Лекции и конспекты по математике Примеры решения задч

 
В школьном курсе математики достаточно подробно изучалась парабола, которая, по определению, являлась графиком квадратного трехчлена. Здесь мы дадим другое (геометрическое) определение параболы.
        Определение 12.7   Параболой называется геометрическое место точек плоскости, для каждой из которых расстояние до фиксированной точки этой плоскости, называемой фокусом, равно расстоянию до фиксированной прямой, лежащей в той же плоскости и называемой директрисой параболы.         
Чтобы получить уравнение кривой, соответствующей этому определению, введем подходящую систему координат. Для этого из фокуса $ F$ опустим перпендикуляр $ FD$ на директрису $ l$ . Начало координат $ O$ расположим на середине отрезка $ FD$ , ось $ Ox$ направим вдоль отрезка $ FD$ так, чтобы ее направление совпадало с направлением вектора $ \overrightarrow {FD}$ . Ось $ Oy$ проведем перпендикулярно оси $ Ox$ (рис. 12.15).


[an error occurred while processing this directive]

Рис.12.15.


        Теорема 12.4   Пусть расстояние между фокусом $ F$ и директрисой $ l$ параболы равно $ p$ . Тогда в выбранной системе координат парабола имеет уравнение
$\displaystyle y^2=2px.$(12.10)

        Доказательство.     В выбранной системе координат фокусом параболы служит точка $ F\left(\frac p2,0\right)$ , а директриса имеет уравнение $ {x=-\frac p2}$ (рис. 12.15).

Пусть $ M(x;y)$  -- текущая точка параболы. Тогда по формуле (10.4) для плоского случая находим

$\displaystyle FM=\sqrt{\left(x-\frac p2\right)^2+(y-0)^2}=\sqrt{\left(x-\frac p2\right)^2 +y^2}.$
Расстоянием от точки $ M$ до директрисы $ l$ служит длина перпендикуляра $ MK$ , опущенного на директрису из точки $ M$ . Из рисунка 12.15 очевидно, что $ {MK=x+\frac p2}$ . Тогда по определению параболы $ {MK=FM}$ , то есть
$\displaystyle x+\frac p2=\sqrt{\left(x-\frac p2\right)^2+y^2}.$
Возведем обе части последнего уравнения в квадрат:
$\displaystyle \left(x+\frac p2\right)^2=\left(x-\frac p2\right)^2+y^2,$
откуда
$\displaystyle x^2+px+\frac{p^2}4=x^2-px+\frac{p^2}4+y^2.$
После приведения подобных членов получим уравнение (12.10).     

Уравнение (12.10) называется каноническим уравнением параболы.

        Предложение 12.4   Парабола обладает осью симметрии. Если парабола задана каноническим уравнением, то ось симметрии совпадает с осью $ Ox$ .
        Доказательство.     Проводится так же, как и доказательство  (предложения 12.1).     

Точка пересечения оси симметрии с параболой называется вершиной параболы.

Если переобозначить переменные $ \tilde x=y$ , $ \tilde y=x$ , то уравнение (12.10) можно записать в виде

$\displaystyle \tilde y=\frac1{2p}\tilde x^2,$
который совпадает с обычным уравнением параболы в школьном курсе математики. Поэтому параболу нарисуем без дополнительных исследований (рис. 12.16).




Рис.12.16.Парабола

Примеры

Используя метод приведения к треугольному виду вычислить определитель из примера 2.

Решение. Воспользуемся видом определителя , который получился после процедуры зануления всех элементов (кроме первого) первой строки:

  .

Далее с помощью второго столбца занулим элементы второй строки, кроме первых двух, для чего вычтем из третьего и четвёртого столбцов второй столбец, умноженный соответственно на 2 и 7. Получим (попутно вынося общие множители из столбцов)

 

Наконец, вычтем третий столбец из четвёртого, в результате чего определитель сведётся к треугольному виду, величина которого равна произведению элементов главной диогонали:  .

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