Система координат и координаты вектора

Рассмотрим случай трехмерного пространства (на плоскости все построения аналогичны). Фиксируем некоторую точку и возьмем произвольную точку . Радиус-вектором точки по отношению к точке называется вектор .

Если в пространстве выбран базис, то вектор раскладывается по этому базису. Таким образом точке можно сопоставить упорядоченную тройку чисел -- координаты ее радиус-вектора.

Определение 10.17 Декартовой системой координат в пространстве называется совокупность точки и базиса.

Точка носит название начала координат; прямые, проходящие через начало координат в направлении базисных векторов, называются осями координат. Первая -- осью абсцисс, вторая -- осью ординат, третья -- осью аппликат. Плоскости, проходящие через оси координат, называют координатными плоскостями.

Определение 10.18 Координаты радиус-вектора точки по отношению к началу координат называются координатами точки в рассматриваемой системе координат.

Первая координата называется абсциссой, вторая -- ординатой, третья -- аппликатой.

Аналогично определяются декартовы координаты на плоскости. Разумеется, точка на плоскости имеет только две координаты -- абсциссу и ординату.

Координаты точки обычно пишут в скобках после буквы, обозначающей точку, например , .

Определение 10.19 Декартова система координат называется прямоугольной, если векторы базиса -- единичные и попарно ортогональные (перпендикулярные) друг другу.

В дальнейшем мы будем использовать лишь декартову прямоугольную систему координат и для краткости будем называть ее просто "система координат".

Единичные попарно ортогональные векторы базиса принято, как правило, обозначать i, j, k.

Определение 10.20 Базис, образованный единичными попарно ортогональными векторами, называют ортонормированным.

На рис. 10.15 показаны два способа изображения точки по ее координатам.

 

Рис.10.15.Построение точки

 

Так как точку пространства мы вынуждены изображать на плоскости, то, пока не указаны линии, связывающие изображение точки с осями координат, установить ее положение в пространстве невозможно! Это показывает рис. 10.16.

 

Рис.10.16.

 

Зная координаты начала и координаты конца вектора, можно определить координаты самого вектора.

Предложение 10.12 Если точки заданы своими координатами , , то .

Доказательство. Очевидно соотношение (рис. 10.17),

 

Рис.10.17.Координаты вектора

 

откуда . Так как, по определению, координаты точки совпадают с координатами ее радиус-вектора, то , . В силу предложений 10.4, 10.5 получим .

Преобразование декартовых координат при параллельном сдвиге осей определяется формулами

, .

Здесь x, y - координаты произвольной точки М плоскости относительно старых осей, x’, y’ - координаты той же точки относительно новых осей, a, b - координаты нового начала O’ относительно старых осей (говорят также, что a - величина сдвига в направлении оси абсцисс, b - величина сдвига в направлении оси ординат).

Преобразование декартовых прямоугольных координат при повороте осей на угол (который надо понимать, как в тригонометрии) определяется формулами

, .

Здесь x, y суть координаты произвольной точки М плоскости относительно старых осей, x’, y’ - координаты той же точки относительно новых осей.

Формулы

,

определяют преобразование координат при параллельном сдвиге системы осей на величину а в направлении Ох, на величину b в направлении Оу и последующем повороте осей на угол . Все указанные формулы соответствуют преобразованию координат при неизменном масштабе. Неизменность масштаба предполагается также в нижеприводимых задачах.