17. előadás: Vektorok a térben

Hasonló dokumentumok
Matematika A1a Analízis

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

1. Generátorrendszer. Házi feladat (fizikából tudjuk) Ha v és w nem párhuzamos síkvektorok, akkor generátorrendszert alkotnak a sík vektorainak

Vektorok. Wettl Ferenc október 20. Wettl Ferenc Vektorok október / 36

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

Matematika (mesterképzés)

Diszkrét matematika II., 8. előadás. Vektorterek

LINEÁRIS VEKTORTÉR. Kiegészítő anyag. (Bércesné Novák Ágnes előadása) Vektorok függetlensége, függősége

Vektorterek. Több esetben találkozhattunk olyan struktúrával, ahol az. szabadvektorok esetében, vagy a függvények körében, vagy a. vektortér fogalma.

5. előadás. Skaláris szorzás

2. gyakorlat. A polárkoordináta-rendszer

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

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

Vektorok és koordinátageometria

6. előadás. Vektoriális szorzás Vegyesszorzat

1. feladatsor: Vektorterek, lineáris kombináció, mátrixok, determináns (megoldás)

Komplex számok. (a, b) + (c, d) := (a + c, b + d)

LINEÁRIS ALGEBRA. matematika alapszak. Euklideszi terek. SZTE Bolyai Intézet, őszi félév. Euklideszi terek LINEÁRIS ALGEBRA 1 / 40

Budapesti Műszaki Főiskola, Neumann János Informatikai Kar. Vektorok. Fodor János

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

Matematika szigorlat június 17. Neptun kód:

Diszkrét matematika 1. estis képzés

Lineáris algebra mérnököknek

Lineáris algebra mérnököknek

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

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

Lineáris leképezések, mátrixuk, bázistranszformáció. Képtér, magtér, dimenziótétel, rang, invertálhatóság

A gyakorlati jegy

1. A komplex számok ábrázolása

Komplex számok. Wettl Ferenc előadása alapján Wettl Ferenc előadása alapján Komplex számok / 18

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

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

VIK A2 Matematika - BOSCH, Hatvan, 3. Gyakorlati anyag. Mátrix rangja

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

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

1. feladatsor Komplex számok

8. előadás. Kúpszeletek

1. Absztrakt terek 1. (x, y) x + y X és (λ, x) λx X. műveletek értelmezve vannak, és amelyekre teljesülnek a következő axiómák:

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

Halmazelmélet. 1. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Halmazelmélet p. 1/1

Bevezetés az algebrába 1

Lineáris algebra mérnököknek

Vektortér fogalma vektortér lineáris tér x, y x, y x, y, z x, y x + y) y; 7.)

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

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

Koordináta-geometria II.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Érettségi feladatok Koordinátageometria_rendszerezve / 5

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

1. Az euklideszi terek geometriája

Skaláris szorzat: a b cos, ahol α a két vektor által bezárt szög.

1. tétel. 1. Egy derékszögű háromszög egyik szöge 50, a szög melletti befogója 7 cm. Mekkora a háromszög átfogója? (4 pont)

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

Egybevágósági transzformációk

Vektorok összeadása, kivonása, szorzás számmal, koordináták

Absztrakt vektorterek

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

Kalkulus. Komplex számok

VEKTORTEREK I. VEKTORTÉR, ALTÉR, GENERÁTORRENDSZER október 15. Irodalom. További ajánlott feladatok

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

10. előadás. Konvex halmazok

1. feladatsor: Vektorfüggvények deriválása (megoldás)

Érettségi feladatok: Koordináta-geometria 1/5

2. ELŐADÁS. Transzformációk Egyszerű alakzatok

Miért fontos számunkra az előző gyakorlaton tárgyalt lineáris algebrai ismeretek

Analízis előadás és gyakorlat vázlat

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

Valasek Gábor

Exponenciális és logaritmusos kifejezések, egyenletek

O ( 0, 0, 0 ) A ( 4, 0, 0 ) B ( 4, 3, 0 ) C ( 0, 3, 0 ) D ( 4, 0, 5 ) E ( 4, 3, 5 ) F ( 0, 3, 5 ) G ( 0, 0, 5 )

Infobionika ROBOTIKA. X. Előadás. Robot manipulátorok II. Direkt és inverz kinematika. Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében

1. Transzformációk mátrixa

Lengyelné Dr. Szilágyi Szilvia április 7.

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

Diszkrét matematika 1.

Háromszögek, négyszögek, sokszögek 9. évfolyam

1. előadás: Halmazelmélet, számfogalom, teljes

3. Fuzzy aritmetika. Gépi intelligencia I. Fodor János NIMGI1MIEM BMF NIK IMRI

Matematika alapjai; Feladatok

I. Vektorok. Adott A (2; 5) és B ( - 3; 4) pontok. (ld. ábra) A két pont által meghatározott vektor:

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

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

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK EMELT SZINT Koordinátageometria

Trigonometria Megoldások. 1) Igazolja, hogy ha egy háromszög szögeire érvényes az alábbi összefüggés: sin : sin = cos + : cos +, ( ) ( )

1. A komplex számok definíciója

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

1. zárthelyi,

1. Szabadvektorok és analitikus geometria

Lineáris algebra I. Vektorok és szorzataik

1. Homogén lineáris egyenletrendszer megoldástere

Koordinátageometriai gyakorló feladatok I ( vektorok )

Mat. A2 3. gyakorlat 2016/17, második félév

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

Lineáris algebra. =0 iє{1,,n}

Matematika 11. osztály

Átírás:

17. előadás: Vektorok a térben Szabó Szilárd

A vektor fogalma A mai előadásban n 1 tetszőleges egész szám lehet, de az egyszerűség kedvéért a képletek az n = 2 esetben szerepelnek. Vektorok: rendezett (P 1 P 2 ) pontpárok, ahol azonosítjuk a (P 1 P 2 ) és (Q 1 Q 2 ) párokat, amennyiben P 1, P 2, Q 2, Q 1 ebben a sorrendben egy valamilyen irányban körüljárt parallelogramma egymás után következő csúcspontjai. Jelölés P 1 P 2. Minden v vektorhoz és P 1 ponthoz létezik egyetlen olyan P 2 pont, hogy P 1 P 2 = v. P 1 neve: v kezdőpontja, P 2 neve: v végpontja.

Vektorok iránya és hossza Ha a P 1, P 2, P 3 pontok egy egyenesre illeszkednek, és ebben a sorrendben követik rajta egymást, akkor azt mondjuk hogy a P 1 P 2 és P 2 P 3 vektorok egyirányúak, a P 1 P 2 és P 3 P 2 pedig ellentéttes irányúak. Két vektort párhuzamosnak mondunk, ha egyirányúak vagy ellentétes irányúak. A nulla-vektor: 0 = PP. Minden v 0 vektorhoz létezik egymással párhuzamos e egyenesek pontosan egy családja, amelyekkel bármely v = P 1 P 2 reprezentáció esetén a P 1, P 2 pontpárra illeszkedő egyenes párhuzamos. Ezen párhuzamos egyenesek halmazát v irányának nevezzük. A 0 vektornak nem értelmezett az iránya. Egy P 1 P 2 vektor P 1 P 2 hossza a P 1 P 2 szakasz hossza. Tétel Egy v 0 vektort iránya és hossza egyértelműen meghatározza.

Vektorok összeadása Legyenek v 1, v 2 vektorok. Reprezentáljuk v 1 -et tetszőleges P 1 kezdőponttal: v 1 = P 1 P 2 és v 2 -t P 2 kezdőponttal: v 2 = P 2 P 3. Ekkor v 1 és v 2 összege: Álĺıtás Minden a, b, c vektor esetén v 1 + v 2 = P 1 P 3. a + b = b + a, valamint Végül, ( a + b) + c = a + ( b + c). a + 0 = a.

Vektorok szorzása skalárral Legyen v = P 1 P 2 tetszőleges nem 0 vektor és α R skalár. Ha α = 0 akkor legyen 0 v = 0. Tegyük fel, hogy α > 0. Ekkor az α v vektort úgy definiáljuk, hogy ha v = P 1 P 2 egy reprezentáció, akkor legyen α v = P 1 P 3 az egyetlen olyan P 3 pontra, amelyre P 1, P 2, P 3 pontok egy egyenesre illeszkednek, ebben a sorrendben követik rajta egymást, valamint α v = α v. Végül, ha α < 0 és v = P 1 P 2 akkor legyen α v = P 1 P 3 arra a P 3 pontra, amelyre P 3, P 1, P 2 pontok egy egyenesre illeszkednek, ebben a sorrendben követik rajta egymást, valamint α v = α v. Speciális eset: v = ( 1) v.

Műveleti azonosságok Tétel Minden a, b vektor és α, β R esetén teljesülnek a következő tulajdonságok: 0 a = 0 1 a = a (α + β) a = α a + β a (αβ) a = α (β a) a + ( 1) a = 0 α ( a + b) = α a + α b

Vektortér Definíció Egy valós vektortér egy V halmaz, ellátva egy 0 V elemmel, valamint a következő műveletekkel: + : V V V minden α R esetén α : V V, amelyekre teljesülnek a fent felsorolt tulajdonságok.

Vektorok lineáris függetlensége Legyen V egy vektortér és legyenek v 1,..., v n V. Definíció A v 1,..., v n vektorok α 1,..., α n R skalárokra vett lineáris kombinációja a α 1 v 1 + + α n v n vektor. A lineáris kombináció triviális, ha α 1 = = α n = 0. Ellenkező esetben azt mondjuk, hogy a lineáris kombináció nem-triviális. Azt mondjuk, hogy a v 1,..., v n vektorok lineárisan függők, ha létezik olyan nem-triviális lineáris kombinációjuk, amely egyenlő 0-val. Ellenkező esetben azt mondjuk, hogy a v 1,..., v n vektorok lineárisan függetlenek. Megjegyzés Bármely vektorok triviális lineáris kombinációja a 0.

Vektortér generátor-rendszere, bázisa Legyen V egy vektortér és legyenek v 1,..., v n V. Definíció Azt mondjuk, hogy a v 1,..., v n vektorok V egy generátor-rendszerét alkotják, ha bármely v V esetén létezik v 1,..., v n -nek olyan lineáris kombinációja, amely megegyezik v-vel. Azt mondjuk, hogy v 1,..., v n vektorok V egy bázisát alkotják, ha lineárisan függetlenek és generátor-rendszert alkotnak. Amennyiben V -nek létezik véges elemszámú bázisa, akkor egy bázisának (egyértelműen meghatározott) elemszámát V dimenziójának nevezzük. Tétel v 1,..., v n akkor és csak akkor alkot bázist, ha minden v V előáll egyértelműen v 1,..., v n lineáris kombinációjaként.

Bázisra vonatkozó koordináták Legyen V egy vektortér és e 1,..., e n egy bázisa. Definíció Egy tetszőleges v V e 1,..., e n -re vonatkozó koordinátái az egyetlen olyan (v 1,..., v n ) R n, amelyre v = v 1 e 1 + + v n e n. Tétel Legyenek a v, w V koordinátái az e 1,..., e n bázisra nézve rendre (v 1,..., v n ), (w 1,..., w n ) R n. Ekkor, v + w koordinátái ugyanerre a bázisra nézve: (v 1 + w 1,..., v n + w n ). Bármely α R esetén α v koordinátái ugyanerre a bázisra nézve: (αv 1,..., αv n ).

A Descartes-féle derékszögű koordináta-rendszer Az euklideszi sík 2-dimenziós, tehát egy i, j bázisára vonatkozó koordináták segítségével azonosíthatjuk R 2 -vel. Így, R 2 vektorteret alkot. Legyenek (x, y) egy P pont koordinátái i, j-re nézve. Ekkor x neve: P abszcisszája, y neve: P ordinátája. Az O(0, 0) pont: a koordináta-rendszer origója. Általánosabban: minden n 1 esetén R n vektorteret alkot. Legyen P 1 (x 1, y 1 ), P 2 (x 2, y 2 ) két pont. Ekkor P 1 és P 2 egymástól mért távolsága (Pithagorasz): d(p 1, P 2 ) = (x 1 x 2 ) 2 + (y 1 y 2 ) 2. Így i = 1 = j. Megjegyzés A távolság-fogalom nem része a vektortér definíciójának.

Skalár-szorzat vektortéren Legyen V egy vektortér. Definíció Egy skalár-szorzat V -n egy olyan.,. : V V R függvény, amelyre minden α, β R és a, b, c V esetén a, b = b, a α a, β b = αβ a, b a + b, c = a, c + b, c a, a > 0 ha a 0. Példa A szokványos skalár-szorzat V = R n -en: (v 1,..., v n ), (w 1,..., w n ) = v 1 w 1 + + v n w n.

Euklideszi vektortér, hossz, hajlásszög Definíció Egy.,. skalár-szorzattal ellátott V vektorteret euklideszi térnek hívunk. Ha V,.,. euklideszi tér akkor egy v V hossza: Cauchy-egyenlőtlenség: v = v, v. v, w v w. Két v, w V vektor által közbezárt szög az (előjel és 2π egy egész számú többszöröse erejéig) egyetlen olyan ϕ R, amelyre cos(ϕ) = v, w v w. Többek között, v, w merőlegesek egymásra (jelölés: v w), ha ϕ = ± π 2, azaz v, w = 0.

Vektor párhuzamos és merőleges komponense másik egy vektorra nézve Legyen V,.,. euklideszi tér és v 0, w V. Álĺıtás Létezik pontosan egy olyan ( w 0, w 1 ) V 2 vektorpáros, amelyre w = w 0 + w 1, és w 0 párhuzamos v-vel, w 1 pedig merőleges v-re. Bizonyítás Legyen w 0 = v, w v, v v, ekkor nyilván w 0 párhuzamos v-vel. Legyen w 1 = w w 0, akkor v, w 1 = v, w v, w 0 = v, w v, w v, v = 0. v, v

Síkbeli polár-koordináták Egy P(x, y) O pont esetén legyen r = x 2 + y 2 > 0, ϕ R pedig egy olyan szög, amelyre cos(ϕ) = x r, sin(ϕ) = y r. Ekkor ϕ jól meghatározott 2π egy egész számú többszöröse erejéig. (V.ö. a z = x + yi komplex szám trigonometriai alakjával.)