5

Аффинные и ортогональные замены координат

[27/96%]
Показать
LaTeX
Задача 474

Написать формулы перехода от одной системы координат на плоскости к другой, если началом первой системы (x,y)(x, y) является вершина AA параллелограмма ABCDA B C D, а базисом — векторы AD→,AB→\overrightarrow {A D}, \overrightarrow {A B}; началом второй системы (x′,y′)(x^{\prime }, y^{\prime }) является вершина CC, а базисом векторы CB→,CD→\overrightarrow {C B}, \overrightarrow {C D}.

?
Задача 475

На плоскости даны две системы координат: Oxy и O′x′y′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime }. Координаты xx и yy произвольной точки относительно первой системы выражаются через ее координаты x′x^{\prime } и y′y^{\prime } относительно второй системы следующими формулами: x=2x′−5y′+3,y=−x′+2y′−2x = 2 x^{\prime }-5 y^{\prime }+3, y = -x^{\prime }+2 y^{\prime }-2. Найти координаты начала первой системы и единичных векторов ее осей относительно второй системы.

?
Задача 476

На плоскости даны две системы координат: Oxy,O′x′y′O x y, O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime }. Координаты (x,y)(x, y) и (x′,y′)(x^{\prime }, y^{\prime }) произвольной точки MM относительно этих двух систем связаны между собой следующими формулами перехода:

x=3x′−4y′−5,y=−x′+2y′+1 x = 3 x^{\prime }-4 y^{\prime }-5, \quad y = -x^{\prime }+2 y^{\prime }+1
?
(1)

Найти координаты начала второй системы и единичных векторов ее осей относительно первой системы.

(2)

Найти координаты (относительно системы Oxy) вектора а диагонали параллелограмма, образованного единичными векторами осей системы O′x′y′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime }.

(3)

Выразить координаты x′,y′x^{\prime }, y^{\prime } через координаты x,yx, y.

(4)

Какие координаты в системе координат Oxy имеет единичная точка E′E^{\prime } системы координат O′x′y′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime }?

(5)

Написать уравнение осей O′x′O^{\prime } x^{\prime } и O′y′O^{\prime } y^{\prime } в системе координат OxyO x y.

(6)

Написать уравнение прямой 2x−3y+1=02 x-3 y+1 = 0 в системе координат O′x′y′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime }.

Задача 477

По отношению к аффинной системе координат даны три точки плоскости A(2,1),B(3,0),C(1,4)A(2,1), B(3,0), C(1,4). В новой аффинной системе координат те же точки имеют координаты A(1,6),B(1,9),C(3,1)A(1,6), B(1,9), C(3,1). Найти:

?
(1)

формулы преобразования аффинной системы координат;

(2)

старые координаты нового начала координат и новых базисных векторов;

(3)

новые координаты старого начала координат и старых базисных векторов.

Задача 478

Написать формулы преобразования координат на плоскости, принимая за новые оси O′x′O^{\prime } x^{\prime } и O′y′O^{\prime } y^{\prime } прямые x−3y+2=0x-3 y+2 = 0, 3x+2y−1=03 x+2 y-1 = 0 соответственно, а за единичную точку новой системы — точку (2,3)(2,3).

?
Задача 479

Написать уравнения прямой x−y−5=0x-y-5 = 0 в системе координат на плоскости, осями O′x′O^{\prime } x^{\prime } и O′y′O^{\prime } y^{\prime } которой служат прямые 2x+y−1=02 x+y-1 = 0 и x−3y+6=0x-3 y+6 = 0 соответственно, а единичной точкой точка (−1,0)(-1,0).

?
Задача 480

Через точку плоскости N(2,−3)N(2,-3) провести прямую, отрезок которой между прямыми x+4y+7=0,3x−2y−4=0x+4 y+7 = 0,3 x-2 y-4 = 0 в точке NN делится пополам.

?
Задача 481

Даны точка (0,2)(0,2) пересечения медиан треугольника и уравнения двух его сторон 5x−4y+15=0,4x+y−9=05 x-4 y+15 = 0,4 x+y-9 = 0. Найти уравнение третьей стороны треугольника.

?
Задача 482

Даны уравнения медиан треугольника 4x+5y=0,x−3y=04 x+5 y = 0, x-3 y = 0 и его вершина (2,−5)(2,-5). Составить уравнения сторон треугольника.

?
Задача 483

Найти формулы перехода от косоугольной системы координат OxyO x y на плоскости с координатным углом ω\omega к прямоугольной системе Ox′y′O x^{\prime } y^{\prime }, положительными направлениями осей которой являются биссектрисы первого и второго координатных углов косоугольной системы, при условии, что базисные векторы косоугольной системы имеют единичную длину.

?
Задача 484

Найти формулы перехода от одной косоугольной системы координат OxyO x y с координатным углом ω\omega к другой косоугольной системе Ox′y′O x^{\prime } y^{\prime }, если одноименные оси этих систем взаимно перпендикулярны, а разноименные образуют острые углы и все базисные векторы обеих систем имеют длину 1.

?
Задача 485

Оси прямоугольной системы координат плоскости повернуты вокруг начала отсчета на угол −π/3-\pi / 3. Найти старые координаты точки AA, зная ее координаты (4,−2)(4,-2) в новой системе координат.

?
Задача 486

Задано преобразование прямоугольных координат на плоскости от OxyO x y к O′x′y′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime } :

x=15x′+25y′+1,y=−25x′+15y′−2 x = \frac{1}{\sqrt{5}} x^{\prime }+\frac{2}{\sqrt{5}} y^{\prime }+1, \quad y = -\frac{2}{\sqrt{5}} x^{\prime }+\frac{1}{\sqrt{5}} y^{\prime }-2

Найти формулы обратного перехода от системы O′x′y′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime } к OxyO x y.

?
Задача 487

Рассмотрим композицию двух преобразований прямоугольных координат на плоскости:

?
(1)

первое преобразование — от OxyO x y к O′x′y′:O=O′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime }: O = O^{\prime }; оси координат O′x′O^{\prime } x^{\prime } и O′y′O^{\prime } y^{\prime } получаются из осей OxO x и OyO y соответственно поворотом на угол φ\varphi вокруг OO;

(2)

второе преобразование — от O′x′y′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime } к O′′x′′y′′:O′=O′′O^{\prime \prime } x^{\prime \prime } y^{\prime \prime }: O^{\prime } = O^{\prime \prime }; оси координат O′′x′′O^{\prime \prime } x^{\prime \prime } и O′′y′′O^{\prime \prime } y^{\prime \prime } получаются из осей O′x′O^{\prime } x^{\prime } и O′y′O^{\prime } y^{\prime } соответственно поворотом на угол ψ\psi вокруг O′O^{\prime }.

Написав формулы перехода от системы OxyO x y к O′′x′′y′′O^{\prime \prime } x^{\prime \prime } y^{\prime \prime }, доказать формулы для синуса и косинуса суммы: sin⁡(φ+ψ)\sin (\varphi +\psi ) и cos⁡(φ+ψ)\cos (\varphi +\psi ).

Задача 488

Новая прямоугольная система координат плоскости получена из старой переносом начала в точку O′(4,−3)O^{\prime }(4,-3) и поворотом на такой угол α\alpha, что cos⁡α=−4/5,sin⁡α=3/5\cos \alpha = -4 / 5, \sin \alpha = 3 / 5. Найти новые координаты точки MM, зная ее старые координаты (5,10)(5,10).

?
Задача 489

Начало O′O^{\prime } новой прямоугольной системы O′x′y′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime } на плоскости имеет относительно прямоугольной системы OxyO x y координаты (−3,−2)(-3,-2). Известно также, что cos⁡(Ox,O′x′^)=−45,cos⁡(Ox,O′y′^)=−35\cos \left(\widehat{O x, O^{\prime } x^{\prime }}\right) = -\frac{4}{5}, \cos \left(\widehat{O x, O^{\prime } y^{\prime }}\right) = -\frac{3}{5} и что системы OxyO x y и O′x′y′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime } разной ориентации. Найти выражения старых координат xx и yy через новые координаты x′x^{\prime } и y′y^{\prime }.

?
Задача 490

За единичные векторы первой системы координат пространства приняты три ребра OA→,OB→,OC→\overrightarrow {O A}, \overrightarrow {O B}, \overrightarrow {O C} тетраэдра OABCO A B C, выходящие из одной точки OO, а за единичные векторы второй системы-медианы OD→,OE→,OF→\overrightarrow {O D}, \overrightarrow {O E}, \overrightarrow {O F} граней BOC,COA,AOBB O C, C O A, A O B этого тетраэдра. Найти координаты вершин тетраэдра во второй системе.

?
Задача 491

В пространстве даны две системы координат OxyzO x y z и O′x′y′z′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime } z^{\prime }. Как выражаются друг через друга координаты (x,y,z)(x, y, z) и (x′,y′,z′)\left(x^{\prime }, y^{\prime }, z^{\prime }\right) произвольной точки MM, если начало и базисные векторы второй системы имеют следующие координаты в первой системе Oxyz: O′(−1,3,0),e1′=(1,−1,0),e2′=(2,2,−1),e3′=(−1,1,1)O^{\prime }(-1,3,0), \mathbf{e}_{1}^{\prime } = (1,-1,0), \mathbf{e}_{2}^{\prime } = (2,2,-1), \mathbf{e}_{3}^{\prime } = (-1,1,1)?

?
Задача 492

В пространстве даны две системы координат OxyzO x y z и O′x′y′z′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime } z^{\prime }. Координаты (x,y,z)(x, y, z) и (x′,y′,z′)\left(x^{\prime }, y^{\prime }, z^{\prime }\right) произвольной точки MM относительно этих двух систем связаны между собой следующими формулами перехода:

x=x′+2y′−z′+1,y=y′+2z′−2,z=−y′−z′+1 x = x^{\prime }+2 y^{\prime }-z^{\prime }+1, \quad y = y^{\prime }+2 z^{\prime }-2, \quad z = -y^{\prime }-z^{\prime }+1
?
(1)

Найти координаты начала второй системы и единичных векторов ее осей относительно первой.

(2)

Выразить координаты (x′,y′,z′)\left(x^{\prime }, y^{\prime }, z^{\prime }\right) через координаты (x,y,z)(x, y, z).

(3)

Какие координаты в системе координат Oxyz имеет единичная точка E′E^{\prime } системы координат O′x′y′z′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime } z^{\prime }?

(4)

Написать уравнения координатных плоскостей O′y′z′,O′x′z′O^{\prime } y^{\prime } z^{\prime }, O^{\prime } x^{\prime } z^{\prime } и O′x′y′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime } в системе координат OxyzO x y z.

(5)

Написать уравнение плоскости x−2y+3z+1=0x-2 y+3 z+1 = 0 в системе координат O′x′y′z′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime } z^{\prime }.

(6)

Написать уравнения прямой

x−21=y+2−3=z2 \frac{x-2}{1} = \frac{y+2}{-3} = \frac{z}{2}

в системе координат O′x′y′z′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime } z^{\prime }.

Задача 493

В аффинной системе координат даны уравнения трех пересекающихся в одной точке и не лежащих в одном пучке плоскостей A1x+B1y+C1z+D1=0,A2x+B2y+C2z+D2=0,A3x+B3y+C3z+D3=0A_{1} x+B_{1} y+C_{1} z+D_{1} = 0, A_{2} x+B_{2} y+C_{2} z+D_{2} = 0, A_{3} x+B_{3} y + C_{3} z+D_{3} = 0 и точка E(x0,y0,z0)E(x_{0}, y_{0}, z_{0}), не лежащая ни на одной из этих плоскостей. Принимая эти плоскости соответственно за координатные плоскости O′y′z′,O′x′z′,O′x′y′O^{\prime } y^{\prime } z^{\prime }, O^{\prime } x^{\prime } z^{\prime }, O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime }, найти формулы, выражающие координаты (x′,y′,z′)(x^{\prime }, y^{\prime }, z^{\prime }) произвольной точки MM через ее координаты (x,y,z)(x, y, z), если координаты точки EE в системе O′x′y′z′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime } z^{\prime } равны (1,1,1)(1,1,1).

?
Задача 494

В пространстве заданы две прямоугольные системы координат с общим началом: ось O′x′O^{\prime } x^{\prime } совпадает с осью OzO z, ось O′y′O^{\prime } y^{\prime } с осью OxO x, но имеет противоположное с ней направление, а ось O′z′O^{\prime } z^{\prime } совпадает с осью Оу и тоже имеет противоположное с ней направление. Найти формулы, выражающие координаты (x′,y′,z′)(x^{\prime }, y^{\prime }, z^{\prime }) произвольной точки MM через координаты (x,y,z)(x, y, z).

?
Задача 495

Относительно исходной прямоугольной системы координат пространства направления координатных осей новой прямоугольной системы задаются векторами: ось O′x′O^{\prime } x^{\prime } направлена вдоль вектора (−2,−6,3)(-2,-6,3), ось O′y′O^{\prime } y^{\prime } — вдоль (6,−3,−2)(6,-3,-2), а ось O′z′O^{\prime } z^{\prime } — вдоль (−3,−2,−6)(-3,-2,-6). Начало O′O^{\prime } новой системы координат находится в точке (−2,4,1)(-2,4,1). Найти формулы, выражающие старые координаты (x,y,z)(x, y, z) произвольной точки MM через ее новые координаты (x′,y′,z′)\left(x^{\prime }, y^{\prime }, z^{\prime }\right).

?
Задача 496

Даны две системы координат: Oxyz с углами между осями по 60∘60^{\circ } и Ox′y′z′O x^{\prime } y^{\prime } z^{\prime } с углами между осями по 90∘90^{\circ }, с общим началом OO и одинаковыми по длине базисными векторами. Написать формулы перехода от косоугольной системы координат OxyzO x y z к прямоугольной Ox′y′z′O x^{\prime } y^{\prime } z^{\prime }, если оси OxO x и Ox′O x^{\prime } обеих систем совпадают, ось Oy′O y^{\prime } лежит в плоскости OxyO x y и образует с осью Оу угол 30∘30^{\circ }, а лучи, определяющие положительные направления осей OzO z и Oz′O z^{\prime }, лежат по одну сторону от плоскости Oxy.

?
Задача 497

Даны две системы координат Ox1x2x3O x_{1} x_{2} x_{3} и Ox1′x2′x3′O x_{1}^{\prime } x_{2}^{\prime } x_{3}^{\prime } с общим началом OO и одинаковыми по длине базисными векторами по всем осям обеих систем. Косинусы углов между осями первой системы равны соответственно cos⁡(x1Ox2)=ω12,cos⁡(x2Ox3)=ω23,cos⁡(x3Ox1)=ω31\cos \left(x_{1} O x_{2}\right) = \omega_{12}, \cos \left(x_{2} O x_{3}\right) = \omega_{23}, \cos \left(x_{3} O x_{1}\right) = \omega_{31}. Косинусы углов между осями первой и второй систем заданы таблицей

Ox1′O x_{1}^{\prime }Ox2′O x_{2}^{\prime }Ox3′O x_{3}^{\prime }
Ox1O x_{1}α11\alpha _{11}α12\alpha _{12}α13\alpha _{13}
Ox2O x_{2}α21\alpha _{21}α22\alpha _{22}α23\alpha _{23}
Ox3O x_{3}α31\alpha _{31}α32\alpha _{32}α33\alpha _{33}

Написать формулы, связывающие координаты x1,x2,x3x_{1}, x_{2}, x_{3} и x1′,x2′,x3′x_{1}^{\prime }, x_{2}^{\prime }, x_{3}^{\prime } одной и той же точки MM в обеих системах.

?
Задача 498

Найти формулы перехода от одной прямоугольной системы координат OxyzO x y z к другой O′x′y′z′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime } z^{\prime }, если начало второй системы находится в точке O′(1,2,3)O^{\prime }(1,2,3), системы имеют противоположную ориентацию и выполнено следующее:

(Ox,O′x′^)=arccos⁡13,(Ox,O′y′^)=arccos⁡(−23),(Ox,O′z′^)<π2(Oy,O′x′^)=arccos⁡(−23),(Oy,O′y′^)>π2 \begin{gathered} \left(\widehat{O x, O^{\prime } x^{\prime }}\right) = \arccos \frac{1}{3}, \quad \left(\widehat{O x, O^{\prime } y^{\prime }}\right) = \arccos \left(-\frac{2}{3}\right), \quad \left(\widehat{O x, O^{\prime } z^{\prime }}\right) < \frac{\pi }{2} \\ \left(\widehat{O y, O^{\prime } x^{\prime }}\right) = \arccos \left(-\frac{2}{3}\right), \quad \left(\widehat{O y, O^{\prime } y^{\prime }}\right) > \frac{\pi }{2} \end{gathered}
?
Задача 499

Относительно прямоугольной системы координат даны уравнения координатных плоскостей новой системы:

O′y′z′:x+y+z−1=0O′x′z′:2x−y−z+1=0O′x′y′:y−z−3=0 \begin{aligned} & O^{\prime } y^{\prime } z^{\prime }: x+y+z-1 = 0 \\ & O^{\prime } x^{\prime } z^{\prime }: 2 x-y-z+1 = 0 \\ & O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime }: y-z-3 = 0 \end{aligned}

Проверить, что эти плоскости попарно перпендикулярны, и выразить новые прямоугольные координаты произвольной точки MM через её старые координаты при условии, что старое начало OO имеет в новой системе положительные координаты.

?
Задача 500

Относительно прямоугольной системы координат даны координатные плоскости новой системы O′x′y′z′O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime } z^{\prime } :

O′y′z′:2x+2y+z+2=0O′z′x′:x−2y+2z=0O′x′y′:−2x+y+2z+1=0 \begin{aligned} & O^{\prime } y^{\prime } z^{\prime }: 2 x+2 y+z+2 = 0 \\ & O^{\prime } z^{\prime } x^{\prime }: x-2 y+2 z = 0 \\ & O^{\prime } x^{\prime } y^{\prime }:-2 x+y+2 z+1 = 0 \end{aligned}

Проверить, что эти плоскости попарно перпендикулярны, и выразить новые прямоугольные координаты произвольной точки MM через её старые координаты при условии, что точка, имеющая в старой системе координаты (1,−1,−1(1,-1,-1), в новой системе имеет положительные координаты.

?