Прямые линии и плоскости

Машиностроительное черчение
Единая система конструкторской
документации
Машиностроительные построения
Инженерная графика
Сборочный чертеж
Начертательная геометрия
Геометрические основы
построения чертежа
Конспект лекций по начертательной
геометрии
История искусства
Стили в искусстве Готика
Русский балетный театр
Русское изобразительное искусство
ТКМ
Материаловедение
Основы теории сплавов
Теория конструктивных материалов
Сопромат
Сопративление метериалов
Лабораторные работы
Задачи строительной механики
Лекции физика
Физика
Электричество
Магнетизм
Оптика
Электромагнетизм
Молекулярная физика
Лекции МАИ
Лекции МАИ часть 2
Диэлектрики
Квантовая механика
Физические законы механики
Электромагнитное взаимодействия
Атомные станции
Атомная энергетика
Экология энергетики
Атомная и ядерная физика
Теплотехника
Термодинамика
Билеты к экзамену по физике
Задачи физика электротехника
Решение задач по ядерной физике
Электростатика
Геометрическая оптика
Тепловое излучение
Основы теории сплавов
Теория относительности
Физические основы механики
Законы идеальных газов
Электростатика
Основы электротехники
Постоянный ток
Электромагнетизм
Оптика
Законы теплового излучения
Ядерная физика
Строение атома и молекул
Задачи математика
Математика
1 семестр
2 семестр
3 семестр
4 семестр
Интегралы
Лекции по высшей математике
Вычисление площадей в
декартовых координатах
Аналитическая геометрия
 
Информатика
Восстановление сети после аварии
Основные понятия и категории
информатики
Сетевые операционные системы

 

Уравнение поверхности

В школе изучались уравнения линий на плоскости. В пространстве мы будем пользоваться уравнениями поверхностей и линий. Уточним сейчас, что такое уравнение поверхности.

 

        Определение 11.1   Пусть в пространстве задана некоторая система координат и поверхность $ S$ . Будем говорить, что уравнение, связывающее три упорядоченные переменные, является уравнением поверхности $ S$ в заданной системе координат, если координаты любой точки поверхности $ S$ удовлетворяют этому уравнению, а координаты любой точки, не лежащей на поверхности $ S$ , этому уравнению не удовлетворяют.         

Вместо слов "координаты точки удовлетворяют уравнению" иногда будем говорить "точка удовлетворяет уравнению".

Если мы изменим систему координат, то, как правило, изменится и уравнение поверхности.

Если уравнение достаточно сложное, то удовлетворяющие ему точки могут образовывать не только поверхность, но и другие множества, например, линию, одну точку, пару линий. Есть такие уравнения, которым не удовлетворяет ни одна точка пространства. Например, ни одна точка с координатами $ (x;y;z)$ не удовлетворяет уравнению $ {x^2+y^2+z^2=-1}$ .

В определении сказано, что уравнение должно связывать три переменных, но по записи уравнения не всегда можно определить, сколько переменных оно связывает. Например, уравнение $ x+y=0$ можно рассматривать как уравнение прямой на плоскости, но можно это же уравнение записать в виде $ x+y+0\cdot z=0$ , и тогда оно будет определять поверхность в пространстве (плоскость, как станет известно дальше). Поэтому кроме самого уравнения должна быть задана информация о том, в пространстве какой размерности находится определяемое этим уравнением множество точек. Непосредственное интегрирование. Пример Найти . В простейших примерах применяется метод непосредственного интегрирования, то есть используются свойства и таблицы интегралов. А именно, при помощи тождественных преобразований подынтегрального выражения исходный интеграл сводится к табличному интегралу или к сумме табличных интегралов.

Одна и та же поверхность может задаваться разными уравнениями. Например, если в уравнении поверхности $ S$ в правой части стоит нуль: $ {F(x,y,z)=0}$ , то обе части уравнения можно возвести в квадрат и получить $ {(F(x,y,z))^2=0}$ . Новое уравнение будет являться уравнением той же самой поверхности $ S$ , хотя будет выглядеть по другому. Естественно, что когда говорят об уравнении поверхности, то из всех уравнений этой поверхности стараются выбрать наиболее "простое".

Уравнение плоскости

Изображение плоскости

Все коэффициенты и свободный член в уравнении отличны от нуля

Коэффициенты при неизвестных отличны от нуля, а свободный член равен нулю

Один из коэффициентов при неизвестных равен нулю

Два коэффициента при переменных равны нулю

ПРИМЕР 2. Вычислить .

РЕШЕНИЕ. Умножим и поделим подынтегральное выражение на число 3 и запишем .

Применив формулу 4 таблицы интегралов при , получим .

ПРИМЕР 3. Проверить формулу 8 в таблице интегралов непосредственным вычислением интеграла.

РЕШЕНИЕ. Так как , то, подведя под знак дифференциал , придем к формуле 2 таблицы интегралов: .

Рекомендуется аналогично проверить формулу 9.

В тех случаях, когда выбор функции , подлежащей подведению под дифференциал, не является очевидным, следует осуществить поиск такой формулы, у которой подынтегральное выражение по структуре сходно с подынтегральным выражением вычисляемого интеграла; при этом должна быть обнаруженной и упомянутая
функция .

ПРИМЕР 4. Вычислить .

РЕШЕНИЕ. Связь между функциями  и  может быть выражена в виде равенства . Поэтому интеграл  имеет смысл представить в виде   и попытаться применить формулу 1 таблицы, понимая под функцией  основание степени . "Сконструируем" дифференциал этого основания степени  в подынтегральном выражении, умножая и деля одновременно его на число . Затем применим
формулу 1. В результате получим

.

ПРИМЕР 5. Вычислить .

РЕШЕНИЕ. Снова выбор табличного интеграла, к которому попытаемся свести интеграл , проведем по структуре подынтегрального выражения. Оно представляет собой дробь, знаменатель которой содержит квадратный корень разности положительного числа  и квадрата функции – . Поэтому в таблице интегралов подходящей является формула 14. Учитывая равенство ,
получаем .

Угол между плоскостями

Расстояние от точки до плоскости

Прямая на плоскости

Прямая в пространстве

Основные задачи на прямую и плоскость

ПРИМЕР 6. Вычислить .

РЕШЕНИЕ. Подводим под дифференциал  и используем формулу 15 таблицы интегралов:

.

Заметим, что интегралы  и  (без множителя  перед квадратным корнем в знаменателе) нельзя вычислить по формулам 14 и 15, поскольку .

ПРИМЕР 7. Вычислить .

РЕШЕНИЕ. Подынтегральная функция по структуре – дробь;
в числителе – показательная функция , производная ее – та же показательная функция с точностью до постоянного множителя; знаменатель есть сумма квадрата функции , так как , и положительного числа 3, которое можно представить в виде . Эти соображения показывают, что следует применить формулу 12. Так как , то будем иметь

.

Заметим, что формула 2 к рассматриваемому интегралу не
применима, так как дифференциал знаменателя  сконструировать в числителе нельзя.

Непосредственным интегрированием с помощью табличных интегралов можно найти не всякий интеграл, например .
Для вычисления этого интеграла нужны другие соображения.