10. előadás. Konvex halmazok

Hasonló dokumentumok
11. előadás. Konvex poliéderek

Geometria 1 normál szint

Geometria 1 normál szint

GEOMETRIA 1, alapszint

5. előadás. Skaláris szorzás

Háromszögek, négyszögek, sokszögek 9. évfolyam

2. ELŐADÁS. Transzformációk Egyszerű alakzatok

Geometria. a. Alapfogalmak: pont, egyenes, vonal, sík, tér (Az alapfogalamakat nem definiáljuk)

17. előadás: Vektorok a térben

3. tétel Térelemek távolsága és szöge. Nevezetes ponthalmazok a síkon és a térben.

Hogyan óvjuk meg értékes festményeinket?

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika 1. estis képzés

3. előadás. Elemi geometria Terület, térfogat

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Geometria 1 összefoglalás o konvex szögek

λ 1 u 1 + λ 2 v 1 + λ 3 w 1 = 0 λ 1 u 2 + λ 2 v 2 + λ 3 w 2 = 0 λ 1 u 3 + λ 2 v 3 + λ 3 w 3 = 0

Vektorgeometria (1) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

FRAKTÁLGEOMETRIA. Példák fraktálokra I. Czirbusz Sándor február 1. Komputeralgebra Tanszék ELTE Informatika Kar

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

1. Halmazok, halmazműveletek. Nevezetes ponthalmazok a síkban és a térben. (x eleme az A halmaznak, x az A halmazhoz tartozik),

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Síkgeometria 12. évfolyam. Szögek, szögpárok és fajtáik

Geometria 1, normálszint

Matematika A1a Analízis

2. tétel Egész számok - Műveletek egész számokkal. feleletvázlat

EGYBEVÁGÓSÁGI TRANSZFORMÁCIÓK TENGELYES TÜKRÖZÉS

Matematika pótvizsga témakörök 9. V

Nagy András. Feladatok a koordináta-geometria, egyenesek témaköréhez 11. osztály 2010.

Bevezetés a síkgeometriába

Egyenes mert nincs se kezdő se végpontja

Síkgeometria. Ponthalmazok

10. Tétel Háromszög. Elnevezések: Háromszög Kerülete: a + b + c Területe: (a * m a )/2; (b * m b )/2; (c * m c )/2

Fraktálok. Klasszikus fraktálpéldák I. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék

Koordináta - geometria I.

Metrikus terek, többváltozós függvények

1. Legyen egy háromszög három oldalának a hossza a, b, c. Bizonyítsuk be, hogy Mikor állhat fenn egyenlőség? Kántor Sándorné, Debrecen

A Fermat-Torricelli pont

Témák: geometria, kombinatorika és valósuínűségszámítás

ANALITIKUS MÉRTAN I. VEKTORALGEBRA. 1. Adott egy ABCD tetraéder. Határozzuk meg az alábbi összegeket: a) AD + BC = BD + AC.

Koordinátageometria. , azaz ( ) a B halmazt pontosan azok a pontok alkotják, amelynek koordinátáira:

1. előadás: Halmazelmélet, számfogalom, teljes

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK EMELT SZINT Koordinátageometria

16. tétel Egybevágósági transzformációk. Konvex sokszögek tulajdonságai, szimmetrikus sokszögek

Halmaz: alapfogalom, bizonyos elemek (matematikai objektumok) Egy halmaz akkor adott, ha minden objektumról eldönthető, hogy

A lineáris programozás alapjai

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Vektorok I.

Koordináta-geometria II.

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2010/2011-es tanév 1. forduló haladók III. kategória

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Geometria III.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Koordináta-geometria feladatok (középszint)

(Solid modeling, Geometric modeling) Testmodell: egy létező vagy elképzelt objektum digitális reprezentációja.

(1 pont) A súlypont képlete miatt

Diszkrét Matematika MSc hallgatók számára. 4. Előadás

Helyvektorok, műveletek, vektorok a koordináta-rendszerben

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2009/2010 Matematika I. kategória (SZAKKÖZÉPISKOLA) 2. forduló feladatainak megoldása

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2012/2013-as tanév 2. forduló haladók II. kategória

Vektorok és koordinátageometria

Diszkrét matematika 2.

Geometria I. Vígh Viktor

9. előadás. Térbeli koordinátageometria

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Fraktálok. Kontrakciók Affin leképezések. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék. TARTALOMJEGYZÉK Kontrakciók Affin transzformációk

Diszkrét matematika II., 8. előadás. Vektorterek

Geometriai alapismeretek

Az Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny tanévi második fordulójának feladatmegoldásai. x 2 sin x cos (2x) < 1 x.

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

Gyakorló feladatok. 2. Matematikai indukcióval bizonyítsuk be, hogy n N : 5 2 4n n (n + 1) 2 n (n + 1) (2n + 1) 6

Ezután az első megoldásban látott gondolatmenettel fejezhetjük be a feladat megoldását. = n(np 1)...(np p+1) (p 1)! ( ) np 1.

Analitikus geometria c. gyakorlat

Ramsey-féle problémák

Feladatok a májusi emelt szintű matematika érettségi példáihoz Hraskó András

Követelmény a 6. évfolyamon félévkor matematikából

Minden matematikai elmélet fogalmak és állítások gyűjteményeként fogható fel. Az

Diszkrét matematika 2.C szakirány

MTB1005 Geometria I előadásvázlat

Analitikus térgeometria

Megoldások. Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma)

Az R halmazt a valós számok halmazának nevezzük, ha teljesíti az alábbi 3 axiómacsoport axiómáit.

Analitikus geometria c. gyakorlat (2018/19-es tanév, 1. félév) 1. feladatsor (Síkbeli koordinátageometria vektorok alkalmazása nélkül)

Fonyó Lajos: A végtelen leszállás módszerének alkalmazása. A végtelen leszállás módszerének alkalmazása a matematika különböző területein

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Vektorok II.

Geometria I. Szilágyi Ibolya. Matematika és Informatika Intézet EKF, Eger április 21.

1. A Hilbert féle axiómarendszer

1. Részcsoportok (1) C + R + Q + Z +. (2) C R Q. (3) Q nem részcsoportja C + -nak, mert más a művelet!

6. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 6. előadás Bázis, dimenzió

(a b)(c d)(e f) = (a b)[(c d) (e f)] = = (a b)[e(cdf) f(cde)] = (abe)(cdf) (abf)(cde)

A GEOMETRIA TÉMAKÖR FELOSZTÁSA. Síkgeometria Térgeometria Geometriai mérések Geometriai transzformációk Trigonometria Koordináta-geometria

Lehet hogy igaz, de nem biztos. Biztosan igaz. Lehetetlen. A paralelogrammának van szimmetria-középpontja. b) A trapéznak két szimmetriatengelye van.

Optimalizálási eljárások GYAKORLAT, MSc hallgatók számára. Analízis R d -ben

Mindent olyan egyszerűvé kell tenni, amennyire csak lehet, de nem egyszerűbbé. (Albert Einstein) Halmazok 1

Egybevágósági transzformációk. A geometriai transzformációk olyan függvények, amelyek ponthoz pontot rendelnek hozzá.

Matematika szóbeli érettségi témakörök 2016/2017-es tanév őszi vizsgaidőszak

Mindent olyan egyszerűvé kell tenni, amennyire csak lehet, de nem egyszerűbbé.

Mérhetőség, σ-algebrák, Lebesgue Stieltjes-integrál, véletlen változók és eloszlásfüggvényeik

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Átírás:

10. előadás Konvex halmazok

Konvex halmazok Definíció: A K ponthalmaz konvex, ha bármely két pontjának összekötő szakaszát tartalmazza. Állítás: Konvex halmazok metszete konvex. Konvex halmazok uniója általában nem konvex.

Konvex halmazok Definíció: A H ponthalmaz konvex burka a lehető legszűkebb olyan konvex halmaz, amely tartalmazza H-t. Egy ponthalmaz akkor és csak akkor konvex, ha megegyezik a saját konvex burkával.

Konvex halmazok Tétel: Minden H ponthalmaznak egyértelműen létezik konvex burka. (Ezt conv(h) jelöli.) Bizonyítás: Van H-t tartalmazó konvex halmaz, mert a teljes tér konvex. Megmutatjuk, hogy conv(h) éppen a H-t tartalmazó összes konvex halmaz metszete. Ez a halmaz tartalmazza H-t és konvex is, mert konvexek metszete. A tartalmazásra nézve pedig nyilván a legszűkebb a definíciója miatt.

Konvex halmazok Példák konvex burokra: Két pont konvex burka: összekötő szakaszuk. Három nem kollineáris pont konvex burka: háromszög. Négy nem egysíkú pont konvex burka: tetraéder. Körvonal konvex burka: körlemez. Gömbfelület konvex burka: gömbtest.

Konvex halmazok Korábban láttuk, hogy az AB szakasz, az ABC háromszög és az ABCD tetraéder pontjait a csúcspontok nemnegatív súlyokkal ellátott súlypontjaiként tudjuk előállítani. Ennek általánosításaát fogjuk megnézni.

Hosszúság Tétel: Ha az AB szakasz végpontjaiba mutató helyvektorok a és b, az AB egyenes egy tetszőleges S pontjának helyvektora pedig s, akkor s = (SBa + ASb)/AB SB A B S AS

Terület Tétel: Ha az ABC háromszög csúcsaiba mutató helyvektorok a,b és c, a háromszög síkjában lévő S pont helyvektora pedig s, akkor s = (t a a + t b b + t c c)/t

Térfogat Tétel: Ha az ABCD tetraéder csúcsaiba mutató helyvektorok a,b,c és d, a tér egy tetszőleges S pontjának helyvektora pedig s, akkor s = (V a a + V b b + V c c + V d d)/v

Konvex halmazok Tétel: Ha K konvex halmaz, az A i pontok (i=1,2,,n) K-beliek, a λ i nemnegatív számok összege pedig 1, akkor az A i pontok λ i súlyokkal vett súlypontja is K-beli. Bizonyítás: n-szerinti teljes indukció. Ha n=1,2, akkor nyilvánvaló. Tegyük fel, hogy n=k esetén igaz. Legyen b = λ 1 a 1 + λ 2 a 2 + + λ k a k + λ k+1 a k+1

Konvex halmazok Feltehető, hogy λ k+1 1. Ekkor bevezetve a λ 1 + λ 2 + λ k = λ jelölést, kapjuk, hogy: b = (λ 1 a 1 + λ 2 a 2 + + λ k a k ) + λ k+1 a k+1 = λ(λ 1 /λa 1 + λ 2 /λ a 2 + + λ k /λ a k )+ λ k+1 a k+1. Az indukciós feltevés szerint a zárójelben lévő vektor végpontja K-beli, ezért B is K- beli, mert két K-beli pont összekötő szakaszán van.

Konvex halmazok A tétel megfordítása is igaz: Tétel: Ha egy K ponthalmazból bármely véges sok pontot nemnegatív súlyokkal ellátva a kapott súlyozott pontrendszer súlypontja K-beli, akkor K konvex. Bizonyítás: Ha a két pontból álló pontrendszereket nézzük, akkor a feltételből épp a konvexség definícióját kapjuk vissza.

Konvex halmazok Tétel: Tetszőleges H halmaz esetén conv(h) éppen a nemnegatív súlyokkal ellátott véges H- beli pontrendszerek súlypontjai által alkotott halmaz. Bizonyítás: Legyen S a tételbeli súlypontok halmaza. Meg kell mutatnunk, hogy: 3. S konvex, 4. H benne van S-ben, 5. Minden H-t tartalmazó konvex halmaz tartalmazza S-et.

Konvex halmazok 1. Ha s 1 = λ 1 a 1 + λ 2 a 2 + + λ k a k és s 2 = μ 1 b 1 + μ 2 b 2 + + μ m b m, akkor αs 1 +(1-α)s 2 = α(λ 1 a 1 + λ 2 a 2 + + λ k a k ) + (1-α)(μ 1 b 1 + μ 2 b 2 + + μ m b m ), és α(λ 1 + λ 2 + + λ k ) +(1-α)(μ 1 + μ 2 + + μ m )= α +(1-α) = 1. 2. H pontjai éppen az egyelemű halmazok súlypontjai.

Konvex halmazok 3. Legyen K olyan konvex halmaz, amely tartalmazza H-t. Ekkor S pontjait tekinthetjük K-beli pontrendszerek súlypontjainak is. Ezeket a pontokat viszont K tartalmazza az előző tételünk miatt. Tehát K tartalmazza S-et.

Sokszögek Definiálni szeretnénk a sokszöget. Ez nem is olyan egyszerű:

Sokszögek Definíciók: Töröttvonal: szakaszok egy olyan véges sorozata, melyben minden szakasz végpontja megegyezik a sorozatban utána következő szakasz kezdőpontjával.

Sokszögek T = (A 1 B 1, A 2 B 2,,A n B n ) A i = B i+1 ha i =1,2,,n-1. T zárt, ha A 1 = B n. T egyszerű, ha a benne szereplő szakaszoknak az előírt csatlakozási pontokon kívül nincs más közös pontjuk. A töröttvonal φ i törésszöge az A i B i és A i+1 B i+1 vektorok szöge.

Sokszögek Sokszögvonalnak nevezzük az olyan egyszerű, zárt töröttvonalat, melynek nincs 0º törésszöge. A csatlakozási pontok a sokszögvonal csúcsai, a szakaszok a sokszögvonal oldalai. A csúcsok és az oldalak száma megegyezik.

Sokszögek Jordan felbontási tétele: Bármely T sokszögvonal a sík T-hez nem tartozó pontjait két osztályba sorolja. Két pont pontosan akkor köthető össze T-től diszjunkt töröttvonallal, ha ugyanabban az osztályban van. Az egyik osztály korlátos, a másik nem. A korlátos osztályt T belsejének, a másikat T külsejének nevezzük.

Sokszögek A bizonyítás nehéz. Megtalálható pl.: Strohmajer: A geometria alapjai című jegyzetben.

Sokszögek Definíció: Sokszögnek nevezzük az olyan ponthalmazokat a síkon, melyek egy sokszögvonal és annak belseje egyesítéseként állnak elő. Az n oldalú sokszöget n-szögnek nevezzük. (A definícióból következik, hogy n 3.)

Sokszögek Definíciók: A sokszög csúcsai, illetve oldalai a sokszöget határoló sokszögvonal csúcsai, illetve oldalai. A sokszög átlói a csúcsokat összekötő, az oldalaktól különböző szakaszok. Oldalegyenesek, illetve átlóegyenesek az oldalakat, illetve átlókat tartalmazó egyenesek. (Különböző oldalakhoz tartozhat ugyanaz az oldalegyenes!)

Sokszögek Belső szög: Bármely csúcsnál az ott találkozó két oldal két szögtartományt határoz meg. Ezek közül az egyik nyílik a sokszög belseje felé (azaz tartalmaz pontokat tetszőleges olyan körlapnak a sokszöggel vett metszetéről, melynek középpontja az adott csúcs), a másik pedig nem. Ezt a szöget nevezzük a sokszög adott csúcsnál lévő belső szögének.

SZÜNET

Jövő kedden zh. 16:00-18:00 Bolyai terem

Sokszögek Tétel: Bármely n-szög belső szögeinek összege (n-2) 180º.

Sokszögek Bizonyítás: Háromszögre már láttuk: Konvex n-szög: Egy csúcsból induló átlókkal háromszögekre bontjuk:

Sokszögek Konkáv n-szög: a konkáv szögek száma szerinti indukcióval. n - 3 = n 1 + n 2 Egy új csúcs, összesen +180º szögnövekedés.

Konvex sokszögek A sokszögek közt a konvexeket többféleképp jellemezhetjük. Tétel: Az S sokszögre vonatkozó következő állítások ekvivalensek: 3. S konvex. 4. S bármely oldalegyenese által meghatározott két félsík közül az egyik tartalmazza S-et. 5. Ha egy egyenes nem oldalegyenese S-nek, akkor legfeljebb két S-beli pontot tartalmaz. 6. S tartalmazza mindegyik átlóját. 7. S mindegyik belső szöge kisebb 180º-nál.

Konvex sokszögek Tétel: A síkon bármely véges sok, nem kollineáris pont konvex burka olyan konvex sokszög, melynek csúcsai az adott pontok közül kerülnek ki. Tétel: Ha egy síkbeli korlátos ponthalmaz előáll véges sok olyan zárt félsík metszeteként, melyeknek van közös belső pontjuk, akkor ez a ponthalmaz konvex sokszög.

Konvex sokszög Ezeket a tételeket sem bizonyítjuk. Mindkettőt könnyű kimondani három dimenzióban is, így kapjuk a konvex poliédereket. A poliéder fogalmát is felépíthetnénk a sokszögéhez hasonlóan, ez azonban jóval bonyolultabb eljárárs lenne.

Poliéderek

Poliéderek

Konvex poliéder 1. definíció: Konvex poliédernek nevezzük a térben véges sok, nem egysíkú pont konvex burkát. 2. definíció: Konvex poliédernek nevezzük azokat a térbeli korlátos ponthalmazokat, melyek előállnak véges sok olyan zárt féltér metszeteként, melyeknek van közös pontjuk.