Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

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

Ellipszis átszelése. 1. ábra

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

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

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

Fa rudak forgatása II.

Ellipszis vezérgörbéjű ferde kúp felszínének meghatározásához

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

További adalékok a merőleges axonometriához

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

Koordináta-geometria feladatok (középszint)

Az egyenes és a sík analitikus geometriája

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

Vektorgeometria (2) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

A Cassini - görbékről

= Y y 0. = Z z 0. u 1. = Z z 1 z 2 z 1. = Y y 1 y 2 y 1

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

Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

Henger és kúp metsződő tengelyekkel

Az axonometrikus ábrázolás analitikus geometriai egyenleteinek másfajta levezetése. Bevezetés

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Koordináta-geometria

A kör. A kör egyenlete

A merőleges axonometria néhány régi - új összefüggéséről

Érdekes geometriai számítások Téma: Szimmetrikus kontytető tetősíkjai lapszögének meghatározásáról

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT. Koordináta-geometria

Vektorok és koordinátageometria

Fénypont a falon Feladat

Vektorok összeadása, kivonása, szorzás számmal, koordináták

10. Koordinátageometria

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

Koordináta geometria III.

Kiegészítés a merőleges axonometriához

Koordinátageometria Megoldások

Helyvektorok, műveletek, vektorok a koordináta-rendszerben

VEKTOROK. 1. B Legyen a( 3; 2; 4), b( 2; 1; 2), c(3; 4; 5), d(8; 5; 7). (a) 2a 4c + 6d [(30; 10; 30)]

A térbeli mozgás leírásához

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

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

A keresett kör középpontja Ku ( ; v, ) a sugara r = 1. Az adott kör középpontjának koordinátái: K1( 4; 2)

Egy geometriai szélsőérték - feladat

, D(-1; 1). A B csúcs koordinátáit az y = + -. A trapéz BD

Analitikus térgeometria

Érettségi feladatok Koordinátageometria_rendszerezve / 5

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

Aszimmetrikus nyeregtető ~ feladat 2.

A lengőfűrészelésről

Ellipszis perspektivikus képe 2. rész

Függvények Megoldások

Koordináta-geometria feladatgyűjtemény

Kocka perspektivikus ábrázolása. Bevezetés

Érettségi feladatok: Koordináta-geometria 1/5

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

Felső végükön egymásra támaszkodó szarugerendák egyensúlya

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Koordináta-geometria

A magától becsukódó ajtó működéséről

Koordináta-geometria. Fogalom. Jelölés. Tulajdonságok, definíciók

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Rugalmas láncgörbe alapvető összefüggések és tudnivalók I. rész

Geometriai példatár 2.

Lineáris algebra mérnököknek

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

Koordinátageometria. M veletek vektorokkal grakusan. Szent István Egyetem Gépészmérnöki Kar Matematika Tanszék 1

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

A kötélsúrlódás képletének egy általánosításáról

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

Vontatás III. A feladat

A ferde szabadforgácsolásról, ill. a csúszóforgácsolásról ismét

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

A gúla ~ projekthez 2. rész

Hely és elmozdulás - meghatározás távolságméréssel

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

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

Koordináta-geometria alapozó feladatok

Fizika 1i, 2018 őszi félév, 1. gyakorlat

Egy érdekes statikai - geometriai feladat

Klár Gergely 2010/2011. tavaszi félév

Koordinátageometriai gyakorló feladatok I ( vektorok )

Ellipszissel kapcsolatos képletekről

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

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

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 ;

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Oktatási Hivatal. 1 pont. A feltételek alapján felírhatók az. összevonás után az. 1 pont

Egy kinematikai feladat

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2011/2012 Matematika I. kategória (SZAKKÖZÉPISKOLA) 2. forduló - megoldások. 1 pont Ekkor

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

Koordináta-geometria feladatgyűjtemény (A feladatok megoldásai a dokumentum végén találhatók)

Lengyelné Dr. Szilágyi Szilvia április 7.

Poncelet egy tételéről

Az elliptikus hengerre írt csavarvonalról

Egy sajátos ábrázolási feladatról

Koordináta-geometria II.

A hordófelület síkmetszeteiről

9. Írjuk fel annak a síknak az egyenletét, amely átmegy az M 0(1, 2, 3) ponton és. egyenessel;

Érdekes geometriai számítások 9.

Érdekes geometriai számítások 10.

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

Kecskerágás már megint

Az elforgatott ellipszisbe írható legnagyobb területű téglalapról

Átírás:

1 Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása Ehhez tekintsük az 1. ábrát! 1. ábra Itt az ( u, v, w ) tengelymetszeteivel adott S síkot látjuk, az Oxyz térbeli derékszögű koordináta - rendszerben elhelyezve. A tengelymetszeteivel adott általános helyzetű sík egyenlete [ 1 ] : ( 1 ) ahol ( x, y, z ) a sík egy tetszőleges P pontjának koordinátái. Ezután a címbeli feladat megoldása a következők szerinti: ~ az S sík és az egyenletű ( yz ) koordinátasík metszésvonalának egyenlete ( 1 ) és ( a ) - val: ( a ) ( 2 ) ~ az S sík és az egyenletű ( xz ) koordinátasík metszésvonalának egyenlete ( 1 ) és ( b ) - vel: ( b ) ( 3 )

2 ~ az S sík és a egyenletű ( xy ) koordinátasík metszésvonalának egyenlete ( 1 ) és ( c ) - vel: ( c ) ( 4 ) Ezzel a kitűzött feladatunkat már meg is oldottuk. Persze, adja magát a kérdés, hogy bizonyos feltételek fennállása esetén hogyan választandó az ( u, v, w ) számhármas. Most erről lesz szó. Ehhez tekintsük a 2. ábrát is! 2. ábra Itt azt látjuk, hogy az S síkot a D pontján áthaladó d n normálvektorával adtuk meg. A d vektor egyenlete: ( 5 ) ahol az x, y, z tengely menti egységvektorok. Továbbá a 2. ábra alapján a D döfés - pont koordinátái a térbeli polárkoordinátákkal kifejezve: ( 6 / 1 ) ( 6 / 2 ) ( 6 / 3 ) ( 6 / 4 )

3 Most fejezzük ki a tengelymetszeteket a D pont polárkoordinátáival! Ekkor a 2. ábra alapján felírhatjuk, hogy ( 7 / 1 ) ( 7 / 2 ) ( 7 / 3 ) Majd a ( 7 ) egyenletekből átrendezéssel a tengelymetszetek kifejezései: ( 8 / 1 ) ( 8 / 2 ) ( 8 / 3 ) Ezután ismét a ( 7 ) egyenletekből: ( 9 / 1 ) ( 9 / 2 ) ( 9 / 3 ) Most a ( 6 ) és a ( 9 ) képletekkel: ( 10 / 1 ) ( 10 / 2 ) ( 10 / 3 ) Majd a térbeli Pitagorász - tétellel: ( 11 ) ezután pedig a ( 10 ) és ( 11 ) képletekkel: innen: innen pedig:. ( 12 )

4 Ez a képlet képsík origótól mért távolságának a kifejezése a tengelymetszetekkel. Most ( 7 / 1 ) és ( 7 / 2 ) szerint: tehát: ( 13 ) Majd ( 9 / 3 ) - mal: ( 14 ) A ( 11 ), ( 12 ) és ( 13 ) képletek adják meg a kapcsolatokat a tengelymetszetek és a D pont polárkoordinátái közt. Most fogalmazzuk át feladatunkat! Adott: az A ( x A, y A, z A ) ponton áthaladó, n normális egységvektorú S sík. Keresett: az S sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak egyenletei. A szemléletes megoldáshoz tekintsük a 3. ábrát is! 3. ábra

5 Itt azt látjuk, hogy először felvettük az n normálvektor O - n áthaladó egyenesét a szögekkel. Ezután felvettük rajta a D 0 pontot, amellyel OD 0 = 1. Látjuk, hogy az ehhez tartozó S 0 = ( D 01 D 02 D 03 ) sík nem megy át az adott A ponton. Hogy ez bekövetkezzen, a síkot normális egyenesén el kell tolnunk a D pontig. Ennek helyvektorára fennáll, hogy ahol d A = OD. Az A ponton átmenő S = ( D 1 D 2 D 3 ) síkra fennáll, hogy ~ u = u A, v = v A, w = w A ; ~, ami a vektorok skaláris szorzatát felhasználva így fogalmazható meg: ( 15 ) Mivel a 3. ábráról leolvashatóan így ( 15 ) és ( 16 ) szerint: ( 16 ) ( 17 ) ( 17 ) - et kifejtve: innen: tovább alakítva, a skaláris szorzás szabályai szerint: ( 18 ) majd ( 10 ) és ( 18 ) szerint: egyszerűsítve: ( 19 ) Az A ponton átmenő sík tetszőleges P pontjának koordinátái kielégítik a fentiekhez teljesen hasonló módon nyerhető ( 20 ) egyenletet. Most az A ponton átmenő, n a ( 8 ) képletek szerint írhatjuk, hogy normálvektorú sík tengelymetszeteire ( 21 / 1 ) ( 21 / 2 )

6 ( 21 / 3 ) Majd ( 19 ) és ( 21 ) - gyel: innen: ( 22 ) Ezután ( 20 ) és ( 21 ) - gyel: innen: ( 23 ) Most ( 22 ) és ( 23 ) bal oldalainak egyenlőségéből adódik jobb oldalaik egyenlősége: ( 24 ) - et tovább rendezve: innen rendezéssel: innen: ( 24 ). ( 25 ) A ( 25 ) egyenlet az A ponton átmenő, n normálvektorú sík pontjainak egyenlete, vagyis Az S sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak egyenletei ( 20 ) - ból: ~ az S sík és az x = 0 egyenletű ( yz ) koordinátasík metszésvonalának egyenlete: ( 26 / 1 ) ~ az S sík és az y = 0 egyenletű ( xz ) koordinátasík metszésvonalának egyenlete: ( 26 / 2 ) ~ az S sík és a z = 0 egyenletű ( xy ) koordinátasík metszésvonalának egyenlete: ( 26 / 3 ) A kicsit módosított jelölésekkel felírt ( 26 ) egyenletekhez lásd a 4. ábrát is!

7 4. ábra A ( 26 ) egyenletek átrendezésével kapjuk, hogy ( 27 / 1 ) ( 27 / 2 ) ( 27 / 3 ) Most ( 21 / 2 ), ( 21 / 3 ) és ( 27 / 1 ) - gyel: ( 28 / 1 ) majd ( 22 ) és ( 28 / 1 ) - gyel: vagy más alakba írva: tehát: ( 29 / 1 ) Majd ( 21 / 1), ( 21 / 3 ) és ( 27 / 2 ) - vel: ( 28 / 2 ) most ( 22 ) és ( 28 / 2 ) - vel, felhasználva a ( 29 / 1 ) előtti zárójeles kifejezést is: ( 29 / 2 )

8 Ezután ( 21 / 1), ( 21 / 2 ) és ( 27 / 3 ) szerint: ( 28 / 3 ) majd ( 22 ) és ( 28 / 3 ) - mal: vagy más alakba írva: ( 29 / 3 ) A ( 29 ) képletekkel előálltak a keresett függvénykapcsolatok, mint a mondott síkok metszésvonalainak egyenletei. Megjegyzések: M1. A [ 2 ] munkában a 45. oldalon úgy fogalmaznak, hogy A síkot meghatározza egy pont és egy, a síkra merőleges vektor az úgynevezett normálvektor vagy két egymást metsző egyenes, vagy két párhuzamos egyenes, vagy egy pont és egy rá nem illeszkedő egyenes, vagy három nem egy egyenesen levő pont. E meghatározások közül az első a legáltalánosabb, mert erre a többi eset visszavezethető. Ezért is építettük fel számításunkat úgy ( is ), hogy adott a sík meghatározására annak egy A pontja és n d normálvektora. M2. Esetünkben a polárkoordinátákra általában fennáll v. ö. [ 1 ], hogy A d = 0 eset megengedése ( 8 ) szerint az u = v = w következményeket vonja maga után. M3. A d (A) jelöléssel is kifejezésre kívántuk juttatni, hogy ez a vektor nem az A pont, hanem az A ponton átmenő és n normális egységvektorú S síkhoz tartozó D döféspont helyvektora. M4. A ( 19 ) - re vezető számítás egyben az ( 1 ) összefüggés igazolása is.

9 M5. Most alakítsuk tovább a ( 14 ) egyenletet! Ekkor( 12 ) - vel is :, tehát ( 14 / 1 ) Idevéve még a ( 13 ) szerinti ( 13 ) kifejezését is, megállapíthatjuk, hogy a adatpár megadásához nem kell a három tengelymetszet - adat, hanem csak a belőlük képzett két arány; ugyanis ( 13 ) - ban és ( 14 / 1 ) - ben ilyen arányok szerepelnek. Valóban, a két szükséges mennyiség:, hiszen belőlük képezhető a arány is, vagyis ( 13 ) így is írható: ( 13 / 1 ) Viszont ( 12 ) szerint is a d mennyiség megadásához már mind a három tengelymetszeti adatra szükség van. Vagyis az ( u, v, w ) adathármas megadásával nem csak a sík állása, hanem a pontos térbeli helyzete is rögzítve van, ahogyan az a 3. ábráról is leolvasható. M6. A 2. ábrán szemléltetett esetet úgy is felfoghatjuk, hogy az OD = d = konst. sugárral gömböt rajzolunk, melynek az S sík az érintősíkja. A gömb középpontja O, érintési pontja D. Ez az elgondolás segíthet egy felvett geometriai helyzet jobb elképzelésében. M7. A ( 27 ) egyenletek a 4. ábra alapján közvetlenül is felírhatóak. M8. A ( 29 ) egyenletek közvetlenül ( 25 ) - ből is nyerhetők. M9. A ( 25 ) egyenletben elhagyhatjuk a P indexet, mert már nem okozhat félreértést, hogy csak a sík pontjai elégítik ki; x és y felvételével z számítható belőle: ( 25 * ) M 10. A térbeli jellemző szögek közötti további összefüggéseket írhatunk fel 5. ábra.

10 5. ábra Eszerint a normális egységvektor koordinátáira fennáll, hogy Irodalom: [ 1 ] I. N. Bronstejn ~ K. A. Szemengyajev: Matematikai zsebkönyv 2. kiadás, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1963. [ 2 ] Pach Zs. Pálné ~ Frey Tamás: Vektor - és tenzoranalízis Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1960. Sződliget, 2014. 11. 02. Összeállította: Galgóczi Gyula mérnöktanár