专升本高数(六)

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专升本高数(六)

2023-03-16 20:15| 来源: 网络整理| 查看: 265

一:向量的定义有大小,有方向的以 (A,B,C) 为表示的“线段”;其中大小用模来表示 \sqrt{(A)^{2}+(B)^{2}+(C)^{2}} 现在我们来定义一些常用的向量:1.零向量:有方向,但大小为零的量。垂直于任意向量2.单位向量:有方向,大小为一的量; \sqrt{(A)^{2}+(B)^{2}+(C)^{2}}=1 3.法向量:垂直于某一个平面的线段,可以用平面内两个向量叉乘计算4.方向向量:用来表示直线的方向的量,点向式直线中三个分母分别表示 x,y,z 的坐标;一般式直线则需要两个平面的法向量叉乘;参数式直线便是参数t前的系数;直线上两个点可以计算出一个方向向量二:向量的相关概念:1.方向角和方向余弦:方向角:向量分别和 x,y,z 三个轴分别所构成的夹角;夹角的大小为 [0,\Pi] 方向余弦:角的的余弦值大小,计算公式: cos\alpha=\frac{a}{\sqrt{a^{2}+b^{2}+c^{2}}};cos\beta=\frac{b}{\sqrt{a^{2}+b^{2}+c^{2}}};cos\gamma=\frac{c}{\sqrt{a^{2}+b^{2}+c^{2}}}

性质:

cos\alpha^{2}+cos\beta^{2}+cos\gamma^{2}=12.投影:

顾名思义:一条空间直线(向量)在一条轴上的投影;

英文符号表示:向量AB在l轴上的投影: Pr_{\bar{j}}\bar{AB}

计算公式记一下=AB向量的模乘以他们所构成的夹角 \varphi : |\bar{AB}|cos\varphi

3.数量积运算法则:

数量积的运算:

注:点乘运算法则和加减乘除的运算法则一致(因为点乘的结果是一个值)

4.重点:向量积的运算,又名叉乘

1.结果是一个向量,所以计算没有加法交换律(不然计算所取得的结果相反)

2.向量点乘的计算:

坐标表达式(采用行列式):

三:直线和平面:

1.直线的三种表达方式:

1.点向式: \frac{x-a}{m}=\frac{y-b}{n}=\frac{z-c}{p} ,其中: (m,n,p) 表示方向向量; (a,b,c) 表示直线上的某一点(PS.:注意前面的正负号哦)2.一般式: A_{1}x+B_{1}y+C_{1}z=0;A_{2}x+B_{2}y+C_{2}z=0; ;其中: (A_{1},B_{1},C_{1}) 和 (A_{2},B_{2},C_{2}) 分别是平面 \Pi_{1} 和平面 \Pi_{2} 的法向量;3.参数式: x=mt+a,y=nt+b,z=qt+c ,就是把点向式等于一个常数t,用t来表示,其中(m,n,q) 表示方向向量; (a,b,c) 表示直线上的某一点

2.平面的两种表达方式:

1.点法式: A(x-x_{0})+B(y-y_{0})+C(z-z_{0})=0 ;其中 (A,B,C)为平面的法向量, (x_{0},y_{0},z_{0}) 为平面任意一点2.一般式: Ax+By+Cz+D=0 ,其中: (A,B,C) 为平面法向量2.直线和平面的转换:

1.由于在空间中,两条向量确定一个平面;或者两个相交的平面确定一条向量;所以根据前者我们就可以得出一个混合积的概念;根据后者我们可以得出一个平面束或者一条方向向量的概念。

混合积:叉乘加上一个点乘;且两条叉乘的向量可以进行替换。因为向量的叉乘的结果是一个垂直于用于叉乘的两条向量的新向量,而当两向量叉乘后继续和新向量进行点乘,如果结果是0,则说明新向量于叉乘的结果向量的夹角为90度,继而可以推出垂直;所以我们可以得出三条向量共面的充要条件:三条向量的混合积为零

平面束:因为两个相交的平面确定一个直线(直线有一个一般式方程),直接上定义吧: A_{1}x+B_{1}y+C_{1}z+\lambda (A_{2}x+B_{2}y+C_{2}z)=0 表示经过直线除了 A_{2}x+B_{2}y+C_{2}z=0 以外的所有平面( \lambda 为任意常数)

3.几种特殊的平面:

1.过原点的平面, D=0 , Ax+By+Cz=0

2. A,B,C 谁为零,就平行于哪条轴

3.同样 A,B,C 谁为零,加上一个 D 为零,就过哪条轴

4. 当A,B,C中任意两个为零,则平行哪个面 ,例如A,B为零时,平行 xOy 面

5.当以第四点为前提时,加上一个 D=0 ,便是哪个面;例如A=C=D=0,则为 xOz 面

4.一般考法:(两直线垂直,则他们的方向向量垂直;若一直线和一平面平行,则该平面的法向量垂直于该直线的方向向量;若直线和平面垂直,则直线方向向量和平面法向量平行,比值相等;若两平面垂直,则他们的法向量相互垂直

1.给你一个点加一条直线的方程,让你计算过点和直线的平面:

1.将直线的方向向量算出,随便拿一个该直线上的点,与已知点相减,得出一个新的向量2.根据两条向量点乘计算平面的法向量3.根据点法式算出平面

例:过M点(2,-1,3),直线 \frac{x+1}{2}=\frac{y-1}{-3}=\frac{z+3}{z} ,的平面

2.根据特殊平面的公式加上一点或一直线,一平面,算平面:

1.根据特殊平面方程式设平面2.根据所给的信息计算

3.若有一条直线以一般式给你,另外一个信息在另一个平面上的投影;与另外一条直线的位置关系(垂直,平行);给你一个点和与该点的距离等等时,采用平面束公式。

1.设平面束方程,若给的是投影,则带入另一个平面的法向量,计算的结果是一个新平面,于一般式直线联立方程即可(注意区分是另外哪个平面)2.设平面束,根据位置关系平行或垂直,计算新平面的 \lambda 大小;3.同样设平面束,根据点到平面距离公式计算 \lambda ,得新平面,联立。

4.所给任意一点以及一条直线,求过点且与线垂直的直线方程

1.所给点与所给直线设方程得平面2.根据参数式方程和平面的交点3.计算得出t的取值,即可求出所求直线与平面的交点,与已知点相减,即可获得方向向量4.直线的点向式方程即可成立四:直线,平面的位置关系1.面面位置关系:平行不重合:法向量比值相同;但是平面 \Pi_{2} 里的点带入平面 \Pi_{1} 不等于零平行且重合:法向量比值相同;平面 \Pi_{2} 的点带入平面 \Pi_{1} 等于零相交不垂直:相交且垂直:法向量点乘为零, A_{1}A_{2}+B_{1}B_{2}+C_{1}C_{2}=0 2.直线与直线的位置关系平行不重合:方向向量比值相同,与面面垂直类似;点带入不相等平行且重合:方向向量比值相同,与面面垂直类似;点带入相等垂直:点乘为零异面:混合积不为零(可以用两条直线的方向向量加两条直线分别取一点设新向量进行混合积)共面:混合积为零3.直线与平面的位置关系

平行不重合:方向向量和法向量的点乘为零,但点带入不为零

平行且重合:方向向量和法向量的点乘为零,点带入为零

垂直:方向向量和法向量的比值为定值

相交(斜交):主要考察夹角大小: sin\varphi=|cos\theta|=\frac{|\bar s\cdot \bar n|}{|\bar s||\bar n|}; sin\varphi=\frac{|Am+Bn+Cp|}{\sqrt{A^{2}+B^{2}+C^{2}}\sqrt{m^{2}+n^{2}+p^{2}}}

五.直线,平面的距离

1.点到点的距离 (x_{1}, y_{1}, z_{1})(x_{2}, y_{2}, z_{2}) :

d=\sqrt{(x_{1}-x_{2})^{2}+(y_{1}-y_{2})^{2}+(z_{1}-z_{2})^{2}}

2.点到直线的距离: (x_{1}, y_{1}, z_{1}),\frac{x-x_{2}}{m}=\frac{y-y_{2}}{n}=\frac{z-z_{2}}{p}

d=\frac{\sqrt{(x_{1}-x_{2},y_{1}-y_{2},z_{1}-z_{2})\times(m,n,p)}}{\sqrt{m^{2}+n^{2}+p^{2}}}

3.点到平面的距离: (x_{1}, y_{1}, z_{1}),Ax+By+Cz+D=0

d=\frac{|Ax_{1}+By_{1}+Cz_{1}+D|}{\sqrt{A^{2}+B^{2}+C^{2}}}

4.平面到平面的距离(平行): A_{1}x+B_{1}y+C_{1}z+D_{1}=0,A_{2}x+B_{2}y+C_{2}z+D_{2}=0,

d=\frac{|D_{1}-D_{2}|}{\sqrt{A^{2}+B^{2}+C^{2}}}

5.异面直线的距离: \frac{x-x_{1}}{m_{1}}=\frac{y-y_{1}}{n_{1}}=\frac{z-z_{1}}{p_{1}},\frac{x-x_{2}}{m_{2}}=\frac{y-y_{2}}{n_{2}}=\frac{z-z_{2}}{p_{2}}

d=\frac{|(\bar s_{1}\times\bar s_{2})\cdot(x_{1}-x_{2},y_{1}-y_{2},z_{1}-z_{2})|}{|\bar s_{1}\times\bar s_{2}|} ,分母为叉乘后 (i,j,.k) 的平方相加开根号,分子为两个向量的点乘的值。

6.直线到平行平面的距离

转化为点到平面的距离


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