Transzformáció a főtengelyekre és a nem főtengelyekre vonatkoztatott. Az ellipszis a sík azon pontjainak mértani helye, amelyeknek két adott pontól

Hasonló dokumentumok
8. előadás. Kúpszeletek

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

Koordináta geometria III.

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

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

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Koordinátageometria Megoldások

7. előadás: Lineármodulus a vetületi főirányokban és a területi modulus az azimutális vetületeken

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Koordináta-geometria

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Számítógépes Grafika mintafeladatok

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

Miskolci Egyetem GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR. Polárkoordinátás és paraméteres megadású görbék. oktatási segédanyag

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT. Koordináta-geometria

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Koordináta-geometria

Egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlőtlenségek Megoldások

2) A koordinátázott síkban adva van egy E ellipszis, melyet az x2

15. Koordinátageometria

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

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

Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Koordinátageometriai gyakorló feladatok I ( vektorok )

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Trigonometria

Geometria 1 normál szint

Koordináta-geometria II.

25 i, = i, z 1. (x y) + 2i xy 6.1

EGY ABLAK - GEOMETRIAI PROBLÉMA

Érettségi feladatok Koordinátageometria_rendszerezve / 5

Számítógépes Grafika mintafeladatok

Egy mozgástani feladat

9. Trigonometria. I. Nulladik ZH-ban láttuk: 1. Tegye nagyság szerint növekvő sorrendbe az alábbi értékeket! Megoldás:

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

Érettségi feladatok: Koordináta-geometria 1/5

3 m ; a víz sodráé sec. Bizonyítsuk be, hogy a legnagyobb szöge os! α =. 4cos 2

Vektorok és koordinátageometria

A kör. A kör egyenlete

Szélsőérték feladatok megoldása

Keresztmetszet másodrendű nyomatékainak meghatározása

EÖTVÖS LORÁND SZAKKÖZÉP- ÉS SZAKISKOLA TANÍTÁST SEGÍTŐ OKTATÁSI ANYAGOK MÉRÉS TANTÁRGY

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Paraméter

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

Példa: Háromszög síkidom másodrendű nyomatékainak számítása

Optika gyakorlat 2. Geometriai optika: planparalel lemez, prizma, hullámvezető

Síkgeometria 12. évfolyam. Szögek, szögpárok és fajtáik

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

Fizika 1i, 2018 őszi félév, 1. gyakorlat

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

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

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

KIDOLGOZÁSA - MATEMATIKA SZAK - 1. Analitikus mértan térben 2

GBN304G Alkalmazott kartográfia II. gyakorlat

1. feladat Bizonyítsuk be, hogy egy ABCD húrnégyszögben AC BD

egyenletrendszert. Az egyenlő együtthatók módszerét alkalmazhatjuk. sin 2 x = 1 és cosy = 0.

A 2016/2017. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKGIMNÁZIUM, SZAKKÖZÉPISKOLA)

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

Középpontos hasonlóság szerkesztések

Exponenciális és logaritmikus kifejezések Megoldások

15. Koordinátageometria

Határozatlan integrál, primitív függvény

Ellipszis átszelése. 1. ábra

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

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

Utak és környezetük tervezése

Bevezetés az elméleti zikába

Kalkulus S af ar Orsolya F uggv enyek S af ar Orsolya Kalkulus

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

Ellipszissel kapcsolatos képletekről

Feladatok megoldásokkal a harmadik gyakorlathoz (érintési paraméterek, L Hospital szabály, elaszticitás) y = 1 + 2(x 1). y = 2x 1.

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

5. fejezet. Differenciálegyenletek

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

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

2. gyakorlat. A polárkoordináta-rendszer

Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

Optika gyakorlat 1. Fermat-elv, fénytörés, reflexió sík és görbült határfelületen

1. Feladatsor. I. rész

Helyvektorok, műveletek, vektorok a koordináta-rendszerben

A csoport. Statika ZH feladat. Határozza meg az erőrendszer nyomatékát a F pontra! a = 3 m b = 4 m c = 4 m

Koordináta-geometria feladatok (középszint)

Diszkrét Matematika. zöld könyv ): XIII. fejezet: 1583, 1587, 1588, 1590, Matematikai feladatgyűjtemény II. (

Függvények Megoldások

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

2018/2019. Matematika 10.K

8. feladatsor. Kisérettségi feladatsorok matematikából. 8. feladatsor. I. rész

5. előadás. Skaláris szorzás

5 1 6 (2x3 + 4) 7. 4 ( ctg(4x + 2)) + c = 3 4 ctg(4x + 2) + c ] 12 (2x6 + 9) 20 ln(5x4 + 17) + c ch(8x) 20 ln 5x c = 11

Exponenciális és logaritmusos kifejezések, egyenletek

PROJEKTÍV GEOMETRIAI PÉLDATÁR

Az egyenes és a sík analitikus geometriája

Jelölések. GBN304G Alkalmazott kartográfia II. gyakorlat Térképi vetületekkel kapcsolatos feladatok. Unger János. x;y) )?

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

Analitikus geometria c. gyakorlat

Ferde kúp ellipszis metszete

Szélsőérték problémák elemi megoldása II. rész Geometriai szélsőértékek Tuzson Zoltán, Székelyudvarhely

"Flat" rendszerek. definíciók, példák, alkalmazások

10. Koordinátageometria

Az f ( xy, ) függvény y változó szerinti primitív függvénye G( x, f xydy= Gxy + C. Kétváltozós függvény integrálszámítása. Primitívfüggvény.

Matematika II képletek. 1 sin xdx =, cos 2 x dx = sh 2 x dx = 1 + x 2 dx = 1 x. cos xdx =,

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

Átírás:

Ellipsis.tex, February 9, 01 Az ellipszis Az ellipszis leírása Az ellipszis szerkesztése és tulajdonságai Az ellipszis kanonikus egyenlete A kör vetülete ellipszis Az ellipszis polárkoordinátás egyenlete Az ellipszis főtengelyekre vonatkoztatott egyenlete Az ellipszis nem főtengelyekre vonatkoztatott egyenlete Az ellipszis paraméteres egyenlete Transzformáció a főtengelyekre és a nem főtengelyekre vonatkoztatott egyenletek között Az ellipszis leírása Az ellipszis a sík azon pontjainak mértani helye, amelyeknek két adott pontól (a gyujtópontoktól) való távolságösszege állandó (=a). Az adott két pont, F 1 és F az ellipszis gyújtópontjai (fókuszai). A gyujtópontok távolsága a középpontól: c = a b. Az ellipszis valamely pontját a gyújtópontokkal összekötő vezérsugarak (rádiuszvektorok) r 1 és r. Az ellipszis tengelyei egybeesnek a koordinátatengelyekkel. A fókuszok távolságát jelöljük c-vel; F 1 F = c. Ha feltesszük, hogy P pont az ellipszis tetszőlegespontja, akkor a definició szerint r 1 + r állandó. Ez az állandó legyen a, azaz r 1 + r = a c a c. r 1 = y + (c x) és r = y + (c x). Fogalmak és jelölések Fél nagytengely a Fél kistengely b Fókuszok F 1 és F A fókuszok távolsága c Vezérsugarak r 1 és r Az excentritás c/a Az ellipszis szerkesztése és tulajdonságai Az ellipszis szerkesztésének ún. kertészek módszere szerint zsinórból kell egy a + c hosszúságú hurkot késziteni, amelyet ráhelyezünk a két fókoszpontba szúrt gombostűre és egy ceruzával a hurkot feszesen tartva megrajzolhatjuk az ellipszist. 1

Az ellipszis érintője és normálisa felezi az érintési ponthoz tartozó vezérsugarak külső és belső szögét. Az ellipszis bármely pontjához tartozó érintőjére merőleges mindkét vezérsugárral ugyanakkora szöget zár be. Ezek alapján ha az ellipszis belső felülete tükröződik, akkor az egyik fókuszpontból kibocsátott fénysugár az ellipszis felületén úgy tükröződik, hogy a tükröződött fénysugár áthalad a másik fókuszponton. A kör vetülete ellipszis A kör koordinátái: A kör egyenlete: Az ellipszis koordinátái: x = a cos ϕ és y = sin ϕ. x + y = a (cos ϕ + sin ϕ) = a. x = a cos ϕ és b sin ϕ. A merőleges affinitás: λ = b/a, így a kör egyenlete: a cos ϕ + ( a) b sin ϕ = a. b x + ( a ) y = a. b x a + y b = 1. Az ellipszis kanonikus egyenlete (x + c) + y + (x c) + y = a y + (c x) = a y + (c + x) a y + (a + x) = a + xc x (a c ) + a y = a (a c ) b x + a y = a b x a + y b = 1, ahol a az ellipszis félnagytengelye, b pedig a félkistengelye (??. ábra). Az ellipszis területe: abπ, a kerülete pedig: L = π(a + b) [ 1 ( 1) e ( 1 3 ) e 4 4 3 ( 1 3 5 ) e 6 4 6 5...].

10 8 6 4 0 - -4-6 -8-10 -10-8 -6-4 - 0 4 6 8 10 Az ellipsis kanonikus egyenlete 10 8 6 4 0 - -4-6 -8-10 -4-0 4 6 8 10 1 14 Az ellipszis polárkoordinátás egyenlete. 3

Az ellipszis polárkoordinátás egyenlete Minden kúpszelet fokális egyenlete felírható az ξ + η = (eξ + p) formában, ahol x = ξ c és y = η (. ábra). A b = a c kifejezést alkalmazva: η = b a (ξ c) + b. η + ξ = ( c a ξ + b ). a Beírva az excentritást (e = c/a) és az ellipszis paraméterét (p = b /a): η + ξ = (eξ + p). Ezt tovább alakítva megkapjuk a polárkoordinátás alakot: r = (er cos ϕ + p), r = p 1 e cos ϕ. Az ellipszis nem főtengelyre vonatkoztatott egyenlete u = A sin π ( t T r λ + α), v = B sin π ( t T r λ + β), ahol t = π/a és λ = πv/a. u A = sin t π( T r ) ( t cos α + cos π λ T r ) sin α λ v B = sin t π( T r ) ( t cos β + cos π λ T r ) sin β λ u A sin β + v B sin α = sin t π( T r ) sin(α β), λ u A cos β + v B cos α = cos t π( T r ) sin(α β). λ ( u A sin β v B sin α) ( u + A cos β v B cos α) u = A + v uv B AB cos(α β) = sin (α β). Ez egy nem főtengelyre vonatkoztatott ellipszis egyenlete. Ha α β = π/, akkor: u A + v B = 1. 4

10 8 6 4 0 - -4-6 -8-10 -10-8 -6-4 - 0 4 6 8 10 Az ellipszis paraméteres egyenlete. Az ellipszis paraméteres egyenlete x = a cos t és y = sin(t + δ). Az ellipszis érintőjének egyenlete Az ellipszis érintője és normálisa felezi az érintésiponthoz tartozó vezérsugarak külső és Belső szögeit. Az elipszis éríntőjének egyenlete, ha az érintésipont koordinátái (x 0, y 0 ). Az ellipszis érintője és normálisa felezi az érintésiponthoz tartozó vezérsugarak külső, illetve belső szögét. Az A d + B b = C. Az x + y = 1 ellipszis P a b 1 (x 1, y 1 ) és P (x, y ) pontján átmenő ún. szelőegyenes: y y 1 = y y 1 x x 1 (x x 1 ). A P 1 és P pontok koordinátái azonban lielégítik az ellipszis egyenletét is, azaz x 1 a + y 1 b = 1, x a + y b = 1. Ha ennél a két egyenletnél a megfelelő oldalak különbségét vesszük, akkor rendezés után: y 1 y 1 = b (x 1 + x ) x x 1 a (y 1 + y ). alakra jutunk. Ezt behelyettesítve a két ponton áthaladó egyenes egyenletébe y y 1 x x 1 = b (x 1 + x ) a (y 1 + y ) (x x 1) 5

alakban kapjuk a szelő egyenletét. Ha a szelő és az ellipszis két pontja egybe esik, akkor a szelőbiől érintő lesz, melynek egyenlete az előzőből x 1 = x és y 1 = y felhasználva adódik: y y 1 = b x 1 (x x a 1 ) y rendezve és a b -tel osztva xx 1 a + yy 1 = 1. b Az ellipszis M(u, v) középpontú egyenlete: ξ a + η b = 1 a ξ = x u, η = y v helyettesítéssel megkapjuk az ellipszis M(u, v) középpontú egyenlete: (x u) (y v) + = 1 a b (x u)(x 1 u) a + (y v)(y 1 v) b = 1. 6

10 8 6 4 0 - -4-6 -8-10 -10-8 -6-4 - 0 4 6 8 10 Az ellipszis centrális és fokális egyenlete. Az ellipszis centrális és fokális egyenlete x = c + r cos ϕ y = r sin ϕ x a + y b = 1 (c + r cos ϕ) + r sin ϕ = 1 a b b (c + cr cos ϕ + r cos ϕ) + a r sin ϕ = a b sin ϕ = 1 cos ϕ b c + rcb cos ϕ + b r cos ϕ + a r a r cos 6 ϕ = a b b-t és c-t behelyettesítve és a -tel osztva és egyszerűsítve b = a 1 e c = ea (1 e )a e + ae(1 e )r cos ϕ + 1)(1 e )r cos ϕ + r r cos ϕ = a (1 e ) r + [er cos ϕ a(1 e )] = 0 Ezt r-re megoldva: r = ±[er cos ϕ a(1 e )] r = a(1 e ) 1 + e cos ϕ, p = a(1 e ) = b a 7

Figure 1: Rotation in plain r = p 1 + e cos ϕ Transzformáció A derékszögű ξη-koordinátarendszerben az ellipszis főtengelyei a koordinátatengelyekre esnek: ξ a + η b = 1. A ξη-rendszer ψ szöggel van elforgatva az derékszögű xy-koordinatarendszerben: ξ = x cos ψ + y sin ψ η = x sin ψ + y cos ψ Meghatározzuk az ellipszis xy-rendszerbeli adatait. leírása az xy-rendszerben: Az ellipszis paraméteres x = a 1 cos(τ + δ 1 ) y = a cos(τ + δ ) x a 1 = cos(τ + δ 1 ) = (cos τ cos δ 1 sin τ sin δ 1 ) y a = cos(τ + δ ) = (cos τ cos δ sin τ sin δ ). 8

x a 1 sin δ y a sin δ 1 = cos τ sin(δ δ 1 ) x a 1 cos δ y a cos δ 1 = sin τ sin(δ δ 1 ) Négyzetre emelve és összeadva ezt a két egyenletet a következőt kapjuk: ( x a 1 ) + ( y a ) xy a 1 a cos δ = sin δ, ahol δ = δ δ 1. A ξη-rendszerben az ellipszis paraméteres egyenlete: ξ = a cos(τ + δ 0 ) η = ±b sin(τ + δ 0 ), az előjeltöl függően az óramutató járásával egyezően, illetve ellentétesen halad körbe a pont az ellipszisen. a(cos τ cos δ 0 sin τ sin δ 0 ) = ±b(sin τ cos δ 0 + cos τ sin δ 0 ) = a 1 (cos τ cos δ 1 sin τ sin δ 1 ) cos ψ + a (cos τ cos δ sin τ sin δ ) sin ψ a 1 (cos τ cos δ 1 sin τ sin δ 1 ) sin ψ + a (cos τ cos δ sin τ sin δ ) cos ψ Egyenlővé tesszük a cos τ és sin τ együtthatóit: a cos δ 0 = a 1 cos δ 1 cos ψ + a cos δ sin ψ a sin δ 0 = a 1 sin δ 1 cos ψ + a sin δ sin ψ ± b cos δ 0 = a 1 sin δ 1 sin ψ a sin δ cos ψ ± b sin δ 0 = a 1 cos δ 1 sin ψ + a cos δ cos ψ Az első és második egyenletet négyzetre emeljük és összeadjuk: a = a 1 cos ψ + a sin ψ + a 1 a cos ψ sin ψ cos δ, ahol δ = δ δ 1. Hasonlóan a harmadik és negyedik egyenletet négyzetre emelve és összeadva: b = a 1 sin ψ + a cos ψ a 1 a cos ψ sin ψ cos δ. Így a + b = a 1 + a. Az első egyenletet a harmadikkal megszorozva, a másodikat a negyedikkel majd az eredményeket összeadva: ab = a 1 a sin δ. 9

A harmadik egyeletet az elsővel elosztva illetve a negyediket a másodikkal: ± b a = a 1 sin δ 1 sin ψ a sin δ cos ψ a 1 cos δ 1 cos ψ + a cos δ sin ψ = a 1 cos δ 1 sin ψ + a cos δ cos ψ a 1 sin δ 1 cos ψ + a sin δ sin ψ. Ezekből a ψ-re a következőt kapjuk: (a 1 a ) sin ψ = a 1a cos δ cos ψ. Érdemes bevezetni egy α segédszöget (0 α π/). a a 1 = tan α. Azaz Másrészt: tan ψ = a 1a cos δ = a a 1 tan ψ = (tan α) cos δ. tan α 1 tan α cos δ. ab = a 1 a sin δ a + b = a 1 + a ab a + b = a 1a sin δ = tan α cos α sin α sin δ = a 1 + a 1 + tan α cos α + sin α sin δ = ab a + b = a 1a sin δ = (sin α) sin δ. a 1 + a Vezessünk be egy másik segédszöget a χ szöget ( π/4 χ π/4): b a = tan χ. ab a + b = tan χ 1 + tan χ sin χ = (sin α) sin δ. = cos χ sin χ cos χ + sin χ = sin χ. Összegezve: 1) Ismert a 1, a és a fáziskülönbség δ, ekkor meghatározható a, b és ψ a következő formulákkal: a + b = a 1 + a tan ψ = tan(α) cos δ sin χ = (sin α) sin δ tan χ = b a, ( π/4 χ π/4) ) Fordítva, ha a, b és ψ ismert, akkor meghatározható a 1, a és δ. 10

a 1, a és δ a, b és ψ 1) tan ψ = a 1a cos δ a a 1 ψ = 1 arctan ψ. ) ±ab = a 1 a sin δ ±a = a 1a sin δ b a + b = a 1 + a a 1a sin δ b + b = a 1 + a b 4 (a 1 + a )b + a 1a sin δ = 0 b 1, = a 1 + a ± (a 1 + a ) 4a 1a sin δ 3) a = a 1 + a b. 11

a, b and ψ a 1, a and δ 1) a 1 + a = a + b a 1 a sin δ = ±ab a 1 a cos δ = tan ψ a 1 + a a 1 = a + b a a a + b a a sin δ = ±ab a + b a a cos δ = tan ψ a + b a + a (a + b ) a + b a a sin δ = ±ab a + b a a cos δ tan ψ a + b tan δ = tan δ = δ = arctan δ ab tan ψ ±ab (a + b ) tan ψ ) a 1 + a = a + b a 1 a sin δ = ±ab a 1 = ± ab a sin δ a b a sin δ + a = a + b a b + a a sin δ = (a + b )a sin δ a 4 (a + b )a + a b sin δ = 0 a (1) = a + b ± (a + b ) 4a b / sin δ 1

3) a 1 = a + b a. 13

Vector Wave x = A sin π ( t T r λ + α) y = B sin π ( t T r λ + β) x A + y B xy AB cos(α β) = sin (α β). ξ = a cos t η = b sin(t + δ) ξ a + η b = 1. 14

i 15