x |
− |
z |
= 0 и |
x |
+ |
z |
= 0 . |
|
a |
c |
a |
c |
|||||
|
|
|
|
Таким образом, конус второго порядка имеет вид, изображенный на рис. 1.52.
Конус второго порядка симметричен относительно трех плоскостей и центра симметрии. Для конуса, имеющего каноническое уравнение (1.56), этими плоскостями являются xOy , xOz , yOz , а центр симметрии – точка
O(0;0;0).
При a = b получим круговой конус
x2 + y2 − z2 = 0 , a2 c2
в сечениях которого плоскостями z = h будут окружности.
Цилиндрические поверхности
Цилиндрической поверхностью или цилиндром называется поверх-
ность, образованная движением прямой L, которая перемещается в пространстве параллельно самой себе и пересекая каждый раз некоторую кривую
K (рис. 1.53). При этом кривая K называется направляющей цилиндра, а прямая
L – его образующей.
Рассмотрим такие цилиндрические поверхности, направляющие которых лежат в одной из координатных плоскостей, а образующие параллельны координатной оси, перпендикулярной этой плоскости. Уравнениями этих цилинд-
ров являются уравнения их направляющих.
L
К
Рис. 1.53. Цилиндрическая поверхность
61
Так, если направляющая K лежит в плоскости xOy , а образующая L параллельна оси Oz , то уравнение цилиндра, в общем случае, записывается в виде
F (x; y) = 0 .
Если направляющая K лежит в плоскости xOz , а образующая L параллельна оси Oy , то уравнение цилиндра следующее
F (x; z)= 0 .
Если же направляющая K лежит в плоскости yOz , а образующая L параллельна оси Ox , то уравнением цилиндрической поверхности будет являться
F (y; z)= 0 .
Название цилиндра определяется названием направляющей.
Если направляющей служит эллипс в плоскости xOy
|
x2 |
+ |
y2 |
=1 |
, |
(1.57) |
|
a2 |
b2 |
||||
|
|
|
|
|
то соответствующая цилиндрическая поверхность называется эллиптическим цилиндром (рис. 1.54), который описывается уравнением (1.57).
Частным случаем (при a = b ) эллиптического цилиндра является круговой цилиндр. Его уравнением является
x2 + y2 = R2 ,
где R = a .
Если направляющей служит гипербола
|
x2 |
− |
y2 |
=1 |
, |
(1.58) |
|
a2 |
b2 |
||||
|
|
|
|
|
то цилиндрическая поверхность называется гиперболическим цилиндром (рис. 1.55). Он описывается уравнением (1.58).
62
Если направляющая – парабола в плоскости xOy
y2 = 2 px |
, |
(1.59) |
то соответствующая цилиндрическая поверхность называется параболическим цилиндром (рис. 1.56) и уравнение (1.59) описывает этот цилиндр.
Рис. 1.54. |
Рис. 1.55. |
Рис. 1.56. |
|
Гиперболический |
Параболический |
||
Эллиптический |
|||
цилиндр |
цилиндр |
||
цилиндр |
|||
|
|
63
2.ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ
2.1.Определение производной. Таблица производных
Рассмотрим функцию y = f (x) и некоторую точку x = x0 внутри области
определения функции.
Производной функции y = f (x) в точке x = x0 называется предел
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f ′(x0 )= lim |
f |
(x0 + x)− f (x0 ) |
= lim |
y |
, |
(2.1) |
|
|
|
x |
||||||
|
x→0 |
x |
|
x→0 |
|
|
||
где x – приращение аргумента, а |
y = f (x0 + |
x) − f (x0 ) |
– приращение функ- |
|||||
ции в точке x = x0 . |
|
|
|
|
|
|
||
Пример 2.1. Найти производную функции y = x2 , используя определение производной.
Решение. Аргументу х дадим приращение x . Тогда функция y = x2 получит приращение
y = f (x + x) − f (x) = (x + x)2 − x2 = x2 + 2x x +( x)2 − x2 = 2x x +( x)2 .
Найдем предел отношения |
y |
|
|
||
|
|
|
x |
|
|
y′(x)= (x2 )′ = lim |
y |
= lim |
2x x + ( |
x)2 |
= lim (2x + x)= 2x . |
x→0 |
x |
x→0 |
x |
|
x→0 |
Аналогичную операцию по нахождению производной на основании определения можно произвести со всеми элементарными функциями. Производные основных элементарных функций приведем в табл. 2.1.
Таблица 2.1
№ |
Функция |
Производная |
|
|
|
1 |
y = const |
y′ = 0 |
|
Степенная |
функция и ее частные случаи |
2 |
y = xn , |
y′ = nxn−1 |
|
где n – любое число |
|
3 |
y = x |
y′ =1 |
64
№
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 2.1 |
||||||
Функция |
|
|
Производная |
|||||||||||||||||||
y = x |
|
|
|
y |
′ |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
= 2 x |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
y = x |
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
= − x2 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Показательная |
|
функция и ее частный случай |
||||||||||||||||||||
y = ax |
|
|
y′ = ax ln a , |
|||||||||||||||||||
|
|
где |
ln a = loge a – |
|
|
натуральный логарифм; |
||||||||||||||||
|
|
e ≈ 2,72… – число Эйлера |
||||||||||||||||||||
y = ex |
|
|
|
|
|
|
|
y′ = ex |
||||||||||||||
Логарифмическая |
|
функция и ее частный случай |
||||||||||||||||||||
y = loga x |
|
|
y′ = |
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
y = ln x |
|
|
|
|
xln a |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
y′ = x |
||||||||||||||
Тригонометрические функции |
||||||||||||||||||||||
y =sin x |
|
|
|
y′ = cos x |
||||||||||||||||||
y = cos x |
|
|
y′ = −sin x |
|||||||||||||||||||
y = tg x |
|
|
y |
′ |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
y = ctg x |
|
|
|
= cos2 x |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
y |
′ |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
= −sin2 x |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Обратные |
|
тригонометрические функции |
||||||||||||||||||||
y = arcsin x |
|
|
y′ = |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
y = arccos x |
|
|
|
|
|
|
|
1− x2 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
y′ = − |
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
y = arctg x |
|
|
|
|
|
|
1− x2 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
y′ |
= |
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
y = arcctg x |
|
|
|
1+ x2 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
y |
′ |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
= −1+ x2 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
2.2. Правила дифференцирования
Если функция y = f (x) имеет производную в точке x = x0 , то функция
65