Лекции и конспекты по математике Примеры решения задч

 

Из школьного курса математики известно, что кривая, задаваемая уравнением $ {y=\frac kx}$ , где $ k$  -- число, называется гиперболой. Однако это -- частный случай гиперболы (равносторонняя гипербола).
        Определение 12.5   Гиперболой называется геометрическое место точек плоскости, для каждой из которых абсолютная величина разности расстояний до двух фиксированных точек той же плоскости, называемых фокусами гиперболы, есть величина постоянная.         

Так же, как и в случае эллипса, для получения уравнения гиперболы выберем подходящую систему координат. Начало координат расположим на середине отрезка между фокусами, ось $ Ox$ направим вдоль этого отрезка, а ось ординат -- перпендикулярно к нему.

Теорема 12.3  Пусть расстояние между фокусами $ F_1$ и $ F_2$ гиперболы равно $ 2c$ , а абсолютная величина разности расстояний от точки гиперболы до фокусов равна $ 2a$ . Тогда гипербола в выбранной выше системе координат имеет уравнение
$\displaystyle \frac{x^2}{a^2}-\frac{y^2}{b^2}=1,$(12.8)

где
[an error occurred while processing this directive]
$\displaystyle b=\sqrt{c^2-a^2}.$(12.9)

        Доказательство.     Пусть $ M(x;y)$  -- текущая точка гиперболы (рис. 12.9).


Рис.12.9.

Так как разность двух сторон треугольника меньше третьей стороны, то $ {\vert F_1M-F_2M\vert<F_1F_2}$ , то есть $ 2a<2c$ , $ a<c$ . В силу последнего неравенства вещественное число $ b$ , определяемое формулой (12.9), существует.

По условию, фокусы -- $ F_1(-c;0)$ , $ F_2(c;0)$ . По формуле (10.4) для случая плоскости получаем

$\displaystyle F_1M=\sqrt{(x+c)^2+(y-0)^2}=\sqrt{(x+c)^2+y^2},\quad F_2M=\sqrt{(x-c)^2 +y^2}.$
По определению гиперболы
$\displaystyle \left\vert\sqrt{(x+c)^2+y^2}-\sqrt{(x-c)^2+y^2}\right\vert=2a.$
Это уравнение запишем в виде
$\displaystyle \sqrt{(x+c)^2+y^2}=\sqrt{(x-c)^2+y^2}\pm2a.$
Обе части возведем в квадрат:
$\displaystyle x^2+2xc+c^2+y^2=x^2-2xc+c^2+y^2\pm4a\sqrt{(x-c)^2+y^2}+4a^2.$
После приведения подобных членов и деления на 4, приходим к равенству
$\displaystyle xc-a^2=\pm a\sqrt{(x-c)^2+y^2}.$
Опять обе части возведем в квадрат:
% latex2html id marker 47405 $\displaystyle x^2c^2-2xca^2+a^4=a^2(x^2-2xc+c^2+y^2).$
Раскрывая скобку и приводя подобные члены, получим
$\displaystyle x^2(c^2-a^2)-a^2y^2=a^2(c^2-a^2).$
С учетом формулы (12.9) уравнение принимает вид
$\displaystyle x^2b^2-a^2y^2=a^2b^2.$
Разделим обе части уравнения на $ a^2b^2$ и получим уравнение (12.8)     

Уравнение (12.8) называется каноническим уравнением гиперболы.

 Предложение 12.3  Гипербола обладает двумя взаимно перпендикулярными осями симметрии, на одной из которых лежат фокусы гиперболы, и центром симметрии. Если гипербола задана каноническим уравнением, то ее осями симметрии служат координатные оси $ Ox$ и $ Oy$ , а начало координат -- центр симметрии гиперболы.

        Доказательство.     Проводится аналогично доказательству предложения 12.1.     

Проведем построение гиперболы, заданной уравнением (12.8). Заметим, что из-за симметрии достаточно построить кривую только в первом координатном угле. Выразим из канонического уравнения $ y$ как функцию $ x$ , при условии, что $ y>0$ ,

$\displaystyle y=\frac ba\sqrt{x^2-a^2}$
и построим график этой функции.

Область определения -- интервал

Об симптотах графика функции

Пример Исследовать на непрерывность и построить графики следующих функций:

а) ,

б) ,

в) ,

г) ,

д) ,

е) .

д) .

Прежде всего напомним, что . Следовательно, . Так как для целых чисел и нуля , то все целые числа и нуль не входят в область определения. Это точки разрыва функции. Исследуем поведение функции в точке .

Имеем: .

Точки x=n- точки разрыва 2-го рода, прямые х=n являются вертикальными (правосторонними) асимптотами. Функция периодическая. Период Т=1. Строим график (Рис.2.5).

 

 

 

 

 

 

 

  Рис. 2.5.

Определение и вычисление несобственных интегралов от разрывных функций

  Если подынтегральная функция имеет бесконечный разрыв в точке  и непрерывна в окрестности этой точки, то говорят о несобственном интеграле от разрывной функции или второго рода, который определяют опять-таки через предельный переход следующим образом:

(2) 

 Несобственный интеграл от разрывной функции ,

называется сходящимся, если существуют оба конечных предела в правой части соотношения (2), и – расходящимся, если не существует или равен бесконечности хотя бы один из них. Если разрыв подынтегральной функции находится только в одной из граничных точек промежутка интегрирования (a или b), то есть имеет место лишь один предел в правой части соотношения (2), то говорят о несобственном интеграле второго рода с одной особой точкой.

  Пример 3. Вычислить несобственные интегралы от разрывных функций или установить их расходимость:

a).  б).  в). . 

Решения. а). Так как точка разрыва подынтегральной функции   находится внутри промежутка интегрирования, то разбиваем его на два участка так, чтобы в каждом было по одной особенности на верхнем или нижнем пределе промежутка интегрирования. Итак, имеем:

;

стало быть, исследуемый интеграл расходится. Если не учитывать, что подынтегральная функция терпит разрыв внутри промежутка интегрирования, то получим, естественно, неверный результат: .

Математический анализ Типовые расчеты по математике