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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

§ 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),

В

(3; —9) 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 —

=

0

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. 13.

Построить

 

окружности:

 

X2

 

 

 

у2 — \2у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

X

2

 

+

У2 +

-

 

бу -

3

=

0,

3)

+

 

4у2 —

 

+

11 =

0,

 

 

 

 

 

 

 

у2

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

X2

+

+

* +

 

7 =

0,

 

 

4)

4х2

+

 

 

 

 

 

16* +

8у —

5

=

0.

 

 

 

14.

 

 

 

Даны

 

окружности

х2

+

 

у2

+

 

 

 

= 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

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—

 

 

 

 

+

 

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

+

— 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:

 

c f +

у2=

4а2— 4а У (х +

 

c f +

у2 +

-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

 

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:

а2х2с2х2+ 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

а3Ь2Ьгх3

b2( а 3х2)

*•) 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*