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: 300
Скачиваний: 10
ЛИНИИ |
Г Л А В А II |
|
И ИХ УРАВНЕНИЯ |
§ 5. Постоянные и переменные величины. В практи ческой деятельности, в технике, при исследовании како го-либо процесса мы встречаемся с величинами двух ро дов: постоянными и переменными.
Постоянной величиной считают такую, которая в хо де какого-либо процесса не меняет своего значения. Н а пример, длина радиуса одной и той же окружности, тем пература кипения чистой воды при постоянном давле нии — величины постоянные.
Переменные величины в ходе изучаемого процесса меняют свое значение.
Например, периметр правильного вписанного в окруж ность многоугольника при увеличении числа его сторон, длина металлического стержня при его нагревании — ве личины переменные.
Часто бывает, что одна и та же величина при одних условиях является постоянной, при других — переменной. Например, в правильном вписанном в окружность мно гоугольнике апофема — величина постоянная; при не ограниченном удвоении числа сторон этого многоуголь ника апофема становится величиной переменной.
§ 6. Функциональная зависимость. Переменные вели чины в математике играют важную роль: они служат средством изучения явлений природы и технических про цессов. При этом используются переменные величины не в отрыве друг от друга, а в их взаимной связи, в опре деленной зависимости между ними. Рассмотрим случай зависимости двух переменных величин между собой.
Две переменные величины могут быть взаимосвя заны так, что каждому данному значению одной из них
§ 6] |
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ |
19 |
соответствует |
вполне определенное значение |
другой. |
Возьмем, например, уравнение |
(1) |
|
|
5 = 4,9/2, |
в котором 5 означает расстояние, пройденное падающим телом, а t — время падения. Дадим времени t какое-либо числовое значение, тогда величина пройденного расстоя ния 5 получит соответствующее значение; например,
если |
t — 2, |
то |
5 — 4,9 • 22 = |
19,6, |
|
|
|||||
|
» |
* = 3, |
» |
5 = |
4 , 9 - 32= |
44,1, |
|
|
|||
|
» |
t = |
4, |
» |
5t,= |
4,9 •42 = |
78,4 |
и т. |
д. |
||
|
|
||||||||||
Переменную величину |
которой |
мы давали |
произ |
||||||||
|
|
|
|
|
|
независимой |
переменной |
||||
вольные значения, называютt, |
|
зависимой переменной |
|||||||||
аргументом |
|
|
|
5, |
изменяющуюся |
в зави |
|||||
или функцией. |
; переменную |
||||||||||
симости от изменения |
|
называют |
|
|
|
|
|||||
или |
|
Связь |
между |
этими переменными носит |
|||||||
название |
функциональной зависимости. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следует отметить, что хотя аргументу мы даем про извольные значения, однако эти значения выбираются только такими, которые допускаются условиями задачи, т. е. берутся лишь допустимые значения аргумента. Так, в разобранном примере время t может принимать толь ко положительные значения или нуль, ибо время, выра женное отрицательным числом, здесь смысла не имеет.
Заметим также, что выбор независимой переменной диктуется условиями задачи. Если, например, нас инте ресует время, в течение которого тело прошло то или
иное расстояние, то в уравнении |
(I) |
мы должны давать |
||||||
S числовые |
значения,t |
которым |
будут соответствовать |
|||||
определенные |
значения |
t\ |
при tэтом |
условии 5 |
явится |
|||
уже аргументом, а |
— функцией. В |
таком |
случае для |
|||||
удобства вычисления |
функции |
уравнение |
(1) |
следует |
||||
переписать так: |
|
|
|
|
|
|
|
О п р е д е л е н и е . Пвременная величина у называется, функцией переменной х, если каждому допустимому зна чению X соответствует единственное значение у.
П р и м е р 1. Площадь круга
5 = яг2. |
______ |
20 |
ЛИНИИ И ИХ УРАВНЕНИЯ |
[ГЛ. и |
Каждому значению г в этом равенстве соответствует |
определенное значение 5; следовательно, площадь круга есть функция радиуса, а само равенство выражает функ
циональную |
зависимость |
между этими Vпеременными., |
|||||
П р и м е р |
2. |
Путь, пройденный телом в прямолиней |
|||||
ном движении с постоянной скоростью |
|||||||
Здесьt. |
|
|
|
S |
= |
vt. |
|
путь 5 получает определенное значение, соот |
|||||||
ветствующее |
значению |
/; |
поэтому |
S — функция вре |
|||
мени |
р |
|
ѵ |
|
|
закону |
Бойля — Мариотта |
П р и м е р |
3. Согласно |
|
|||||
давление |
и объем газа связаны формулой: |
где с — постоянная величина для данной массы и тем пературы газа. С изменением объема ѵ изменяется и давление р\ следовательно, давление р газа есть функ ция его объема ѵ.
|
§ 7. Линии и их уравнения.графикомИз курсафункции.алгебры изве |
||||||||||
стно, что по уравнению, определяющему |
=функцию, можно |
||||||||||
построитьу |
линию, называемуюх. |
|
|
у |
х2, |
|
|||||
|
Пусть, |
например, дано уравнение |
|
|
х определяю |
||||||
щее |
как функцию |
у: |
|
|
значений |
|
и соответ |
||||
|
Составим таблицу некоторых |
|
|||||||||
ствующих значений |
—2 |
—1 |
0 |
|
1 |
2 |
|
3 |
|||
|
|
X |
- 3 |
|
|
||||||
|
|
У |
9 |
4 |
I |
0 |
|
I |
4 |
|
9 |
и |
уКаждой полученной в этой таблице |
паре значений лг |
|||||||||
|
соответствуету = X2.точка |
плоскости. Построив |
эти точки |
||||||||
(рис. 8) и соединив их плавной линией, мы получим гра |
|||||||||||
фик функции |
Этот график, как |
видно, представ |
ляет линию, все точки которой обладают одинаковым свойством, а именно: ордината каждой из них равна квадрату соответствующей абсциссы.
§ 7] |
ЛИНИИ И ИХ УРАВНЕНИЯ |
?1 |
Совокупность всех точек плоскости, обладающих од ним и тем же свойством, называется геометрическим ме стом точек.
Маш пример показывает, что
уравнению с переменными х и у со ответствует на плоскости некоторая линия как геометрическое место то чек, координаты, которых удовле творяют этому уравнению. Задачи на построение графиков функций можно рассматривать как примеры общей задачи, состоящей, в нахо ждении линии, соответствующей данному уравнению.
Часто приходится решать обрат ную задачу: по данной линии на плоскости находить соответствую щее ей уравнение с переменными
х и у.
0 7 2 3
Рис. 8.
Пусть, |
например, |
дана на |
плоскости окружность |
с центром |
в начале |
координат |
и радиусом, равным 5 |
(рис. 9). Из элементарного курса геометрии известно, что эта окружность есть геометрическое место точек, удален ных от центра на о еди ниц. Возьмем на окруж ности произвольную точ ку М(х\у). По условию ОМ = 5; с другой сторо ны, по формуле (5) § 3
ОМ = У х 2 + у2.
Следовательно, для лю бой точки нашей окруж ности должно быть
V X2 + у2 = 5,
или
X2+ у2= 25. О)
Итак, окружности с радиусом, равным 5, н с центром в начале координат соответствует уравнение (1).
Уравнение (1) вполне определяет данную окружность, а потому оно называется уравнением этой окружности.
22 |
ЛИНИИ И ИХ УРАВНЕНИЯ |
[ГЛ. II |
Имея уравнение (1) окружности, можно узнать, ле жат ли на ней какие-нибудь данные точки, например А (—3; 4) и В ( — 1; 3). Для этого нужно проверить, удов летворяют ли координаты точек А и В уравнению (1). Подставив их в уравнение (1) на место х и у, получим: для точки А:
(—3)2 + 42 = 9 + 16 = 25,
для точки В:
|
|
( - 1) 2 +А |
3 2 = 1 + |
9 += 25. |
|
|
КоординатыА точкиВ |
удовлетворяют уравнению (1), |
|||||
значит, точка |
В лежит |
на данной окружности; коорди |
||||
наты же |
точки |
не удовлетворяют этому |
уравнению, |
|||
значит, точка |
на этойУравнениемокружностилиниине |
лежитназывается(см. |
||||
О п р е д е л е н и е . |
|
которому |
удовлетво |
|||
уравнениерис. 9). |
с переменными к и у |
|||||
ряют координаты любой |
точки этой, |
линии и не удовле |
творяют координаты любой точки, не лежащей на линии.
Таким образом, мы установили, что между линиями и их уравнениями существует связь, поэтому принято говорить:
«дана линия» вместо «дано уравнение линии», «найти линию» вместо «найти уравнение линии». Установленная выше связь между линиями и их
уравнениями позволяет изучать свойства линий путем
анализаская геометрия.уравнений, соответствующих этим линиям. От |
||||||||||||
сюда и название изучаемого нами предмета — |
|
|
||||||||||
П р и м е р |
1. |
Лежит ли точка |
А |
(—2; 4) на линии |
у = |
|||||||
= х2? |
|
|
|
( |
|
|
х |
|
у |
|
|
|
Р е ш е н и е . |
ПодставивАвместо |
и |
в данное урав |
|||||||||
нение координаты точки |
|
—2; 4), |
получим тождество: |
|||||||||
|
|
4А= |
(—2)а = |
4. |
|
|
|
|
|
|||
Следовательно, точка |
лежит на данной линии. |
А |
|
|||||||||
П р и м е р |
2. Дана |
линия |
у — — |
|
1 и точка |
на |
||||||
|
|
|
Зх + |
|
||||||||
ней с абсциссой, равной |
— 1. Определить ординату |
точ |
аналитиче
ки А.
Р е ш е н и е . Так как точка А лежит на данной линии, то ее координаты должны удовлетворять данному урав нению. Одна координата х = — 1. Чтобы найти вторую,
§ 8] ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ КООРДИНАТ 23
т. е. у, мы подставим в уравнение вместо х его значение.
Получим: |
|
|
У = |
— 3(— 1) + 1 = 4. |
|
|
|
|
|||
Итак, ордината точки |
А |
равна 4. |
|
|
|
|
|||||
1. Дана линия |
y = |
- j X |
|
Упражнения |
|
ли на |
ней точки |
||||
|
+ 2. Узнать, лежат |
||||||||||
4 (2; 3), 0(3; 3) и |
С (4; |
4). |
|
|
у) |
|
В(х\ |
|
|||
'2. На линии |
Ах |
— |
5у |
= |
|
8 лежат точки 4(2; |
и |
4). Найти |
|||
|
|
|
|
|
неизвестную координату каждой точки.
3. Написать уравнение линии, все точки которой одинаково удалены от осей координат. Построить эту линию.
'4. Ординаты любой точки некоторой линии в 4 раза больше ее абсциссы. Написать уравнение этой линии и построить ее.
5. Написать уравнение линии, все точки которой удалены от точки 0(0; 0) на одинаковое расстояние, равное 2. Какой вид имеет
эта линия? |
|
|
|
уравнение |
линии, |
все |
точки которой |
удалены от |
|||||||||||
6. Написать |
|||||||||||||||||||
точки |
М |
(2; —3) на одинаковое расстояние, равное 4. |
от |
двух |
точек |
||||||||||||||
7. Точки |
|
некоторой |
линии одинаково |
удалены |
|||||||||||||||
4 ( —2; |
|
1) и |
В( |
— 1; —3). Написать уравнение этой линии. |
точка |
||||||||||||||
8. |
Написать |
уравнение |
линии, |
по |
которой движется |
||||||||||||||
М (х; у) |
|
|
так, |
что |
|
|
|
|
|
|
Ох |
остается |
все |
время рав |
|||||
|
|
|
|
ее расстояние от осиМ(х; |
|||||||||||||||
ным расстоянию ее от точки |
F( |
0; —2). |
|
у), |
|
|
|
|
|||||||||||
9. Определить |
траекторию точки |
|
которая |
при |
своем |
||||||||||||||
движении остается |
вдвое бли |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
же от |
|
точки |
4(1; |
0), |
чем |
от |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
точки |
В( |
4; 0). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 8. Формулы преобра зования прямоугольных координат.
I.П а р а л л е л ь н ы й
п е рМе н о с о с е й к о о р |
|
д и н а т . |
Пусть дана хОуточ |
ка |
в системе прямо |
угольных координат |
|
|
|
|
|
|||
(рис. 10). Если перенести |
Оі(а;Ь), |
|
||||||
начало |
О |
этой системыХ О і У, |
в другую точку |
сохраN |
||||
нив при этом направление осей, то получим новую си |
||||||||
стему |
координат |
М |
относительно которойхОу |
точка |
||||
будетXOiYиметь. |
другие координаты. Найдем связь между |
|||||||
координатами точки |
|
в прежней системе |
|
и в но |
вой