Атомная физика | Физические законы механики | Термодинамика | Электричество | Магнетизм | Оптика | Молекулярная физика |
Математика 1 семестр | Математика 2 семестр | Математика 3 семестр | Математика 4 семестр | Интегралы | 1 курс

Векторная алгебра - лекции, конспекты, задачи Векторная алгебра

Система координат и координаты вектора

Рассмотрим случай трехмерного пространства (на плоскости все построения аналогичны). Фиксируем некоторую точку $ O$ и возьмем произвольную точку $ M$ . Радиус-вектором точки $ M$ по отношению к точке $ O$ называется вектор $ \overrightarrow {OM}$ .

Если в пространстве выбран базис, то вектор $ \overrightarrow {OM}$ раскладывается по этому базису. Таким образом точке $ M$ можно сопоставить упорядоченную тройку чисел -- координаты ее радиус-вектора.

 

        Определение 10.17   Декартовой системой координат в пространстве называется совокупность точки и базиса.        

 

Точка $ O$ носит название начала координат; прямые, проходящие через начало координат в направлении базисных векторов, называются осями координат. Первая -- осью абсцисс, вторая -- осью ординат, третья -- осью аппликат. Плоскости, проходящие через оси координат, называют координатными плоскостями.

 

        Определение 10.18   Координаты радиус-вектора точки $ M$ по отношению к началу координат называются координатами точки $ M$ в рассматриваемой системе координат.        

 

Первая координата называется абсциссой, вторая -- ординатой, третья -- аппликатой.

Аналогично определяются декартовы координаты на плоскости. Разумеется, точка на плоскости имеет только две координаты -- абсциссу и ординату.

Координаты точки обычно пишут в скобках после буквы, обозначающей точку, например $ A(1;2;-3)$ , $ B(x_0;y_0;z_0)$ .

 

 

        Определение 10.19   Декартова система координат называется прямоугольной, если векторы базиса -- единичные и попарно ортогональные (перпендикулярные) друг другу.        

 

В дальнейшем мы будем использовать лишь декартову прямоугольную систему координат и для краткости будем называть ее просто "система координат".

Единичные попарно ортогональные векторы базиса принято, как правило, обозначать i, j, k.

 

 

        Определение 10.20   Базис, образованный единичными попарно ортогональными векторами, называют ортонормированным.        

 

На рис. 10.15 показаны два способа изображения точки $ A(-1;2;3)$ по ее координатам.




Рис.10.15.Построение точки


Так как точку пространства мы вынуждены изображать на плоскости, то, пока не указаны линии, связывающие изображение точки с осями координат, установить ее положение в пространстве невозможно! Это показывает рис. 10.16.




Рис.10.16.


Зная координаты начала и координаты конца вектора, можно определить координаты самого вектора.

 

        Предложение 10.12   Если точки заданы своими координатами $ A({\alpha}_1;{\alpha}_2;{\alpha}_3)$ , $ B({\beta}_1;{\beta}_2;{\beta}_3)$ , то $ {\overrightarrow {AB}=
({\beta}_1-{\alpha}_1;{\beta}_2-{\alpha}_2;{\beta}_3-{\alpha}_3)}$ .

 

        Доказательство.    Очевидно соотношение $ \overrightarrow {OB}=\overrightarrow {OA}+\overrightarrow {AB}$ (рис. 10.17),




Рис.10.17.Координаты вектора


откуда $ {\overrightarrow {AB}=\overrightarrow {OB}-\overrightarrow {OA}}$ . Так как, по определению, координаты точки совпадают с координатами ее радиус-вектора, то $ {\overrightarrow {OB}=({\beta}_1;{\beta}_2;
{\beta}_3)}$ , $ {\overrightarrow {OA}=({\alpha}_1;{\alpha}_2;{\alpha}_3)}$ . В силу  предложений 10.4, 10.5 получим $ {\overrightarrow {AB}=
({\beta}_1-{\alpha}_1;{\beta}_2-{\alpha}_2;{\beta}_3-{\alpha}_3)}$ .    

 Предложение 10.12 можно сформулировать так: чтобы найти координаты вектора, нужно из координат его конца вычесть координаты его начала.

Интегрирование элементарных дробей.

 Определение: Элементарными называются дроби следующих четырех типов:

 I.  III. 

  II.  IV. 

m, n – натуральные числа (m ³ 2, n ³ 2) и b2 – 4ac <0.

 Первые два типа интегралов от элементарных дробей довольно просто приводятся к табличным подстановкой t = ax + b.

II. 

Рассмотрим метод интегрирования элементарных дробей вида III.

Интеграл дроби вида III может быть представлен в виде:

Здесь в общем виде показано приведение интеграла дроби вида III к двум табличным интегралам.

 

Рассмотрим применение указанной выше формулы на примерах.

 Пример.

  Вообще говоря, если у трехчлена ax2 + bx + c выражение b2 – 4ac >0, то дробь по определению не является элементарной, однако, тем не менее ее можно интегрировать указанным выше способом.

 Пример.

 

 Пример.

Что касается приемов вычисления определенных интегралов, то они практически ничем не отличаются от всех тех приемов и методов, которые были рассмотрены выше при нахождении неопределенных интегралов. Точно так же применяются методы подстановки (замены переменной), метод интегрирования по частям, те же приемы нахождения первообразных для тригонометрических, иррациональных и трансцендентных функций. Особенностью является только то, что при применении этих приемов надо распространять преобразование не только на подинтегральную функцию, но и на пределы интегрирования. Заменяя переменную интегрирования, не забыть изменить соответственно пределы интегрирования.