7. előadás. Vektorok alkalmazásai



Hasonló dokumentumok
Vektorok összeadása, kivonása, szorzás számmal, koordináták, lineáris függetlenség

Koordináta - geometria I.

Osztályozó és Javító vizsga témakörei matematikából 9. osztály 2. félév

Trigonometria és koordináta geometria

Ha a síkot egyenes vagy görbe vonalakkal feldaraboljuk, akkor síkidomokat kapunk.

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

Vektoralgebrai feladatok

MAGISTER GIMNÁZIUM TANMENET OSZTÁLY

Térgeometria feladatok. 2. Egy négyzetes oszlop magassága háromszor akkora, mint az alapéle, felszíne 504 cm 2. Mekkora a testátlója és a térfogata?

3. KÖRGEOMETRIA Körrel kapcsolatos alapismeretek

Elektronikus tananyag MATEMATIKA 10. osztály II. félév

( ) Schultz János EGYENLŐTLENSÉGEK A HÁROMSZÖG GEOMETRIÁJÁBAN

2011. március 9. Dr. Vincze Szilvia

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

Azonosító jel: Matematika emelt szint

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2011/2012-es tanév első (iskolai) forduló haladók I. kategória

Javítóvizsga témakörei matematika tantárgyból

Analitikus térgeometria

A döntő feladatai. valós számok!

2004. december 1. Irodalom

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

A parabola és az egyenes, a parabola és kör kölcsönös helyzete

MATEMATIKA TANMENET SZAKKÖZÉPISKOLA 12.C ÉS 13.B OSZTÁLY HETI 4 ÓRA 31 HÉT/ ÖSSZ 124 ÓRA

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Trigonometria

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló gimnáziuma) Térgeometria III.

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

Lineáris algebra gyakorlat

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny. MATEMATIKA III. KATEGÓRIA (a speciális tanterv szerint haladó gimnazisták)

Emelt szintű érettségi feladatsorok és megoldásaik Összeállította: Szászné Simon Judit; dátum: november. I. rész

4. előadás. Vektorok

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

6. modul Egyenesen előre!

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Épületvillamosság laboratórium. Villámvédelemi felfogó-rendszer hatásosságának vizsgálata

Egyenes és sík. Wettl Ferenc Wettl Ferenc () Egyenes és sík / 16

Másodrendű felületek

Lineáris algebra I. Kovács Zoltán. Előadásvázlat (2006. február 22.)

Analízisfeladat-gyűjtemény IV.

A skatulya-elv alkalmazásai

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

MATEMATIKA PRÓBAÉRETTSÉGI MEGOLDÓKULCS EMELT SZINT

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

Egy emelt szintű érettségi feladat kapcsán Ábrahám Gábor, Szeged

Analitikus térgeometria

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

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

2. Halmazelmélet (megoldások)

Geometriai példatár 2.

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Mezei Ildikó-Ilona. Analitikus mértan

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Térgeometria V.

BOLYAI MATEMATIKA CSAPATVERSENY ORSZÁGOS DÖNTŐ SZÓBELI (2012. NOVEMBER 24.) 3. osztály

8. előadás. Kúpszeletek

Megoldások, megoldás ötletek (Jensen-egyenlőtlenség)

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

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

Matematika. Specializáció évfolyam

Ábrahám Gábor A háromszög és a terület Feladatok. Feladatok

Kapitány Benedek AZ IZOPERIMETRIKUS EGYENLŐTLENSÉG. BSc szakdolgozat. Témavezető: Frenkel Péter Algebra és Számelmélet Tanszék

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

Talpponti háromszög és konvergens sorozatok

Matematikai programozás gyakorlatok

Egy irányított szakasz egyértelműen meghatároz egy vektort.

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

MATEMATIKA KOMPETENCIATERÜLET A

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

3. Nevezetes ponthalmazok a síkban és a térben

Analízis elo adások. Vajda István szeptember 24. Neumann János Informatika Kar Óbudai Egyetem. Vajda István (Óbudai Egyetem)

9. előadás. Térbeli koordinátageometria

Operációkutatás. 2. konzultáció: Lineáris programozás (2. rész) Feladattípusok

MATEMATIKA ÍRÁSBELI VIZSGA május 8.

LINEÁRIS ALGEBRA PÉLDATÁR MÉRNÖK INFORMATIKUSOKNAK

Mátrixaritmetika. Tartalom:

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

Lineáris algebra I. Vektorok és szorzataik

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

Pitagorasz tételének általánosítása n-dimenzióra

Széchenyi István Egyetem, 2005

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2011/2012 Matematika I. kategória (SZAKKÖZÉPISKOLA) Döntő. x 3x 2 <

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

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Koordináta-geometria

Lineáris algebra - jegyzet. Kupán Pál

BOLYAI MATEMATIKA CSAPATVERSENY FŐVÁROSI DÖNTŐ SZÓBELI (2005. NOVEMBER 26.) 5. osztály

Egyenes és sík. Wettl Ferenc szeptember 29. Wettl Ferenc () Egyenes és sík szeptember / 15

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

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Lineáris algebra mérnököknek

Gondolkodjunk a fizika segı tse ge vel!

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

MATEMATIKA tankönyvcsaládunkat

Analízis elo adások. Vajda István október 3. Neumann János Informatika Kar Óbudai Egyetem. Vajda István (Óbudai Egyetem)

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA ( SZAKKÖZÉPISKOLA ) Javítási-értékelési útmutató

Lineáris algebra jegyzet

Nemzetközi Magyar Matematikaverseny 2016

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

MBLK12: Relációk és műveletek (levelező) (előadásvázlat) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Méréssel kapcsolt 3. számpélda

PRÓBAÉRETTSÉGI MATEMATIKA május-június SZÓBELI EMELT SZINT. Tanulói példány. Vizsgafejlesztő Központ

A 2011/2012. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának feladatai és megoldásai fizikából. I.

Átírás:

7. előadás Vektorok alkalmazásai

Terület Tétel: Ha egy tetraéder lapjaira merőlegesen olyan kifelé mutató vektorokat állítunk, melyek hossza arányos az adott lap területével, akkor az így kapott 4 vektor összege 0. Bizonyítás: Indítsunk D-ből helyvektorokat. Azt kell megmutatnunk, hogy cxb + bxa + axc + (a-c)x(b-c) = 0, mert a vektoriális szorzat hossza arányos a lap területével.

Terület Elvégezve a zárójel felbontását és alkalmazva az uxv = -vxu azonosságot, rögtön adódik az állítás.

Terület Következmény: Tetszőleges poliéder esetén a kifelé irányított lapterületvektorok összege 0. Fizikus okoskodással: Folyadékban lebegő (nemcsak) poliéder alakú merev testre ható erők összege 0, de ezek az erők éppen az egyes lapokra ható hidrosztatikus nyomóerők, melyek arányosak a lapterülettel.

Terület Tétel: A síkbeli Descartes-féle koordinátarendszer Pi=(xi,yi) pontjai (i=1,2,3) által meghatározott háromszög T előjeles területére: x1 y1 1 2T = x2 y2 1 x3 y3 1

Terület 2 T = P1P2 x P1P3

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

Terület Bizonyítás: s = a + β(b a) + γ(c - a) alakba írható. Már láttuk, hogy ilyen esetben az együtthatók függetlenek a kezdőpont választásától. Legyen S a kezdőpont. Ekkor s = 0, azaz elegendő megmutatni: 0 = (taa + tbb + tcc)/t, 0 = taa + tbb + tcc

Terület Ezt az egyenlőséget vektoriálisan szorozva aval, b-vel, illetve c-vel, majd a kapott három egyenletet összeadva éppen a bizonyítandó állítást kapjuk. 0 x a = ta(a x a)+ tb(b x a) + tc(c x a) 0 = tb(b x a) + tc(c x a)

Terület Az egyes síkrészekhez különböző előjelkombinációk tartoznak.

Térfogat Tétel: A térbeli Descartes-féle koordinátarendszer Pi=(xi,yi, zi) pontjai (i=1,2,3,4) által meghatározott tetraéder V előjeles térfogatára: x1 y1 z1 1 6V = x 2 y 2 z2 1 x3 y3 z3 1 x4 y4 z4 1

Térfogat A tetraéder térfogata a paralelepipedon térfogatának 1/2 x 1/3 = 1/6 része. 6 V = P1P2 P1P3 P1P4

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 = (Vaa + Vbb + Vcc + Vdd)/V

Térfogat Bizonyítás: s = a + β(b a) + γ(c - a) + δ(d a) alakba írható. Már láttuk, hogy ilyen esetben az együtthatók függetlenek a kezdőpont választásától. Legyen S a kezdőpont. Ekkor s = 0, azaz elegendő megmutatni: 0 = (Vaa + Vbb + Vcc + Vdd)/V 0 = Vaa + Vbb + Vcc + Vdd

Térfogat Ezt az egyenlőséget skalárisan szorozva (a x b)vel, (b x c)-vel, (c x a)-val,(a x d)-vel, (b x d)-vel, illetve (c x d)-vel, majd a kapott egyenleteket összeadva éppen a bizonyítandó állítást kapjuk. 0(a x b) = Vaa(a x b) + Vbb(a x b) + Vcc(a x b) + Vdd(a x b) 0 = Vcc(a x b) + Vd d(a x b) = Vccab + Vd dab

Térfogat Most is igaz, hogy a tetraéder lapsíkjai által meghatározott 15 térrész mindegyikéhez más-más előjelkombináció tartozik. Összesen 24 1=15 lehetőség van, hiszen a súlyok összege 1, ezért a négy súly mindegyike egyszerre nem lehet negatív.

Hosszúság A most bizonyított 2-, illetve 3-dimenziós állítások 1-dimenziós megfelelőjét már korábban beláttuk. De ugyanezzel a módszerrel is bizonyíthatjuk: A számegyenes Pi = xi (i=1,2) koordinátájú pontjainak előjeles távolsága: X2 1 X1 1

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 AS S

Hosszúság Bizonyítás: s = a + β(b a) alakba írható. Már láttuk, hogy ilyen esetben az együtthatók függetlenek a kezdőpont választásától. Legyen S a kezdőpont. Ekkor s = 0, azaz elegendő megmutatni: 0 = (SBa + ASb)/AB 0 = SBa + ASb

Hosszúság Ezt az egyenlőséget skalárisan szorozva a-val, illetve b-vel. majd a kapott egyenletet rendezve éppen a bizonyítandó állítást kapjuk. 0a = (SBa + ASb)a 0 = SB a ± AS b SB A B AS S

Súlypont Tulajdonképpen azt számoltuk ki, hogy 2, 3 illetve 4 pontból álló pontrendszer súlyozott súlypontjánál az egyes pontokhoz tartozó súlyokat hogyan határozhatjuk meg.

Gömbháromszögek Pontok: a gömbfelszín pontjai Egyenesek: főkörök Két pont által meghatározott szakasz: az őket összekötő félkörnél nem hosszabb főkörív. Sok hasonlóság, lényeges különbségek az euklidészi síkgeometriával összehasonlítva.

Gömbháromszögek Földrajzi koordináták. Hosszúság és szélesség. Mindkettő szög. Gömbfelszínen a távolságot is érdemes szöggel mérni.

Gömbháromszögek Gömbháromszög: 3 nem egy főkörön lévő pont által meghatározott alakzat. Csúcsok, oldalak, szögek.

Gömbháromszögek Legyenek a gömb középpontjából a gömbháromszög csúcsaiba mutató vektorok a,b és c. Feltehető, hogy jobbrendszert alkotnak. Az ezek által páronként bezárt szögek a gömbháromszög oldalai, a keresztszorzataik által páronként bezárt szögek pedig a gömbháromszög szögeinek kiegászítő szögei.

Gömbháromszögek Az oldalak és a szögek közt az euklidészi geometria szinusz-, illetve koszinusztételéhez hasonló összefüggések vannak. Ezek közül most egyet bizonyítunk: Oldalakra vonatkozó koszinusztétel: Bármely gömbháromszögben a szokásos jelölések esetén cosb = cosa cosc + sina sinc cosβ

Gömbháromszögek Bizonyítás: Alkalmazzuk a múlt héten tanult Lagrange-azonosságot a c=b és d=c speciális esetben: (axb)(bxc) = (ab)(bc) (bb)(ac) Feltehetjük, hogy a gömb sugara egységnyi. Ekkor: (axb)(bxc) = a xb bxc cos(π-β) = sinc sina (-cosβ) = -sinc sina cosβ (ab)(bc) (bb)(ac) = cosc cosa - 1 cosb

Gömbháromszögek Hogyan határozhatjuk meg két város távolságát, ha ismerjük a földrajzi koordinátáikat?

Gömbháromszögek A: egyik város B: északi sark C: másik város Ismerünk két oldalt, AB-t és BC-t, valamint az általuk bezárt szöget. Keressük a harmadik oldalt. A gömb sugara most nem egységnyi, hanem 6378 km.

Gömbháromszögek Budapest: É 47,5º, K 19,1º ; Melbourne: D 37,6º, K 145º cosb = cos(90º- 47,5º) cos(90º+ 37,6º) + sin(90º- 47,5º) sin(90º+ 37,6º) cos(145º-19,1º) = A távolság: 6378 arccos(-0,7560) = 15485 km

5 perc szünet

Analitikus geometria Alakzat egyenlete (egyenletrendszere, egyenlőtlensége, stb): olyan összefüggés a koordináták közt, melyet az alakzat pontjainak koordinátái kielégítenek, más pont koordinátái viszont nem.

Analitikus geometria Az alakzatokat a lehető legegyszerűbb egyenletükkel adjuk meg. X3+XY2+X = 0 helyett X = 0. (Hiszen X3+XY2+X = 0 X = 0, mert X3+XY2+X = (X2+Y2+1)X.) X = 0: pont az egyenesen, egyenes a síkon, sík a térben. X > 0: félegyenes, félsík, féltér

Koordinátageometria a síkon Descartes-féle koordinátarendszerben dolgozunk. A legegyszerűbb alakzatokat fogjuk vizsgálni. Az ezeket leíró egyenletek első-, vagy másodfokúak. Egyenes, kör, kúpszeletek.

Egyenes Hogyan adhatunk meg egy egyenest? 2. Két pontjával. 3. Egy pontjával és az irányával.

Egyenes Két pont által meghatározott egyenes: P1(x1,y1) és P2(x2,y2) pontok összekötő egyenesének egyenlete: X Y 1 x1 y1 1 = 0 x2 y2 1

Egyenes Hiszen a P(x,y) pont pontosan akkor van rajta a P1P2 egyenesen, ha a három pont által meghatározott háromszög területe 0. Ismertebb alak: (x2-x1)(y-y1) = (y2-y1)(x-x1)

Egyenes Tengelymetszeti egyenlet: Ha a tengelyekkel alkotott metszéspontok az egymástól különböző (a,0) és (0,b) pontok, akkor az egyenlet: X/a + Y/b = 1

Egyenes Adott a P0(x0,y0) pont és az egyenessel párhuzamos v = (v1,v2) 0 vektor, egy irányvektor: Vektoregyenlet: p = p0 + tv Paraméteres egyenletrendszer: X = x0 + tv1 Y = y0 + tv2 Irányvektoros egyenlet: v2(x-x0) = v1(y-y0)

Egyenes Adott a P0(x0,y0) pont és az egyenesre merőleges n = (A,B) 0 vektor, egy normálvektor: Vektoregyenlet: n(p - p0) = 0. Normálvektoros egyenlet: AX + BY = Ax0 + By0

Egyenes Adott a P0(x0,y0) pont és az egyenes m meredeksége, vagy iránytangense (m = tgφ): Y - y0 = m(x -x0) Y = mx + b

Egyenes Tétel: Minden AX + BY + C = 0 lineáris egyenlet valamely egyenes egyenlete, ha A és B közül legalább az egyik nem 0. Bizonyítás: Az n = (A,B) 0 vektor egy normálvektor. Feltehető, hogy pl. A 0. ekkor a P0(-C/A,0) ponton átmenő, n normálvektorú egyenes egyenlete éppen AX + BY + C = 0.