Néhány szó a mátrixokról

Átírás

1 VE 1 Az Néhány szó mátrixokról A : 11 1 m1 1 : m n n : mn tábláztot, hol ij H (i1,,m, j1,,n) H elemeiből képzett m n típusú vlós mátrixnk nevezzük. Továbbá zt mondjuk, hogy A-nk m sor és n oszlop vn, és hogy ij z A i-deik soránk j-edik eleme.

2 VE Az n n típusú mátrixokt n-edrendű kvdrtikus (négyzetes) mátrixoknk nevezzük. Minden kvdrtikus mátrixhoz hozzárendelünk egy vlós számot, mátrix determinánsát. Definíció: másodrendű mátrixok determináns det Péld: 6 4 det

3 VE 3 Definíció: hrmdrendű mátrix determináns (első sor szerinti kifejtéssel) det det det det (-7) - 4 (-5) (- 1) (-15) 1

4 VE 4 R 3, három dimenziós euklideszi tér Vektorlgebr R 3 R R R { (,b,c),b,c R } Ebben részben z R 3 elmeit könnyebb áttekinthetőség érdekében láhúzássl jelöljük

5 VE 5 Definíció: műveletek R 3 -bn Összedás H ( 1,, 3 ) és b (b 1,b,b 3 ), kkor b ( 1 b 1, b, 3 b 3 ) Szorzás számml H ( 1,, 3 ) és t R, kkor t ( t 1, t, t 3 )

6 VE 6 Skláris szorzás H ( 1,, 3 ), b (b 1,b,b 3 ), kkor Péld: <, b > b 1 b 1 b 3 b 3 H (,5,-1), b (4,-3,7), kkor: b 4 5 (-3) (-1) 7-14 Definíció: merőlegesség és b merőlegesek, h b 0

7 VE 7 Péld: Az (,1,-1) és b (4,-3,5) vektorok merőlegesek, mert b 4 1 (-3) (-1) 5 0 Definíció: vektor hossz (normáj) Az ( 1,, 3 ) vektor hossz (normáj): 1 3

8 A vektor geometrii foglm Szbdvektorok Az irányított szkszok hlmzán z eltolás, mint ekvivlenci reláció, áltl generált osztályok VE 8 Helyzetvektorok helyzetvektorok pontok

9 VE 9 Vektor jellemzői: hossz (ngyság): irány helyzetvektor esetén: vontkozttási pont helye A hossz tuljdonsági: Speciális vektorok: 0 ( 0 0 ) λ λ b b nullvektor: 0 egységvektor: v 1

10 VE 10 Műveletek geometrii értelemben vett vektorokkl Definíció: összedás Az összedás tuljdonsági: b b ( b c ) ( b ) c 0 ( - ) 0

11 VE 11 Definíció: szorzás számml A számml vló szorzás tuljdonsági: t ( s ) ( t s ) 1 ( t s ) t s t ( b ) t t b

12 VE 1 Definíció: lineáris kombináció Az 1,,, n vektoroknk t 1, t,, t n számokkl képzett lineáris kombinációj vektor. t 1 1 t t n n

13 VE 13 Definíció: skláris szorzás b b cosα Egy fiziki péld: W F r cosα F r Megjegyzés: és b pontosn kkor merőlegesek, h b 0

14 VE 14 Megjegyzés: A koordinátrendszer és koordinát foglmánk bevezetésekor kiderül, hogy z R 3 hlmz zonosíthtó geometrii vektorokkl, továbbá hogy z előzőekben definiált vektorműveletek vektoroknk egy dott derékszögű koordinátrendszerbeli koordinátáit tekintve egybeesnek z R 3 -beli műveletekkel.

15 VE 15 Vektoriális szorzás Az és b vektorok vektoriális szorztán zt z b-vel jelölt vektort értjük, melyre b b sinα b b (, b, b) jobbsodrású rendszer

16 VE 16 Egy fiziki péld: F q (v B) Vegyes szorzás bc ( b c )

17 VE 17 A vektoriális szorzás tuljdonsági Tétel: b - (b ) ( b) c c b c ( t ) b t ( b) Az és b vektorok pontosn kkor párhuzmosk, h b 0

18 VE 18 Definíció: derékszögű koordinátrendszer H z i, j, k egységvektorok páronként merőlegesek ebben sorrendben jobbsodrású rendszert lkotnk O tér egy rögzített pontj kkor z (O, i, j, k ) négyest derékszögű koordinátrendszernek nevezzük.

19 VE 19 Elnevezések: i, j, k : bázisvektorok { i, j, k } : bázis (ortonormált vektorrendszer) O : koordinátrendszer kezdőpontj

20 VE 0 Tétel: Minden v vektor egyértelműen előállíthtó z i, j, k bázisvektorok lineáris kombinációjként: v v 1 i v j v 3 k Definíció: koordináták A v 1, v, v 3 vektor nevezzük. számokt v koordinátáink

21 VE 1 Megjegyzés: Egy vektor koordinátái különböző koordinátrendszerekben különbözőek! A koordinátrendszer megválsztás befolyásolhtj számítások bonyolultságát:

22 VE Definíció: pont koordinátái Egy pont koordinátáink pontb muttó helyzetvektor koordinátáit nevezzük. P (v 1, v, v 3 ) H dott egy koordinátrendszer, kkor R 3 és geometrii tér pontji (vektori) között kölcsönösen egyértelmű megfeleltetés létesíthető. Ennek lpján geometrii problémák R 3 beli számításokkl megoldhtók ( vektorok koordinátáivl kell számolni )

23 VE 3 Megjegyzés: Skláris szorzás lklmzási A skláris szorzás b b cosα definíciój vektoroknk egy dott derékszögű koordinátrendszerbeli koordinátáit tekintve egybeesik z R 3 -beli skláris szorzássl: h ( 1,, 3 ), b (b 1,b,b 3 ), kkor b 1 b 1 b 3 b 3

24 VE 4 Vektorlgebr Vektorok szögének kiszámítás b b b b b b b b cos α Péld: z (,-4,5) és b (3,1,) vektorok szöge: ) ( 5 1 4) ( 3 b b cos α α 68

25 VE 5 A koordináttengelyre eső merőleges vetület Vetületek hossz ( koordináták ): v 1 v i, v v j, v 3 v k Vetületvektorok: v 1 v 1 i (v i) i v v j (v j) j v 3 v 3 k (v k) k v (v i) i (v j) j (v k) k

26 VE 6 Tetszőleges (irányvektorávl megdott) egyenesre eső merőleges vetület A v vetületének hossz z vl párhuzmos egyenesre vontkozón: d v 0 Vetületvektor: d (v 0 ) 0 Ahol 0 1 z 0 vektorrl egyirányú egységvektor.

27 VE 7 Tétel: vektoriális szorzt kiszámítás koordinátákkl H ( 1,, 3 ), b (b 1,b,b 3 ), kkor b ( b 3-3 b, - 1 b 3 3 b 1, 1 b - b 1 ) Könnyebben megjegyezhető formábn: Emlékeztető: i b det b 1 1 b j k b 3 3 b b sinα b b (, b, b) jobbsodrású rendszer

28 VE 8 Vektorlgebr Péld: Az (4,5,-1) és b (,3,6) vektorok vektoriális szorzt: 6,) (33, k j 6 i 33 k det j det i det k j i det b

29 VE 9 A vektoriális szorzás geometrii lklmzás: háromszög területe Péld: A (1,3,0) B (5,8,-1) C (3,6,6) T b Ekkor (4,5,-1), b (,3,6), így b (33,-6,), T b 1 33 ( 6)

30 VE 30 A vegyes szorzt kiszámítás koordinátákkl bc det b c b c b c Emlékeztető: bc ( b c )

31 A vegyes szorzás geometrii lklmzás: tetréder térfogt VE 31 Péld: A (1,3,0) B (5,8,-1) C (3,6,6) D (-4,-3,0) V bc 6 Ekkor (4,5,-1), b (,3,6), c (-5,-6,0), bc 9 bc det V 1,

32 Egyenes előállítás R R 3 függvénnyel VE 3 Az r 0 helyzetvektor áltl meghtározott ponton átmenő, v irányvektorú egyenest állítj elő következő függvény: r(t) r 0 t v, t R Megjegyzés: A t prméterértékek és z egyenes pontji között kölcsönösen egyértelmű megfeleltetést jelent fenti függvénykpcsolt.

33 VE 33 Legyen r ( x, y, z ), r 0 ( x 0, y 0, z 0 ), v ( v 1, v, v 3 ). Ekkor fenti vektorfüggvény koordinátákr bontv (z egyenes prméteres egyenletrendszere): x(t) x 0 v 1 t y(t) y 0 v t, t R z(t) z 0 v 3 t r 0 v

34 VE 34 Péld: r 0 (,5,3 ), v ( 4,-3,1 ). Ekkor z egyenes: x(t) 4 t y(t) 5 3 t, t R z(t) 3 1 t Az egyenes néhány pontj és hozzá trtozó prméterérték: t 1 0 P 1 (,5,3) t P (10,-1,5) t 3-1 P 3 (-,8,)

35 Sík előállítás R R 3 függvénnyel VE 35 Az r 0 helyzetvektor áltl meghtározott ponton átmenő, z u és v vektorokkl párhuzmos síkot állítj elő következő függvény: r(t,s) r 0 t u s v, (t,s) R

36 VE 36 Legyen r (x,y,z), r 0 (x 0,y 0,z 0 ), u (u 1,u,u 3 ), v (v 1,v,v 3 ). Ekkor fenti vektorfüggvény koordinátákr bontv: x(t,s) x 0 u 1 t v 1 s y(t,s) y 0 u t v s, t,s R z(t,s) z 0 u 3 t v 3 s r 0 u v

37 VE 37 Péld: r 0 (,5,3), u (4,-3,1), v (1,,7). Ekkor sík: x(t,s) 4 t 1 s y(t,s) 5 3 t s, t,s R z(t,s) 3 1 t 7 s A sík néhány pontj és hozzá trtozó prméterérték: (t 1,s 1 ) (0,0) P 1 (,5,3) (t,s ) (1,) P (8,6,18) (t 3,s 3 ) (-1,1) P 3 (-1,10,9)

38 VE 38 Sík normálvektoros előállítás Az r 0 helyzetvektor áltl meghtározott ponton átmenő, z n normálvektorú sík egyenlete: r -r 0, n 0

39 VE 39 Legyen r (x,y,z), r 0 (x 0,y 0,z 0 ), n (A,B,C) Ekkor fenti egyenlet: r -r 0, n 0 (x,y,z) - (x 0, y 0, z 0 ), (A,B,C) 0 (x-x 0, y-y 0, z-z 0 ), (A,B,C) 0 A (x-x 0 ) B (y-y 0 ) C (z-z 0 ) 0 A x B y C z (-A x 0 -B y 0 -C z 0 ) 0 A x B y C z D 0

40 VE 40 A (x-x 0 ) B (y-y 0 ) C (z-z 0 ) 0 formul sík áltlános egyenlete. A változók együtthtói sík egy normálvektoránk koordinátái. Az áltlános egyenletet elosztv n(a,b,c) normálvektor hosszávl sík normál egyenletét kpjuk: (x-x 0 ) b (y-y 0 ) c (z-z 0 ) 0 hol c A A A B C B C C b A B B C C d A D B