Трехмерная и n-мерная система координат

Двумерная система координат

Точка P имеет координаты (5,2).

Современная Декартова система координат в двух измерениях (также известная под названием прямоугольная система координат) задается двумя осями, расположенными под прямым углом друг к другу. Плоскость, в которой находятся оси, называют иногда xy-плоскости. Горизонтальная ось обозначается как x (ось абсцисс), вертикальная как y (ось ординат). В трехмерном пространстве до двух добавляется третья ось, перпендикулярная xy-плоскости - ось z. Все точки в системе декартовых координат, составляют так называемый Декартов пространство.

Точка пересечения, где оси встречаются, называется началом координат и обозначается как O. Соответственно, ось x может быть обозначена как Ox, а ось y - как Oy. Прямые, проведенные параллельно каждой оси на расстоянии единичного отрезка (единицы измерения длины) начиная с начала координат, формируют координатную сетку.

Точка в двумерной системе координат задается двумя числами, которые определяют расстояние от оси Oy (абсцисса или х-координата) и от оси Ох (ордината или y-координата) соответственно. Таким образом, координаты формируют упорядоченную пару (кортеж) чисел (x, y). В трехмерном пространстве добавляется еще z-координата (расстояние точки от ху-плоскости), и формируется упорядоченная тройка координат (x, y, z).

Выбор букв x, y, z происходит от общего правила наименования неизвестных величин второй половиной латинского алфавита. Буквы первой его половины используются для именования известных величин.

Стрелки на осях отражают то, что они простираются до бесконечности в этом направлении.

Пересечение двух осей создает четыре квадранта на координатной плоскости, которые обозначаются римскими цифрами I, II, III, и IV. Обычно порядок нумерации квадрантов - против часовой стрелки, начиная с правого верхнего (т.е. там, где абсциссы и ординату - положительные числа). Значение, которых приобретают абсциссы и ординаты в каждом квадранте, можно свести в следующую таблицу:

Квадрант	x	y
I	> 0	> 0
II	<0	> 0
III	<0	<0
IV	> 0	<0

Трехмерная и n-мерная система координат

На этом рисунке точка P имеет координаты (5,0,2), а точка Q - координаты (-5, -5,10)

Координаты в трехмерном пространстве формируют тройку (x, y, z).

Координаты x, y, z для трехмерной декартовой системы можно понимать как расстояния от точки до соответствующих плоскостей: yz, xz, и xy.

Трехмерная Декартова система координат является очень популярной, так как соответствует привычным представлениям о пространственных измерения - высоту, ширину и длину (то есть три измерения). Но в зависимости от области применения и особенностей матиматичного аппарата, смысл этих трех осей может быть совсем другим.

Системы координат высших размерностей также применяются (например, 4-мерная система для изображения пространства-времени в специальной теории относительности).

Система декартовых координат в абстрактном n-мерном пространстве является обобщением изложенных выше положений и имеет n осей (по каждой на измерение), что является взаимоперпендикулярных. Соответственно, положение точки в таком пространстве будет определяться кортежем из n координат, или n-кой.

Уравнение прямой в (планиметрия) в каноническом

виде, параметрическом и общем виде.

Эти уравнения называются каноническими уравнениями прямой в пространстве.

x − x 0 l = y − y 0 m = z − z 0 n

(1)

1. От канонических уравнений легко перейти к общим уравнениям прямой, например:

	ì ï ï í ï ï î	x − x 0 l = y − y 0 m y − y 0 m = z − z 0 n

2. Одна или две координаты направляющего вектора прямой

→

a

могут быть равны нулю, это означает, что числитель соответствующей дроби тоже равен нулю.

Если в (1) ввести параметр t

x − x 0 l = y − y 0 m = z − z 0 n = t,

то уравнения прямой можно записать в виде

	ì ï í ï î	x = x 0 + l · t y = y 0 + m · t z = z 0 + n · t

Эти уравнения называются параметрическими уравнениями прямой. Они имеют механический смысл: если параметр t рассматривать как время, а x, y, z — как координаты материальной точки, то параметрические уравнения описывают равномерное прямолинейное движение точки со скоростью

→

v

= { l, m, n }, (x ₀, y ₀, z ₀) —начальное положение точки (при t = 0).