Tartalom. Descartes-koordináták. Geometriai értelmezés. Pont. Egyenes. Klár Gergely tremere@elte.hu. 2010/2011. tavaszi félév



Hasonló dokumentumok
Klár Gergely 2010/2011. tavaszi félév

2. Interpolációs görbetervezés

Elektromágneses hullámok - Hullámoptika

MATEMATIKA FELADATGYŰJTEMÉNY

Klasszikus alkalmazások

MATEMATIKA TANMENET SZAKKÖZÉPISKOLA 11.E OSZTÁLY HETI 4 ÓRA 37 HÉT/ ÖSSZ 148 ÓRA

Lineáris programozás. Modellalkotás Grafikus megoldás Feladattípusok Szimplex módszer

COMENIUS ANGOL-MAGYAR KÉT TANÍTÁSI NYELVŰ ÁLTALÁNOS ISKOLA MATEMATIKA TANMENET

2. Halmazelmélet (megoldások)

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

Lineáris algebra - jegyzet. Kupán Pál

Mezei Ildikó-Ilona. Analitikus mértan

Tanmenetjavaslat 5. osztály

Tető nem állandó hajlású szarufákkal

Vetülettani és térképészeti alapismeretek

Lineáris Algebra gyakorlatok

Forgásfelületek származtatása és ábrázolása

Feladatok a koordináta-geometria, egyenesek témaköréhez 11. osztály, középszint

A lineáris programozás 1 A geometriai megoldás

Ady Endre Líceum Nagyvárad XII.C. Matematika Informatika szak ÉRINTVE A GÖRBÉT. Készítette: Szigeti Zsolt. Felkészítő tanár: Báthori Éva.

4. előadás. Vektorok

Kosztolányi József Kovács István Pintér Klára Urbán János Vincze István. tankönyv. Mozaik Kiadó Szeged, 2013

Az aperturaantennák és méréstechnikájuk

Hajder Levente 2018/2019. II. félév

5. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 5. előadás Lineáris függetlenség

Számelméleti feladatok az általános iskolai versenyek tükrében dr. Pintér Ferenc, Nagykanizsa

Bevezetés a játékelméletbe Kétszemélyes zérusösszegű mátrixjáték, optimális stratégia

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

matematikai statisztika október 24.

2. előadás: További gömbi fogalmak

MATEMATIKA GYAKORLÓ FELADATGYŰJTEMÉNY

Bevezetés. Párhuzamos vetítés és tulajdonságai

Hajder Levente 2014/2015. tavaszi félév

Síkbeli egyenesek. 2. Egy egyenes az x = 1 4t, y = 2 + t parméteres egyenletekkel adott. Határozzuk meg

3. Strukturált programok

NYUGAT-MAGYARORSZÁGI EGYETEM Faipari Mérnöki Kar. Mőszaki Mechanika és Tartószerkezetek Intézet. Dr. Hajdu Endre egyetemi docens MECHANIKA I.

Témakörök az osztályozó vizsgához. Matematika

MIKROÖKONÓMIA I. Készítette: K hegyi Gergely és Horn Dániel. Szakmai felel s: K hegyi Gergely június

GYAKORLAT. 1. Elemi logika, matematikai állítások és következtetések, halmazok (lásd EA-ban is; iskolából ismert)

Matematika emelt szintû érettségi témakörök Összeállította: Kovácsné Németh Sarolta (gimnáziumi tanár)

MATEMATIKA évfolyam

MATEMATIKA 9. osztály Segédanyag 4 óra/hét

Ferenczi Dóra. Sorbanállási problémák

Egy emelt szintű érettségi feladat kapcsán Ábrahám Gábor, Szeged

Miskolci Egyetem GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR. Analízis I. példatár. (kidolgozott megoldásokkal) elektronikus feladatgyűjtemény

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Pontszerű test, pontrendszer és merev test egyensúlya és mozgása (Vázlat)

MATEMATIKA ÉVFOLYAM

Valószín ségelmélet házi feladatok

Síkbeli egyenesek Egy egyenes az x = 1 4t, y = 2 + t parméteres egyenletekkel adott. Határozzuk meg

Kúpfogaskerék lefejtése léc-típusú szerszámmal

7. Fogazatok megmunkálása határozott élgeometriájú szerszámokkal

a fizikai (hullám) optika

TARTALOM. Ismétlő tesztek ÚTMUTATÁSOK ÉS EREDMÉNYEK...255

5.10. Exponenciális egyenletek A logaritmus függvény Logaritmusos egyenletek A szinusz függvény

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI VIZSGA ÁLTALÁNOS KÖVETELMÉNYEI

5. Trigonometria. 2 cos 40 cos 20 sin 20. BC kifejezés pontos értéke?

S T A T I K A. Az összeállításban közremûködtek: Dr. Elter Pálné Dr. Kocsis Lászlo Dr. Ágoston György Molnár Zsolt

Elsôfokú egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlôtlenségek

8. előadás EGYÉNI KERESLET

Analízisfeladat-gyűjtemény IV.

Széchenyi István Egyetem, 2005

Determinisztikus folyamatok. Kun Ferenc

4) Az ABCD négyzet oldalvektorai körül a=ab és b=bc. Adja meg az AC és BD vektorokat a és b vektorral kifejezve!

Lineáris algebra 2. Filip Ferdinánd december 7. siva.banki.hu/jegyzetek

A gyakorlatok HF-inak megoldása Az 1. gyakorlat HF-inak megoldása. 1. Tagadások:

Fejezetek a lineáris algebrából PTE-PMMK, Műszaki Informatika Bsc. Dr. Kersner Róbert

Matematikai és matematikai statisztikai alapismeretek

Az osztályozó, javító és különbözeti vizsgák (tanulmányok alatti vizsgák) témakörei matematika tantárgyból

Első sorozat (2000. május 22. du.) 1. Oldjamegavalós számok halmazán a. cos x + sin2 x cos x. +sinx +sin2x =

Diplomamunka. Koczka László

Analitikus térgeometria

I. BEVEZETÉS

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

JANUS PANNONIUS TUDOMÁNYEGYETEM. Schipp Ferenc ANALÍZIS I. Sorozatok és sorok

Dr. Kuczmann Miklós JELEK ÉS RENDSZEREK

Egy irányított szakasz egyértelműen meghatároz egy vektort.

EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

Mikroökonómia szeminárium 2. Konzultáció

3. Konzultáció: Kondenzátorok, tekercsek, RC és RL tagok, bekapcsolási jelenségek (még nagyon Béta-verzió)

EGÉSZTESTSZÁMLÁLÁS. Mérésleírás Nukleáris környezetvédelem gyakorlat környezetmérnök hallgatók számára

Grafika. Egyváltozós függvény grafikonja

Bevezetés a számításelméletbe I. feladatgyűjtemény. Szeszlér Dávid, Wiener Gábor

Nevezetes függvények

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI október 18. EMELT SZINT I.

Fizika belépő kérdések /Földtudományi alapszak I. Évfolyam II. félév/

9. Áramlástechnikai gépek üzemtana

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Topográfia 7. Topográfiai felmérési technológiák I. Mélykúti, Gábor

3. Nevezetes ponthalmazok a síkban és a térben

15.KÚPKEREKEK MEGMUNKÁLÁSA ÉS SZERSZÁMAI

Valószínűségszámítás feladatgyűjtemény

MATEMATIKA I. RÉSZLETES ÉRETTSÉGI VIZSGAKÖVETELMÉNY A) KOMPETENCIÁK

Középszintű érettségi feladatsorok és megoldásaik Összeállította: Pataki János; dátum: november. I. rész

Feladatok és megoldások a 6. heti eladshoz

A Feldmann ~ Sapiro - elv igazolása

Halmazelmélet. 2. fejezet 2-1

Készítette:

Átírás:

Tartalom Pont Számítógépes Grafika Klár Gergely tremere@elte.hu Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar Egyenes Sík Háromszög Gömb 2010/2011. tavaszi félév Descartes-koordináták Geometriai értelmezés A legegyszerűbb és legelterjedtebb megadási módja a tér pontjainak. A tér minden p pontját egy-egyértelműen hozzárendeljük R 3 egy eleméhez. Mivel R 3 a skaláris szorzással vektorteret alkot, tekinthetjük úgy, hogy minden ponthoz a helyvektorát rendeljük hozzá. Így a tér pontjait koordinátáik segítségével egyértelműen megadhatjuk, p = p = (x, y, z) alakban. Adottak x, y, z tengelyek, rajtuk az egységnyi hosszúsággal. Egy p = (a, b, c) koordinátájú pont értelmezése ekkor: Az a pont, amit az origóból az x tengely mentén a egységet lépve, majd az y tengely mentén b egységet lépve, végül a z tengely mentén c egységet lépve kapunk.

Sodrás irány Affin-térbeli koordináták Az affin tér egy olyan vektortér, ami elfelejtette, hogy hol is van a közepe. John Baez Rendbe teszi a pont és a vektor fogalmát: skalár, vektor műveletek mint eddig vektor, vektor műveletek mint eddig pont+vektor pont pont-pont vektor pont+pont nincs értelmezve skalár, pont műveletek nincsenek értelmezve Baricentrikus koordináták Baricentrikus koordináták August Ferdinand Möbius [1827] Legyenek adottak x 1,..., x n vektorok, és a tér egy p pontja. (a 1,..., a n ) nem mind nulla, a p pont baricentrikus koordinátái, ha (a 1 + + a n )p = a 1 x 1 + + a n x n Homogén baricentrikus koordinátákról vagy affin koordinátákról beszélünk, ha a 1 + + a n = 1

Érelmezése Következmények Vegyünk egy háromszöget, x 1, x 2, x 3 csúcsokkal! Helyezzünk a csúcsokba λ 1, λ 2, λ 3 súlyokat! Ekkor a rendszer súlypontja pontosan a λ 1 x 1 + λ 2 x 2 + λ 3 x 3 pont, azaz a (λ 1, λ 2, λ 3 ) (baricentikus) koordinátájú pont. Ha negatív súlyokat is megengedünk, akkor a háromszög síkjának tetszőleges pontja megadható! Ha λ 1 + λ 2 + λ 3 = 1 és 0 λ 1, λ 2, λ 3 1, akkor a koordinátákkal adott pont a -ön lesz! A háromszög mintájára beszélhetünk 3D-s baricentrikus koordinátákról tetraéder segítségével. n dimenzóban n + 1 koordinátára van szükségünk baricentrikus alakban. Ha (a 1,..., a n ) egy pont baricentrikus koordinátái, akkor (ra 1,..., ra n ), r 0 is azok, ezért mindig használhatunk homogén baricentrikus koordinátákat. Homogén koordináták Homogén koordináták Ismét August Ferdinand Möbius [1827] Lehetővé teszik végtelen pontok kezelését véges koordináták segítségével. A projektív tér pontjai írhatók le vele, ami magában foglalja az eukleidészi tér (a sima 3D tér) pontjait. Definició 3D-ben: Legyen (x, y, z) R 3 a háromdimenziós eukleidészi tér egy pontja. Az ennek megfelelő projektív tér beli pont[ok], homogén koordinátá[k]val: [wx, wy, wz, w], w 0 Az origó (0, 0, 0) képe a [0, 0, 0, 1] pont. A projektív tér [x, y, z, 0] pontjait ideális pontoknak nevezzük, és nincs megfelelőjük az eukleidészi térben A [0, 0, 0, 0] pontot nem értelezzük.

Tulajdonságok Klasszikus egyenlete Egy nem ideális [x, y, z, w] pont koordinátái az eukleidészi térben ( x w, y w, z w ), mivel a pont nem ideális, ezért w 0. Minden homogén koordinátás pontra teljesül, hogy [x, y, z, w] = λ[x, y, z, w] = [λx, λy, λz, λw], λ 0 Az előző tulajdonság miatt [x, y, z, 0] = [ x, y, z, 0], azaz végtelen messze menve, a pontosan ellenkező irányba haladva is ugyan oda jutnánk. A vonal szélesség nélküli hosszúság, Eukleidész kb. i.sz. 300 y = mx + b Jó, de nem jó, mert hogyan ábrázoljuk a függőleges, y tengellyel párhuzamos egyeneseket? hogyan használjuk 3D-ben? Parametrikus egyenlete A sugár egyenlete Legyen p 0 az egyenes egy pontja, v pedig az irányvektora, ekkor p = p 0 + t v t R megadja az egyenes összes pontját. Ha csak az egyenes két p 0, p 1 pontját ismerjük, akkor v = p 1 p 0 után az eredeti egyenlet használható. Az egyenlet a dimenziók számától független. A sugár egy félegyenes, amit kezdőpontjával és irányvektorával adhatunk meg. Legyen p 0 a sugár kezdőpontja, v pedig az irányvektora, ekkor p = p 0 + t v t 0 megadja a sugár összes pontját.

Normálvektoros egyenlete Egyenes és sík metszéspontja Legyen p 0 a sík egy pontja, n pedig a normálvektora, ekkor n, p p 0 = 0 akkor és csak akkor teljesül, ha p a síkon fekszik. Legyen p 0 a sík egy pontja, n a normálvektora, Legyen q 0 ez egyenes egy pontja, v az irányvektora. Az egyenes egynlete: p = q 0 + t v A sík egyenlete: n, p p 0 = 0 Egyenes és sík metszéspontja Megadása Behelyettesítve p-t: ha n, v 0. n, q 0 + t v p 0 = 0, n, q 0 + t n, v n, p 0 = 0, t = n, p 0 n, q 0 n, v = n, p 0 q 0, n, v Ha n, v = 0, akkor az egyenes párhuzamos a síkkal, és így vagy nincs metszéspontjuk, vagy az egyenes a síkon fut. Egyértelműen megadható három csúcsával. Ha A, B, C a háromszög csúcsai, akkor a hozzátartozó sík egy pontja A, B, C bármelyike normálvektora n = (C A) (B A) (C A) (B A), ahol a vektoriális szorzást jelöli, és ekkor n egységnyi hosszúságú.

Háromszög és egyenes metszéspontja Pont a háromszögön vizsgálat Először számítsuk ki az egyenes és a háromszög síkjának metszéspontját, ez legyen p (már ha létezik). Legyenek λ 1, λ 2, λ 3 a p pont háromszögön belüli baricentikus koordinátái, úgy hogy p = λ 1 A + λ 2 B + λ 3 C. p akkor, és csak akkor van a -ön belül, ha 0 λ 1, λ 2, λ 3 1. Tudjuk, hogy p = (x, y, z) = λ 1 A + λ 2 B + λ 3 C. Ekkor x =λ 1 A x + λ 2 B x + λ 3 C x y =λ 1 A y + λ 2 B y + λ 3 C y z =λ 1 A z + λ 2 B z + λ 3 C z, ill. λ 1 + λ 2 + λ 3 = 1 λ 3 = 1 λ 1 λ 2 Van három ismeretlenünk (λ-k), és négy egyenletünk. Mi legyen? Vegyük a háromszög 2D vetületét az XY, XZ vagy YZ síkra! A vetülethez egyszerűen elhagyjuk z, y vagy x egyenletét, megfelelően. Pont a háromszögön vizsgálat Pont a háromszögön vizsgálat Azt tengely kell választani, amelyik mentén a legnagyobb a háromszög normálvektorának abszolút értéke. (Így biztos nem fordulhat elő, hogy a háromszög merőleges a síkra, és csak egy szakasz marad belőle!) Pl. legyen a z a válsztott tengely. Ekkor x =λ 1 A x + λ 2 B x + λ 3 C x y =λ 1 A y + λ 2 B y + λ 3 C y Behelyettesítve λ 3 = 1 λ 1 + λ 2 -t, és rendezve: x =λ 1 (A x C x ) + λ 2 (B x C x ) + C x y =λ 1 (A y C y ) + λ 2 (B y C y ) + C y

Pont a háromszögön vizsgálat Egyenlete Rendezve λ 1, λ 2 -re kapjuk: λ 1 = (B y C y )(x C x ) (B x C x )(y C y ) (A x C x )(B y C y ) (B x C x )(A y C y ) λ 2 = (A y C y )(x C x ) (A x C x )(y C y ) (A x C x )(B y C y ) (B x C x )(A y C y ) A nevező csak degenerált hárömszög esetén lehet nulla. p akkor, és csak akkor van a -ön belül, ha 0 λ 1, λ 2, λ 3 1. Az r sugarú, c = (c x, c y, c z ) középpontú kör egyenlete: (x c x ) 2 + (y c y ) 2 + (z c z ) 2 r 2 = 0 Ugyanez skalárszorzattal felírva: p c, p c r 2 = 0, ahol p = (x, y, z). Gömb és egyenes metszéspontja Legyen q 0 ez egyenes egy pontja, v az irányvektora. Ekkor az egyenes egynlete: p = q 0 + t v Behelyettesítve a gömb egyenletébe, kapjuk: q 0 + t v c, q 0 + t v c r 2 = 0 Kifejtve: t 2 v, v + 2t v, q 0 c + q 0 c, q 0 c r 2 = 0 t 2 v, v + 2t v, q 0 c + q 0 c, q 0 c r 2 = 0 Ez másodfokú egyenlet t-re (minden más ismert). Legyen D = (2 v, q 0 c ) 2 4 v, v ( q 0 c, q 0 c r 2 ) Ha D > 0: két megoldás van, az egyenes metszi a gömböt. Ha D = 0: egy megoldás van, az egyenes érinti a gömböt. Ha D < 0: nincs valós megoldás, az egyenes nem metszi a gömböt.