Transcript X` Y`

Slide 1

Система координат на плоскости.
• Прямоугольная (декартова) система
координат.
y - ось ординат

четверти (квадранты)
y
II

М(х;у)

y

0

радиус-вектор
j

III

0

i

i,

I

j

x

IV

x - ось абсцисс

-единичные векторы: i  j  1 ,

x

i j


Slide 2

• Полярная система координат.
M (  ; )





0
полюс

e

P
полярная ось

единичный вектор
M (  ;  ) - полярные координаты точки М



- полярный радиус

0  



- полярный угол

0    2


Slide 3

Связь между прямоугольными и полярными
координатами.
y

М
Пусть М (х; у) –прямоугольные координаты т. М





j

0

i

x

M (  ;  ) - полярные координаты т. М

Р

 x   cos 

 y   sin 

или


  x 2  y 2

x

 cos  


y

sin  





Slide 4

Пример 1. Найти прямоугольные координаты точки М,
если даны её полярные координаты: M ( 2 ; 
Решение:

Имеем:

  2,

 

2
3

2
3

Находим:
2
 2 
 1
x   cos   2  cos  

2

cos

2


    1
3 
3

 2

2
3
 2 
y   sin   2  sin  
 2 
 3
   2  sin
3 
3
2


Ответ.

M (  1; 

3)

)


Slide 5

Пример 2. Найти полярные координаты точки М, если
даны её прямоугольные координаты: M (  3 ;  1)
Решение:
Находим:

Имеем:
 

3
cos  



2 

y
1 
sin  


2 

x   3,

x  y
2

2



y  1

(  3 )  (  1)
2

2

 2

x



Ответ.

 

y

7



6
0

M (2 ;

7
6

М

)



x
Р


Slide 6

Преобразование системы координат
• Переход от одной системы координат в какуюлибо другую называется преобразованием
системы координат.


Slide 7

1. Параллельный перенос (пп) осей
координат.
Под пп осей координат понимают переход от системы
координат OXY к новой системе O’X’Y’ , при котором
меняется положение начала координат, а направление осей
и масштаб остаются прежними.
Y

Y’

X’

0’
0

X


Slide 8

Y
y

Y’

0 i

Пусть
O’(x0;y0)начало
новой системы координат
O’X’Y’

y’

y0
j

M

0’

x0

x’ X’
x X

M(x;y) – координаты точки в системе OXY
M(x’;y’) – координаты точки в системе O’X’Y’


Slide 9

Y

Y’

y

M

y’

OM  x i  y j  ( x ; y )

O M  x i  y  j  ( x ; y )

y0
0’

j

0 i

x0

x’ X’
x X

OM  O O   O M

O O   x0 i  y0 j  ( x0 ; y0 )


Slide 10

OM  O O   O M

( x ; y )  ( x 0 ; y 0 )  ( x ; y )
( x ; y )  ( x 0  x ; y 0  y )

 x  x0  x

 y  y0  y

Нахождение старых координат (x;y),
если известны новые (x’;y’)

 x  x  x0

 y  y  y0

Нахождение новых координат , если
известны новые.


Slide 11

Пример 3.

Путем пп осей за новое начало координат
взята точка O’(2;-5). Найти координаты точки P в новой
системе, если её координаты в старой системе (-3;4)
Решение:

Имеем:

O ( 2 ;  5 )

P (  3; 4 )



P ( x ; y )

в



x0  2 ,

x  3 , y  4

y0  5

( OXY )

( O X Y )

Находим:
 x  x  x0  3  2  5

 y   y  y0  4  ( 5)  9

Ответ.

P ( 5 ; 9 )


Slide 12

2. Поворот осей координат.
Под поворотом осей координат понимают такое
преобразование координат, при котором обе оси
поворачиваются на один и тот же угол, а начало координат и
масштаб остаются неизменными.
Y’

Y



X’


0

X


Slide 13

Y’

Y
y

M
Пусть O(x’; y’)- начало новой
системы координат OX’Y’

y’


x’



0

x

X’
X

M(x;y) – координаты точки в системе OXY
M(x’;y’) – координаты точки в системе OX’Y’


Slide 14

Y’

Y
y

M

y’

  





x’



0

x

  

   

X’

Возьмем две полярные
системы
координат
с
общим полюсом О и
полярными осями OX и
OX’

X

- полярный радиус в обеих системах одинаков
– полярный угол в системе OX’Y’

 – полярный угол в системе OXY


Slide 15

По формулам перехода
прямоугольным:
 x   cos    

 y   sin    



Так как

то

от

полярных

координат

к

 x   cos  cos    sin  sin 

 y   sin  cos    cos  sin 
 x    cos 

 y    sin 

 x  x  cos   y  sin 

 y  x  sin   y  cos 

определяет старые координаты
(x;y) через новые (x’;y’)


Slide 16

Выведем формулу, которая позволяет выразить новые координаты через
старые:

 x  x  cos   y  sin 

 y  x  sin   y  cos 



cos 

 sin 

sin 

cos 

x 

x
y

y 

 sin 
cos 

cos 
sin 

x
y

Найдем x’ и y’

 cos   sin   1
2

2

 x cos   y sin   x 

 y cos   x sin   y 

mak

mak

kak

kak

x 

y 

x

y



Slide 17

Итак:

 x   x cos   y sin 

 y   y cos   x sin 

определяет новые координаты
(x’;y’) через старые (x;y)


Slide 18

Пример 4. Новые оси повернуты относительно старых
на угол
α=π/4 Найти выражения старых координат
произвольной точки плоскости (х;у) через её новые
координаты (x’;y’)
Решение:

cos

 x  x  cos   y  sin 

 y  x  sin   y  cos 



2
2
2
 x   y 
x 
y 
 x 
2
2
2

 y  2 x   2 y   2  x   y 

2
2
2


4

 sin


4



2
2


Slide 19

Пример 5. Найти координаты точки Р в новой системе,
повернутой относительно старой на угол α=π/6 , если её
координаты в старой системе равны (-2;3).
Решение:

Имеем:

cos


6

P (  2 ;3 )



P ( x ; y )

в

x  2 , y  3



3

sin

2


6



1
2

( OXY )

( O X Y )


3
1 1

 3 
32 3
 x  x cos   y sin    2 
2
2 2

 y   y cos   x sin   3  3  2  1  1 2  3 3

2
2 2










Slide 20

3. Параллельный перенос и поворот осей
координат.
Если новая система координат O’X’Y’ получена из старой ОХУ путём
пп осей координат и последующим поворотом осей на угол α, то путем
введения вспомогательной системы O X~Y~ легко получить формулы,
выражающие старые координаты (х;у) произвольной точки через её
новые (x’;y’).

Y’

~
Y

Y

~
y

y
y’

 x  x  cos   y  sin   x 0

 y  x  sin   y  cos   y 0

M



X’

x’


y0
0’

j

0

i

x0

~
x

x X

~
X


Slide 21

Y’

~
Y

Y

~
y

y
y’

Параллельный перенос.
 ~x ; ~y  - новые координаты

M



~
 x  x0  x

~y
y

y

0


X’

x’


y0
0’

j

0 i

x0

~
x

x X

~
X

~~

Относительно O X Y
поворачиваем на угол α и
получаем новую систему
координат O’X’Y’
~
 x  x  cos   y  sin 
~
 y  x  sin   y  cos 

Итак:

 x  x  cos   y  sin   x 0

 y  x  sin   y  cos   y 0