Poncelet egy tételéről

Hasonló dokumentumok
Ellipszis vezérgörbéjű ferde kúp felszínének meghatározásához

A Kepler - problémáról. Megint az interneten találtunk egy szép animációt 1. ábra, amin elgondolkoztunk: Ezt hogyan oldanánk meg? Most erről lesz szó.

Ellipszis átszelése. 1. ábra

Néhány véges trigonometriai összegről. Határozzuk meg az alábbi véges összegek értékét!, ( 1 ) ( 2 )

Egy kinematikai feladathoz

Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

Az elliptikus hengerre írt csavarvonalról

Egy nyíllövéses feladat

A loxodrómáról. Előző írásunkban melynek címe: A Gudermann - függvényről szó esett a Mercator - vetületről,illetve az ezen alapuló térképről 1. ábra.

Egy forgáskúp metszéséről. Egy forgáskúpot az 1. ábra szerint helyeztünk el egy ( OXYZ ) derékszögű koordináta - rendszerben.

Az R forgató mátrix [ 1 ] - beli képleteinek levezetése: I. rész

A kötélsúrlódás képletének egy általánosításáról

Egy mozgástani feladat

Két körhenger általánosabban ( Alkalmazzuk a vektoralgebrát! ) 1. ábra

Forogj! Az [ 1 ] munkában találtunk egy feladatot, ami beindította a HD - készítési folyamatokat. Eredményei alább olvashatók. 1.

Rugalmas láncgörbe alapvető összefüggések és tudnivalók I. rész

A magától becsukódó ajtó működéséről

Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

Végein függesztett rúd egyensúlyi helyzete. Az interneten találtuk az [ 1 ] munkát, benne az alábbi érdekes feladatot 1. ábra. Most erről lesz szó.

Egy geometriai szélsőérték - feladat

Lövés csúzlival. Egy csúzli k merevségű gumival készült. Adjuk meg az ebből kilőtt m tömegű lövedék sebességét, ha a csúzlit L - re húztuk ki!

A Lenz - vektorról. Ha jól emlékszem, először [ 1 ] - ben találkoztam a címbeli fogalommal 1. ábra.

Fa rudak forgatása II.

Fiók ferde betolása. A hűtőszekrényünk ajtajának és kihúzott fiókjának érintkezése ihlette az alábbi feladatot. Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

Kecskerágás már megint

Két naszád legkisebb távolsága. Az [ 1 ] gyűjteményben találtuk az alábbi feladatot és egy megoldását: 1. ábra.

Az elforgatott ellipszisbe írható legnagyobb területű téglalapról

Egy kérdés: merre folyik le az esővíz az úttestről? Ezt a kérdést az után tettük fel magunknak, hogy megláttuk az 1. ábrát.

Egy másik érdekes feladat. A feladat

Szabályos fahengeres keresztmetszet geometriai jellemzőinek meghatározása számítással

Ellipszis perspektivikus képe 2. rész

A hordófelület síkmetszeteiről

Egy általánosabb súrlódásos alapfeladat

w u R. x 2 x w w u 2 u y y l ; x d y r ; x 2 x d d y r ; l 2 r 2 2 x w 2 x d w 2 u 2 d 2 2 u y ; x w u y l ; l r 2 x w 2 x d R d 2 u y ;

A Cassini - görbékről

Egy érdekes statikai - geometriai feladat

Síkbeli csuklós rúdnégyszög egyensúlya

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

A felcsapódó kavicsról. Az interneten találtuk az alábbi, a hajítás témakörébe tartozó érdekes feladatot 1. ábra.

Egy gyakorlati szélsőérték - feladat. 1. ábra forrása: [ 1 ]

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

Ismét a fahengeres keresztmetszetű gerenda témájáról. 1. ábra forrása: [ 1 ]

t, u v. u v t A kúpra írt csavarvonalról I. rész

Csúcsívek rajzolása. Kezdjük egy általános csúcsív rajzolásával! Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

Felső végükön egymásra támaszkodó szarugerendák egyensúlya

Egy kötélstatikai alapfeladat megoldása másként

A gúla ~ projekthez 2. rész

A fák növekedésének egy modelljéről

Henger és kúp metsződő tengelyekkel

A szabályos sokszögek közelítő szerkesztéséhez

Egy kétszeresen aszimmetrikus kontytető főbb geometriai adatainak meghatározásáról

Vonatablakon át. A szabadvezeték alakjának leírása. 1. ábra

Keresztezett pálcák II.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

Egy felszínszámítási feladat a tompaélű fagerendák témaköréből

A merőleges axonometria néhány régi - új összefüggéséről

Érdekes geometriai számítások 10.

Egy újabb térmértani feladat. Az [ 1 ] könyvben az interneten találtuk az alábbi érdekes feladatot is 1. ábra.

A lengőfűrészelésről

A főtengelyproblémához

Egy érdekes nyeregtetőről

Egy érdekes statikai feladat. Az interneten találtuk az [ 1 ] művet, benne az alábbi feladattal.

Ehhez tekintsük a 2. ábrát is! A födém és a fal síkját tekintsük egy - egy koordinátasíknak, így a létra tömegközéppontjának koordinátái: ( 2 )

A véges forgatás vektoráról

A visszacsapó kilincs működéséről

Tető - feladat. Az interneten találtuk az [ 1 ] művet, benne az alábbi feladatot és végeredményeit ld. 1. ábra.

Kosárra dobás I. Egy érdekes feladattal találkoztunk [ 1 ] - ben, ahol ezt szerkesztéssel oldották meg. Most itt számítással oldjuk meg ugyanezt.

Egy általános helyzetű lekerekített sarkú téglalap paraméteres egyenletrendszere. Az egyenletek felírása

1. ábra forrása:

A konfokális és a nem - konfokális ellipszis - seregekről és ortogonális trajektóriáikról

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

Egymásra támaszkodó rudak

Szökőkút - feladat. 1. ábra. A fotók forrása:

Rönk kiemelése a vízből

Egy újabb látószög - feladat

Aszimmetrikus nyeregtető ~ feladat 2.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Érdekes geometriai számítások Téma: A kardáncsukló kinematikai alapegyenletének levezetése gömbháromszögtani alapon

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

Hódmezővásárhelyi Városi Matematikaverseny április 14. A osztályosok feladatainak javítókulcsa

Az eltérő hajlású szarufák és a taréjszelemen kapcsolatáról 1. rész. Eltérő keresztmetszet - magasságú szarufák esete

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Egyenletek, egyenlőtlenségek grafikus megoldása TK. II. kötet 25. old. 3. feladat

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

Kiegészítés a három erő egyensúlyához

A kvadratrixról. Ez azt jelenti, hogy itt a görbe egy mozgástani származtatását vesszük elő 1. ábra. 1. ábra

A ferde tartó megoszló terheléseiről

Függvények Megoldások

A fűrészmozgás kinetikai vizsgálata

Függőleges koncentrált erőkkel csuklóin terhelt csuklós rúdlánc számításához

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Függvények

Fénypont a falon Feladat

Egy variátor - feladat. Az [ 1 ] feladatgyűjteményben találtuk az alábbi feladatot. Most ezt dolgozzuk fel. Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

Egy kinematikai feladat

2) Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét! (3pont)

Egy érdekes mechanikai feladat

1. Ábrázolja az f(x)= x-4 függvényt a [ 2;10 ] intervallumon! (2 pont) 2. Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét!

A Maxwell - kerékről. Maxwell - ingának is nevezik azt a szerkezetet, melyről most lesz szó. Ehhez tekintsük az 1. ábrát is!

függvény grafikonja milyen transzformációkkal származtatható az f0 : R R, f0(

Átírás:

1 Poncelet egy tételéről Már régebben találkoztunk az [ 1 ] műben egy problémával, mostanában pedig a [ 2 ] műben a megoldásával. A probléma lényege: határozzuk meg a egyenletben szereplő α, β együtthatókat, úgy, hogy az elkövetett hiba valamely értelemben a lehető legkisebb legyen! Az eredeti [ 3 ] mű után [ 2 ] - ben is tárgyalják e kérdéskört, mi is eszerint indítunk. A Statikában a súrlódással kapcsolatos témáknál is felmerül a vizsgálandó kérdés: a P és Q egymásra merőleges erők R eredője nagyságának szerinti közelítő meghatározása. A számítás [ 2 ] szerint az alábbi. ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) Most ( 2 ) jobb oldala ( 3 ) - mal is: ( 4 ) vagyis ( 3 ) és ( 4 ) szerint: innen: ( 1 ) adódik. Az ( 1 ) szerinti közelítés relatív hibája: ( 5 ) Az ( 5 ) függvény grafikonját az 1. ábrán mutatjuk meg, α = 0,960 és β = 0,398 értékekre. Most meghatározzuk az ( 5 ) függvény értékét annak jellegzetes A, B, S pontjaiban: ( 6 ) ( 7 ) Az y C ordináta meghatározásához kell a szélsőérték helye. Ehhez ( 5 ) - öt deriválva:

2 1. ábra ( 8 ) majd a ( 9 ) feltétellel ( 8 ) és ( 9 ) szerint: innen: ( 10 ) Majd ( 5 ) és ( 10 ) szerint: ( 11 ) Most felállítjuk az α és β paraméterek meghatározására szolgáló feltételi egyenleteket. Ezek kimondják, hogy a szélső eltérések nagysága egymással egyenlő legyen, azaz: ( 12 ) Az feltételből, ( 6 ) és ( 7 ) - tel:

3. ( 13 ) Az feltételből, ( 13 ) - mal is: innen: ( 14 ) Számszerűen ( 13 ) és ( 14 ) - gyel: ( 15 ) Az 1. ábra a ( 15 ) szerinti paraméterekkel készült. Most ( 1 ) és ( 15 ) - tel: ( 16 ) Majd ( 2 ) és ( 15 ) - tel: ( 17 ) Megjegyzések: M1. Az 1. ábrán x S, y S értékei sem pontosak. Ennek valószínűleg az az oka, hogy az 1. ábra a paraméterek ( 15 ) szerinti közelítő értékével készült. M2. Jean - Victor Poncelet tételét a ( 16 ) egyenlet fogalmazza meg. Természetesen felvetődik a kérdés, hogy miért volt szükség a ( 16 ) közelítő összefüggés előállítására. A válasz az, hogy a ( 16 ) - ban található négyzetgyökös kifejezéssel való további számítások lényegesen bonyodalmasabbak, mint annak linearizált változatával. M3. A ( 16 ) egyenlet grafikus megjelenítése a 2. ábrán látható.

4 Ugyanis itt az 2. ábra egyenletű kört, valamint az egyenletű egyenest ábrázoltuk, ugyanabban a koordináta - rendszerben. Az eltérés valamilyen értelemben a legkisebb egy adott tartományban. [ 1 ] - ben az áll, hogy ekkor a körív az egyenes szelő - jével helyettesíthető a ( 0, π / 4 ) határok között. Ezt a helyzetet mutatja a 2. ábra. M4. A már többször említett valamilyen értelemben vett közelítésről [ 1 ] azt mondja, hogy itt Csebisev - értelemben vett közelítésről van szó. Ugyanis [ 4 ] - ben az olvasható, hogy elméletileg célszerű a legjobb közelítéstől azt megkövetelni, hogy abban az [a, b ] intervallumban, amelyben f( x ) közelítését elő kellene állítanunk egy φ( x ) közelítő függ - vénnyel, az f(x) φ(x) eltérés maximuma a φ(x) közelítő függvény más megválasz - tásához képest a lehető legkisebb legyen. Az ilyen egyenletes közelítések elméletét je - lentékeny részben P. L. Csebisev dolgozta ki. M5. A ( 17 ) közelítést indokolhatja a statikai, súrlódásos feladatokban az a tény is, hogy a súrlódási tényező értéke nagy bizonytalansággal terhelt lehet. Ez azt is jelenti, hogy kár sok energiát pazarolni a pontos számításra, ha annak bizonyos adatai igencsak pontatla - nok lehetnek, ahogyan ezzel a pontos végeredmény is. M6. A [ 4 ] műben azt olvashatjuk, hogy az egyenletes közelítés gyakorlati megvalósítása sok esetben nehéz. Ámde viszonylag egyszerű a legkisebb négyzetek módszere szerinti

5 közelítés. Ezt most elvégezzük a fenti feladat esetére. Annál is inkább, mert az [ 5 ] mun - kában szinte teljesen kidolgozták e feladatot. A feladat: Állítsuk elő közelítőleg az szerint a függvényt a legkisebb négyzetek módszere alakban, az x = 0 és x = 1 határok között! A megoldás: Az eljárás célja: az a és b paraméterek alkalmas megválasztásával biztosítani, hogy az ( 18 ) integrál a lehető legkisebb értéket vegye fel. A szélsőérték létezésének szükséges feltételei: ( 19 ) Részletezve: ( 20 ) ehhez: ( 21 ) ( 22 ) most ( 20 ), ( 21 ) és ( 22 ) - vel: ( 23 ) Hasonlóan eljárva: ( 24 )

6 Ehhez: ( 25 ) ( 26 ) Majd ( 24 ), ( 25 ), ( 26 ) - tal: ( 27 ) Az a és b paramétereket a ( 23 ) és ( 27 ) egyenletekből álló egyenletrendszer megoldásá - ból kapjuk. Részletezve: ( 28 ) ( 29 ) Tehát: ( 28 / 1 ) ( 29 / 1 ) megoldva a Cramer - szabállyal: ( 30 ) Folytatva: ( 31 )

7 Most ( 28 ), ( 29 ), ( 30 ), ( 31 ) - gyel: ( 32 ) Hasonlóképpen: ( 33 ) Megemlítjük, hogy [ 5 ] - ben egy eléggé pontatlan eredmény található 3. ábra. ( Ügyeljünk az itteni és az ottani közti a ~ b paraméter - cserére! ) Most a keresett közelítő kifejezés: Írjuk ide az eredeti feladatbeli közelítés kifejezését is: ( 34 ) ( 35 ) Látjuk, hogy a legkisebb négyzetek elve szerinti ( 34 ), valamint az egyenletes közelítés elve szerinti ( 35 ) kifejezések nem egyeznek meg egymással. M7. Érdekes fejlemény, hogy [ 5 ] - ben éppen a Poncelet - tételben szereplő közelítés egy rokon feladatát hozták példaként. Ez valószínűleg nem a véletlen műve. M8. A téma szakirodalmában az olvasható, hogy Poncelet volt az első, aki először foglalkozott behatóan az ( 1 ) képlet szerinti problémakörrel. Meglehet, az alkalmazott matematika és a számítástechnika fejlődésével ma már nem annyira fontos egy függvény linearizálása, mint akkoriban, ám Poncelet idézett munkája egy lökést adhatott a kutatók - nak, a közelítések elméletének kidolgozásához. M9. Az M6. - beli számításokhoz a [ 4 ] műből vettük az integrálok kifejezéseit.

8 3. ábra M10. J.-V. Poncelet francia mérnök és matematikus neve jól cseng a geométerek körében is. Egy másik tételéről olvashatunk pl. [ 6 ] - ban. Források: [ 1 ] L. G. Lojcjanszkij ~ A. I. Lurje: Kursz tyeoretyicseszkoj mehanyiki, Tom I. Sztatyika i kinyematyika 8. kiadás, Moszkva, Nauka, 1982., 87. o. [ 2 ] Julius Weisbach: Theoretical Mechanics 4. kiadás, D. Van Nostrand, Publisher, New York, 1875., 341 ~ 343. o. https://archive.org/stream/mechanicsofengin01weis#page/342/mode/2up [ 3 ] J.-V. Poncelet: Traité de mechanique appliqué aux machines Gautier - Villars, Paris, 1874., 412. o. https://archive.org/stream/coursdemcanique02unkngoog#page/n440/mode/1up

9 [ 4 ] I. N. Bronstejn ~ K. A. Szemengyajev: Matematikai zsebkönyv 2. kiadás, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1963., 720. o. [ 5 ] Ja. Sz. Bjezikovics: Közelítő számítások Tankönyvkiadó, Budapest, 1952., 209 ~ 210. o. http://books.e-heritage.ru/book/10074992 [ 6 ] http://db.komal.hu/komalhu/cikk.phtml?id=200078 Sződliget, 2018. 07. 07. Összeállította: Galgóczi Gyula mérnöktanár