у2 |
|
|
|
|||||||||||
и |
X2 |
+ |
у2— \2х |
+ |
1 1 |
= |
0 |
. |
|
х2 |
|
|
|
|
|
|
|
16. Написать |
уравнение |
диаметра окружности |
+ |
|
+ |
6 |
х + |
||||||||
|
|
|
|
+8 (/ = 0 , параллельного оси Оу.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
х2 |
|
у |
2— |
8 |
х — |
4 у |
— 5 = |
|
0. Написать урав |
||||||||||||||||
|
|
|
17. Дана окружность х2 |
|
|
|
Ох |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
нение ее диаметра, образующего с осью |
|
угол 45°. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
18. Дана |
|
|
окружность |
|
+ |
у2 — 2х |
+ |
|
бу |
— |
6 |
= |
|
0. |
Написать урав |
||||||||||||||||||||||||
нение |
ее диаметра, |
перпендикулярного к |
хорде |
2х |
— |
у + |
3 = |
0. |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
19. Найти |
координаты |
точек, в которых окружность |
|
х2-\-у2 — |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
— |
6 |
х + |
8 |
(/ + |
|
5 = |
|
0 пересекает ось |
Ох. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
20. Написать уравнение радиуса, проведенного в точку Л(1; 4) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
окружности |
X2 |
+ |
|
у2 |
|
у |
|
|
|
0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
— 4 |
— 1 =■ |
|
|
|
|
|
|
|
проведенной |
к |
|
|
окружно |
||||||||||||||||||||||||
|
|
21. Написать |
|
уравнение |
касательной, |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
сти |
х2 + |
у |
2— |
|
|
|
|
+ |
2у |
|
128 |
= 0ув точке ее Л(9; 3). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
2 2 |
|
|
|
|
12Xл:2 |
|
у2+ |
|
|
|
у |
|
х |
|
1 |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
. Найти |
|
|
координаты |
|
точек |
|
|
пересечения |
прямой |
|
= |
— |
||||||||||||||||||||||||||||
с окружностью |
|
|
|
+ |
|
— х — 4 |
— 5 = |
|
0. |
|
х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
X 2 |
|
23. Найти |
|
точки |
пересеченияу |
|
|
прямой6 |
|
= |
3 |
с |
окружностью |
|||||||||||||||||||||||||||||
+ |
|
у2 + |
|
Зх |
— |
бу — |
9 = |
0. |
|
|
|
|
|
— |
|
= |
0 по отношению к окруж |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
24. Как расположена прямая |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ности |
X2 |
|
у2 |
— |
8 |
л: — 9 = |
0? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
у2+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
х2 |
|
у2 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
26. Написать уравнение общей хорды |
окружностей |
+ |
= |
10 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
и |
X2 |
+ |
|
|
— 10х — |
ІОу + |
30 = |
|
0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 23. Эллипс и его уравнение. Эллипсом называется геометрическое место то чек, сумма расстояний от каждой из которых до двух данных точек, назы ваемых фокусами, есть величина постоянная (и большая, чем расстояние между фокусами).
М2, Пусть,М3, |
например, |
на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
эллипсе |
взяты |
точки |
М\, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
/И4ит. д. (рис. 33). |
|
|
F |
и |
F u |
то согласно |
дан |
||||||
Если фокусы обозначить через |
|
|
|
||||||||||||
ному определению можно написать: |
|
|
|
|
|
||||||||||
F tM, |
+ |
FM , |
= |
F,M S |
+ |
FM 2 |
= |
F,M 3 |
+ |
FM3 = |
|
|
|||
|
|
|
|
= |
|
+ |
FM4 |
= const. |
(1) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
F,M 4 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Геометрическое место точек, обладающих вышеуказан ным свойством (1), и есть эллипс.
На основании определения эллипса составим его урав нение. Для этого выберем систему координат следую щим образом. За ось Ох примем прямую, проходящую через фокусы F и Ft, а за ось Оу — прямую, перпендику-
3 И. Л. Зайцев
66 |
К РИ В Ы Е ВТО РО ГО П О Р Я Д К А |
[ГЛ. IV |
|
|
лярную к FFi и проведенную через середину отрезка F F t (рис. 34). Обозначим расстояние F f между фокусами через 2с, тогда координа
ты фокусов будут:
|
|
|
|
|
|
|
|
F(c; 0) и |
F ,( —с; 0). |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Возьмем |
|
на |
эллипсе про |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
извольную точку |
М( х ; у ) . |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Обозначим |
|
постоянную |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
величину |
суммы |
2а,расстоя |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ний от каждой точки до |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
фокусов |
|
через |
|
|
|
тогда |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
FM + |
|
F lM = 2 a . |
|
(2) |
|||||
По формуле расстояния между двумя точками |
|||||||||||||||||
найдем: |
|
|
— |
c f |
+ |
(у |
— О)2 = |
Ѵ(х |
— |
c f |
+ |
|
if |
, |
|
||
FM — Y (х |
|
|
|
|
|
||||||||||||
W |
|
|
|
|
V(x |
|
|
|
|
||||||||
= |
V( x + c f + ( y - Q f |
= |
|
|
+ c f |
+ |
|
i f . |
|
||||||||
Теперь равенство (2) перепишется следующим обра |
|||||||||||||||||
зом: |
] f ( x - c f |
+ f- |
+ V(x + c f |
+ |
у2 = 2 а |
|
|
|
(3) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и будет представлять уравнение эллипса в принятой си стеме координат.
Упростим уравнение (3). Для этого перенесем один из радикалов в правую часть уравнения:
Ѵ іх — с? + У2 = 2а — Ѵ (х + c f + f •
Возведем обе части этого равенства в квадрат:
|
(х — c f + |
у2= |
4а2— 4а У (х + |
|
c f + |
у2 + |
{х -f- c f + |
|
у1. |
||||||||||||||||
X |
Раскроем скобки: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
2 —=2сл: + |
|
с2 + |
|
у2 = |
+ |
2сх |
+ с2 + |
у2 |
+ |
х2 |
+ |
2сл: + |
с2 |
+ |
у2. |
|||||||||
|
|
|
У х 2 |
||||||||||||||||||||||
|
4а2 — 4а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Приведем |
|
подобные члены: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
—2 |
сх — |
4а2 — 4а |
]/ х2 |
+ 2сл: + |
с2 + |
у2 |
+ |
2 |
сх, |
|
|
|||||||||||||
или |
|
4а |
Y X2 |
+ |
2 |
сх |
+ с2 + |
у2 |
= |
4а2 + |
4 |
сх. |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 24) |
И С С Л Е Д О В А Н И Е |
У Р А В Н Е Н И Я |
ЭЛ Л И П С А |
67 |
||||||
Сократив на 4 и снова возведя в квадрат обе части |
||||||||||
равенства, |
получим: |
с2 |
|
у2) |
|
а |
сх)2, |
|
||
или |
я2 |
(х2 |
+ 2с* 4- |
4- |
|
= |
( 2 4- |
|
||
|
|
|
|
|
а2х24- 2а2сх 4- а2с24- а2у2== я4+ 2а2сх 4- с2х2.
Перенесем все члены, содержащие х и у, часть равенства, остальные члены — в правую:
а2х2— с2х2+ а2у2= я4 — а2с2,
или
(я2 — с2) X24- й2у2 — а2(я2 — с2).
Но согласно определению эллипса
2с < 2а,
отсюда
с < а .
в левую
(4)
I
|
Из |
последнего неравенства |
следует, что |
я2 — с2> 0 , |
|||||
а потому эту разность можно обозначить через |
Ь2. |
||||||||
Подставив это обозначение в равенство (4), найдем: |
|
||||||||
|
|
|
Ь2х2 |
4- |
а2у2 = |
|
а2Ь2. |
|
(5) |
|
Наконец, разделим все члены последнего равенства |
||||||||
на |
а2Ь2\ |
окончательно получим: |
|
1 |
|
|
|||
|
|
|
|
(6) |
|||||
|
|
|
|
Ä - l L — |
|
|
|||
|
|
|
|
|
Ь2 |
|
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
|
‘ » |
|
|
|
|
Ь2 = |
я2 — с2. |
|
(7) |
||||
|
|
|
|
Уравнение (6) и есть простейший вид уравнения эл липса *).
§ 24, Исследование уравнения эллипса. Определим сначала у из уравнения (5) § 23:
2 |
а3Ь2— Ьгх3 |
b2( а 3— х2) |
*•) Уравнение (6 ) получилось в результате двукратного возве дения в квадрат уравнения (3), вследствие чего, вообще говоря, возможно появление посторонних корней. Можно показать, что урав нение (6 ) не имеет посторонних корней, т. е. любая точка, коорди наты которой удовлетворяют уравнению (6 ), лежит на эллипсе.
3*