Реферат : Кривые и поверхности второго порядка (работа 1) 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Реферат >> Математика


Кривые и поверхности второго порядка (работа 1)




ЭЛЛИПС.


Эллипсом называется геометрическое место точек, для которых сумма расстояний от двух фик­сированных точек плоскости, называе­мых фокусами, есть постоянная величина; требуется, чтобы эта по­стоянная была больше расстояния между фокусами. Фокусы эллипса при­нято обозначать через F1 и F2.

Пусть М—произвольная точка эллипса с фокусами F1 и F2. Отрезки F1М и F2М (так же как и длины этих отрезков) назы­ваются фокальными радиусами точки М. По­стоянную сумму фокаль­ных ра­диусов точки эллипса принято обозначать через 2а. Таким образом, для любой точки М эллипса имеем:

F1М + F2М = 2а.

Расстояние F1 и F2 между фокусами обозначают через 2с. Пусть дан какой-нибудь эллипс с фоку­сами F1, F2.

Возьмем на плоскости произвольную точку М и обозначим ее координаты через х и у. Обозначим, далее, через r1 и r2 расстояния от точки М до фокусов (r1 = F1М, r2 = F2М). Точка М будет нахо­диться на данном эллипсе в том и только в том случае, когда

r1 + r2 = 2а.

Чтобы получить искомое уравнение, нужно в равенстве заменить переменные r1 и r2 их выраже­ниями через координаты х, у.

Заметим, что так как F1 F2 = и так как фокусы F1 и F2 распо­ложены на оси Ох симметрично от­носительно начала координат, то они имеют соответственно координаты (—с; 0) и (+с; 0); при­няв это во внимание находим:

Заменяя r1 и r2, получаем:

Это и есть уравнение рассматриваемого эллипса, так как ему удовлетворяют координаты точки

М (х; у), когда точка М лежит на этом эллипсе. Возведём обе части равенства в квадрат, полу­чим:

или

Возводя в квадрат обе части последнего равенства, найдем:

а2х2 — 2а2сх + а2с2 + а2у2 = а4 — 2а2сх + с2х2 ,

откуда

2—с22 + а2у2 = а22—с2).

Здесь мы введем в рассмотрение новую величину

;

а>с, следовательно, а2—с2>0 и величина b—вещественна.

b2 = a2c2,

тогда

b2x2 + a2y2 = a2b2 ,

или

.

Это уравнение называется каноническим уравнением эллипса.

Уравнение

,

определяющее эллипс в некоторой системе декартовых прямоугольных координат, есть уравнение второй степени; таким образом, эллипс есть линия второго порядка.

Эксцентриситетом эллипса называется отношение рас­стояния между фокусами этого эллипса к длине его большой оси; обозначив эксцентриситет буквой ε, получаем:

.

Так как с<a, то ε<1, т. е. эксцентриситет каждого эллипса меньше единицы.

Заметим, что c2 = a2 b2; поэтому

;

отсюда

и

Следовательно, эксцентриситет определяется отношением осей эллипса, а отношение осей, в свою очередь, определяется эксцен­триситетом. Таким образом, эксцентриситет характеризует форму эллипса. Чем ближе эксцентриситет к единице, тем меньше 1— ε2, тем меньше, следова­тельно, отношение ; значит, чем больше эксцентриситет, тем более эллипс вытянут. В случае окружности b=a и ε=0.

Рассмотрим какой-нибудь эллипс и введем декартову прямо­угольную систему координат так, чтобы этот эллипс определялся каноническим уравнением

Предположим, что рассматриваемый эллипс не является окружностью, т. е. что а≠b и, следова­тельно, ε=0. Предположим еще, что этот эллипс вытянут в направлении оси Ох, т. е. что а>b.

Две прямые, перпендикулярные к большой оси эллипса и рас­положенные симметрично относи­тельно центра на расстоянии от него, называются директрисами эллипса.

Уравнения директрис в выбранной системе координат имеют вид

и .

Первую из них мы условимся называть левой, вторую—правой. Так как для эллипса ε<1, то . Отсюда следует, что правая директриса расположена правее правой вершины эл­липса; аналогично, левая ди­ректриса расположена левее его левой вершины. Частным случаем эллипса является окружность. Её уравнение имеет вид:

х2 + у2 = R2.

ГИПЕРБОЛА.

Гиперболой называется геометрическое место точек, для которых разность расстояний от двух фиксированных точек плоскости, на­зываемых фокусами, есть постоянная величина; указанная разность берется по абсолютному значению; кроме того, требуется, чтобы она была меньше расстояния между фокусами и отлична от нуля. Фокусы гиперболы принято обозначать через F1 и F2, а расстояние между ними—через 2с.

Пусть М—произвольная точка гиперболы с фокусами F1 и F2. Отрезки F1М и F2М (так же, как и дли­ны этих отрезков) называ­ются фокальными радиусами точки М и обозначаются че­рез r1 и r2 (r1= F1М, r2= F2М). По определению гиперболы разность фокаль­ных радиусов ее точки М есть по­стоянная величина; эту постоян­ную принято обозначать через 2а.

Пусть дана какая-нибудь гипербола с фокусами F1 и F2. Возьмем на плоскости произвольную точку М и обозначим ее координаты через х и у, а фокальные радиусы F1М и F2М через r1 и r2. Точка М будет находиться на (данной) гиперболе в том и только в том случае, когда

r1 r2= ±2а.

Так как F1 F2= и так как фокусы F1 и F2 располо­жены на оси Ох симметрично относительно на­чала координат, то они имеют соответственно координаты (—с; 0) и (+с; 0); приняв это во внима­ние находим:

, .

Заменяя r1 и r2, получаем:

.

Это и есть уравнение рассматриваемой гиперболы, так как ему удовлетворяют координаты точки М (х; у), когда точка М лежит на гиперболе.

Возведём обе части равенства в квадрат; получим:

,

или

.

Возводя в квадрат обе части этого равенства, найдем:

c2x2 – 2a2cx + a4 = a2x2 – 2a2cx + a2c2 + a2y2 ,

откуда

(c2 – a2)x2 – a2y2 = a2(c2 – a2) .

Здесь мы введем в рассмотрение новую величину

;

с>a, следовательно, с2—а2>0 и величина b—вещественна.

b2= с2—а2,

тогда

b2x2 a2y2 = a2b2 ,

или

.

Уравнение

,

определяющее гиперболу в некоторой системе декартовых прямо­угольных коорди­нат, есть урав­нение второй степени; таким образом, гипербола есть линия второго порядка.

Эксцентриситетом гиперболы называется отношение рас­стояния между фокусами этой гиперболы к расстоянию между ее вершинами; обозначив эксцентриситет бук­вой ε, получим:

.

Так как для гиперболы с>a, то ε>1; т. е. эксцентриситет каждой гиперболы больше единицы. Заме­тив, что c2 = a2+ b2, находим:

;

отсюда

и .

Следовательно, эксцентриситет определяется отношением , а от­ношение в свою очередь оп­ределяется эксцентриситетом. Таким образом, эксцентриситет гиперболы ха­рактеризует форму ее основного прямоугольника, а значит, и форму самой гиперболы.

Чем меньше эксцентриситет, т. е. чем ближе он к единице, тем меньше ε2—1, тем меньше, следо­вательно, отношение ; значит, чем меньше эксцентриситет гиперболы, тем бо­лее вытянут ее ос­новной прямоугольник (в направлении оси, соединяющей вершины). В случае равносторонней ги­перболы a=b и ε=√2.

Рассмотрим какую-ни­будь гиперболу и введем декартову прямоугольную систему координат так, чтобы эта гипербола определялась каноническим уравнением

.

Две прямые, перпендикулярные к той оси гиперболы, кото­рая ее пересекает, и расположенные симметрично относительно центра на расстоянии от него, называются директрисами гипер­болы.

Уравнения директрис в вы­бранной системе координат имеют вид

и .

Первую из них мы усло­вимся называть левой, вто­рую —правой.

Так как для гиперболы ε >1, то .

Отсюда следует, что правая директриса расположена между центром и правой вершиной гипер­болы; ана­логично, левая директриса расположена между центром и левой вершиной.

ПАРАБОЛА.

Параболой называется геометрическое место точек, для каждой из которых расстояние до некоторой фиксированной точки плоскости, называемой фо­ку­сом, равно расстоянию до некоторой фиксированной прямой, называемой ди­ректрисой (пред­полагается, что эта прямая не проходит через фокус).

Фокус параболы принято обозначать буквой F, расстояние от фокуса до ди­ректрисы—буквой p. Величину р называют параметром параболы.

Пусть дана какая-нибудь парабола. Возьмем на плоскости произвольную точку М и обозначим ее координаты через х и у. Обозначим далее через r рас­стояние от точки М до фокуса (r=FM), через dрасстояние от точки М до дирек­трисы. Точка М будет находиться на (данной) параболе в том и только в том случае, когда

r=d.

Чтобы получить искомое уравнение, нужно заменить переменные r и d их выраже­ниями через те­кущие координаты х, у.

Заметим, что фокус F имеет координаты ; приняв это во внимание, находим:

.

Обозначим через Q основание перпендикуляра, опущенного из точки М на директрису. Очевидно, точка Q имеет координаты отсюда, получаем:

число положительное; это следует из того, что М (х; у) должна находиться с той стороны от директрисы, где находится фокус, т. е. должно быть , откуда .

Заменяя r и d, найдем

Это и есть уравнение рассматриваемой параболы, так как ему удовлетворяют коорди­наты точки

М (х; у), когда точка М лежит на данной параболе.

Возведем обе части равенства в квадрат; получим:

или

у2=2рх.

Это уравнение называется каноническим уравнением параболы. Уравнение у2=2рх, определяющее параболу в некоторой системе декартовых прямоугольных координат, есть уравнение второй сте­пени; таким образом, парабола есть линия второго порядка.

Министерство образования РФ

Пензенская Государственная Архитектурно-Строительная

Академия

РЕФЕРАТ

Тема: «Кривые и поверхности второго порядка»

Выполнил: Богданович Ольга

Специальность: ОБД

Обозначение: 240400 Группа: ОБД-11

Проверил: Фадеева Г.Д.

Оценка:

Пенза – 2000.

Кривые

второго

порядка

Поверхности

второго

порядка

Эллипсоид

Однополостный гиперболоид

Двухполостный гиперболоид

Конус

Эллиптический параболоид

Гиперболический параболоид

Эллиптический цилиндр

Гиперболический цилиндр

Параболический цилиндр

Похожие работы:

  • Исследование кривых и поверхностей второго порядка

    Курсовая работа >> Математика
    ... тему: Исследование кривых и поверхностей второго порядка Дубна, 2002 Оглавление ВВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КРИВОЙ ВТОРОГО ПОРЯДКА Теоретическая часть Практическая ...
  • Пересечение кривых поверхностей

    Реферат >> Математика
    ... кривых проходят через прямую, определяемую точками прикосновения; 2) две поверхности второго порядка, описанные около третьей поверхности второго порядка ...
  • Кривые линии и поверхности

    Реферат >> Начертательная геометрия
    ... этому классу относят в основном поверхности, образованные вращением кривых второго порядка. 1. Сферу образуют вращением ... поверхности определена как точка пересечения кривых АВ и CD. В радиоэлектронике и автоматике встречаются поверхности второго порядка ...
  • Кривые второго порядка

    Реферат >> Математика
    ... 1.Кривые второго порядка 1.1 Эллипс 1.2 Гипербола 1.3 Парабола 2.Теоремы, связанные с кривыми второго порядка Литература Введение Впервые кривые второго порядка изучались ... то получится конусная поверхность. Если же пересечь эту поверхность плоскостью, то ...
  • Плоские кривые

    Дипломная работа >> Математика
    ... . Бициркулярные кривые Эти кривые получаются в результате стереографической проекции линии пересечения поверхности шара с поверхностью второго порядка, не ...
  • Единое пересечение кривых в пространстве

    Курсовая работа >> Математика
    ... для кривых второго порядка Пучок кривых второго порядка Теорема единственности для поверхностей второго порядка Список литературы Введение Впервые кривые второго порядка изучались ...
  • Кривые линии и поверхности, их применение в радиоэлектронике и автоматике

    Реферат >> Коммуникации и связь
    ... с прямой линией. К плоским кривым относятся все кривые второго порядка, подробно изучаемые в аналитической геометрии ... К этому классу относят в основном поверхности, образованные вращением кривых второго порядка. 1. Сферу образуют вращением окружности ...
  • Кривые третьего и четвертого порядка

    Реферат >> Математика
    ... t. Учитывая это обстоя­тельство, заменим во вто­ром уравнении системы (1) у через  ... , что астроида является алгебраической кри­вой 6-го порядка. Параметрические уравнения (1) астроиды ... равняется 32/105 R3 поверх­ность тела, образованного вращением астроиды ...
  • Кривые на плоскости

    Контрольная работа >> Математика
    ... часть двух смежных областей поверхности. Движущаяся точка описывает ... циклоиды, гипоциклоиды). Является алгебраической кривой второго порядка. Уравнения кардиоиды: В прямоугольной ... . Астроида является алгебраической кривой 6-го порядка. Уравнения Уравнение в ...