Érdekes geometriai számítások Téma: Szimmetrikus kontytető tetősíkjai lapszögének meghatározásáról

Hasonló dokumentumok
Érdekes geometriai számítások 9.

Érdekes geometriai számítások 10.

Egy érdekes nyeregtetőről

Egy újabb térmértani feladat. Az [ 1 ] könyvben az interneten találtuk az alábbi érdekes feladatot is 1. ábra.

Aszimmetrikus nyeregtető ~ feladat 2.

Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

A tűzfalakkal lezárt nyeregtető feladatához

A gúla ~ projekthez 2. rész

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

Az élszarufa és a szelemenek kapcsolódásáról

Ellipszis átszelése. 1. ábra

A gúla ~ projekthez 1. rész

Fa rudak forgatása II.

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

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

Egy sajátos ábrázolási feladatról

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

Síkbeli csuklós rúdnégyszög egyensúlya

A ferde szabadforgácsolásról, ill. a csúszóforgácsolásról ismét

Egy kinematikai feladat

Egy érdekes statikai - geometriai feladat

Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

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

Az eltérő hajlású szarufák és a taréjszelemen kapcsolatáról 1. rész. Eltérő keresztmetszet - magasságú szarufák esete

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 ;

Fénypont a falon Feladat

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

A hordófelület síkmetszeteiről

Végein függesztett rúd egyensúlyi helyzete. Az interneten találtuk az [ 1 ] munkát, benne az alábbi érdekes feladatot 1. ábra. Most erről lesz szó.

Ellipszis vezérgörbéjű ferde kúp felszínének meghatározásához

A merőleges axonometria néhány régi - új összefüggéséről

A szabályos sokszögek közelítő szerkesztéséhez

Egy geometriai szélsőérték - feladat

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

A főtengelyproblémához

Kúp és kúp metsződő tengelyekkel

A manzárdtetőről. 1. ábra Forrás: of_gambrel-roofed_building.

Egy újabb látószög - feladat

Kocka perspektivikus ábrázolása. Bevezetés

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

További adalékok a merőleges axonometriához

Henger és kúp metsződő tengelyekkel

Tető nem állandó hajlású szarufákkal

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

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

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

Az ötszög keresztmetszetű élszarufa keresztmetszeti jellemzőiről

Egy másik érdekes feladat. A feladat

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

Néhány véges trigonometriai összegről. Határozzuk meg az alábbi véges összegek értékét!, ( 1 ) ( 2 )

Felső végükön egymásra támaszkodó szarugerendák egyensúlya

Az elforgatott ellipszisbe írható legnagyobb területű téglalapról

Egy általánosabb súrlódásos alapfeladat

Szög. A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából:

Egy mozgástani feladat

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

Érdekes geometriai számítások 5. Folytatjuk a sorozatot. 5. Téma: Egy fontos szögösszefüggés gömbháromszögtani igazolása

A síkbeli Statika egyensúlyi egyenleteiről

Az ötszög keresztmetszetű élszarufa kis elmozdulásainak számításáról

A véges forgatás vektoráról

A lengőfűrészelésről

A magától becsukódó ajtó működéséről

A térbeli mozgás leírásához

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Gyakorlás: fedélidom - közepelés paralelogramma - szerkesztéssel

5. előadás. Skaláris szorzás

A kör és ellipszis csavarmozgása során keletkező felületekről

Egy kötélstatikai alapfeladat megoldása másként

Ellipszis perspektivikus képe 2. rész

Egy kétszeresen aszimmetrikus kontytető főbb geometriai adatainak meghatározásáról

Koordináta-geometria II.

A Cassini - görbékről

Profilmetsződésekről, avagy tórusz és körhenger áthatásáról

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT. Koordináta-geometria

Az elliptikus hengerre írt csavarvonalról

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Koordináta-geometria

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Kecskerágás már megint

Poncelet egy tételéről

Szabályos fahengeres keresztmetszet geometriai jellemzőinek meghatározása számítással

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Trigonometria

Egy érdekes statikai feladat. Az interneten találtuk az [ 1 ] művet, benne az alábbi feladattal.

Kiegészítés a merőleges axonometriához

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

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

Vektorok és koordinátageometria

A középponti és a kerületi szögek összefüggéséről szaktanároknak

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

Lineáris algebra mérnököknek

Vonatablakon át. A szabadvezeték alakjának leírása. 1. ábra

A kardáncsukló kinematikája I. A szögelfordulások közti kapcsolat skaláris levezetése

A kerekes kútról. A kerekes kút régi víznyerő szerkezet; egy gyakori változata látható az 1. ábrán.

A mandala - tetőről. Ehhez tekintsük az 1. ábrát is! θ = 360/n. 1. ábra [ 6 ].

Összefüggések egy csonkolt hasábra

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

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

Az axonometrikus ábrázolás analitikus geometriai egyenleteinek másfajta levezetése. Bevezetés

Síkgeometria 12. évfolyam. Szögek, szögpárok és fajtáik

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

10. Koordinátageometria

Átírás:

1 Folytatjuk a sorozatot. Érdekes geometriai számítások 9. 9. Téma: Szimmetrikus kontytető tetősíkjai lapszögének meghatározásáról Már több dolgozatunk témája volt két metsződő tetősík közbezárt szögének geometriai szóhasználattal: lapszögének meghatározása, szerkesztéssel és / vagy számítással. Hogy újra elővesszük e témát, annak az az oka, hogy találtunk néhány olyan finomságot, ami ezt indokolja. Most ezeket osztjuk meg az érdeklődő Olvasóval. A régi - új téma az interneten talált [ 1 ] munkában bukkant fel, és erről néhány dolog eszünkbe jutott. A mondott feladat és megoldásának eredetije részben az 1. ábrán látható. ( Az orosz szöveg részletei felnagyítva könnyen olvashatóak és értelmezhetőek. ) 1. ábra [ 1 ]

2 A feladat feldolgozásához tekintsük a 2. ábrát is! 2. ábra Itt két sík lapszögének meghatározására emlékeztetünk. A 2. ábrán élből nézett két sík ϕ hajlásszögét úgy határozzuk meg, hogy vesszük a nor - málisaik hajlásszögét. Az S 1 sík n 1 normálvektora a két sík által közrefogott belső ( kék ) térrész, az S 2 sík n 2 normálvektora pedig a külső ( fehér ) térrész felé mutat. Ekkor a két sík ( itt M pontként megjelenő ) metszésvonala mint forgástengely körül az S 1 síkot az S 2 - be ϕ szöggel beforgatva a normálisok is ϕ szöggel fordulnak el, azaz valóban ϕ szöget zárnak be egymással. Ha nem így irányítjuk a normálisokat, hanem például mindkettő a belső térrész felé mutat, akkor a szemlélet alapján ϕ * = 180 ϕ lesz a közbezárt szögük. Az elemi vektoralgebra tanítása szerint [ 2 ] : ( 1 ) Ha most a 2. ábra jobb oldali részének megfelelően n 2 helyébe ( n 2 ) - t teszünk, akkor ( 1 ) - gyel: ( 2 ) innen ϕ * = 180 ϕ, ( 3 ) egyezésben a szemlélettel. Ezek előrebocsátása után tekintsük a 3. ábrát is! Az ( 1 ) képlet használatához tehát szert kell tennünk a metsződő síkok normálvektoraira. Ezt úgy tesszük, hogy a mondott síkokat kifeszítő két - két vektornak képezzük a vekto - riális szorzatát, úgy, hogy az így előálló normálvektorok megfeleljenek a 2. ábra bal ol - dalán mutatott irányításnak.

3 3. ábra A 3. ábrán a φ 1 és φ 2 hajlású tetősíkokból a metszésvonalukra merőleges segédsík által kimetszett ϕ szöget is feltüntettük, a tető jellemző a, b, c, h vonalas adatai mellett. Most alkalmazzuk az ( 1 ) képletet, az itteni jelölésekkel! ( 4 ) Részfeladat a tetősíkok normálvektorainak előállítása. Ezek a korábban mondottak szerint:, ( 5 ) és ( 6 ) Utóbbiakhoz felsoroljuk a tető, mint szimmetrikus éktest csúcspontjainak helyvektorait, az ábrán is jelölt B( xyz ) koordináta - rendszerben, az ( i, j, k ) egységvektorokkal. Ezek: Most ezekkel írhatjuk, hogy ; ( ); ( ).

4 innen: Majd hasonló módon: innen: ( 7 ) ( 8 ) Megint így eljárva: innen: ( 9 ) Most a ( 7 ), ( 8 ), ( 9 ) képletek az egységvektorokkal is: ( 10 ) ( 11 ) ( 12 ) Majd ( 5 ), ( 10 ), ( 11 ) - gyel: tehát: =, ( 13 ) Hasonlóképpen: ( 6 ), ( 11 ), ( 12 ) - vel: folytatva: továbbá:

5 ezzel: tehát: ( 14 ) A normálvektorok abszolút értéke:, tehát: ( 15 ) Hasonlóképpen: =, tehát: ( 16 ) A normálvektorok skaláris szorzata a ( 13 ), ( 14 ) képletekkel : tehát: ( 17 ) Ezután a ( 4 ), ( 15 ), ( 16 ) és ( 17 ) képletekkel

6 tehát:. ( 18 ) Ámde a 3. ábra szerint: ( 19 ) és ( 20 ) így ( 18 ), ( 19 ) és ( 20 ) szerint eredményként kapjuk, hogy ( 21 ) Ez a képlet már ismerős lehet valahonnan. Valóban, egy korábbi dolgozatunkban melynek címe: Érdekes geometriai számítások 5. Egy fontos szögösszefüggés gömbháromszögtani igazolása felírtuk, illetve a szakirodalom felhasználásával bebizonyítottuk, hogy érvényes az alábbi összefüggés:. ( C1 ) Itt γ jelenti az α és β hajlású (tető - )síkok lapszögét, ha c azon (eresz -)vonalak által bezárt szög, amelyekből a (tető - )síkok indulnak. Megváltoztatva jelöléseinket: ( C2 ) így ( C1 ) és ( C2 ) szerint: ( C3 ) Ha az ereszvonalak derékszöget zárnak be egymással, mint az itteni feladatban is, akkor ( C4 ) így ( C3 ) és ( C4 ) - gyel:

7 ( C5 ) Örömmel állapítjuk meg a ( 21 ) és ( C5 ) képletek egyezését. Megjegyzések: M1. Jó tudni, hogy a ( C3 ) képlettel nem csak szimmetrikus, hanem tetszőleges tető - kialakítás esetében is ki tudjuk számítani az összemetsződő tetősíkok egymással bezárt szögét. M2. A ( 18 ) képlet alapján belátható, hogy ~ esetén vagyis a lapszög: tompaszög; ~ esetén vagyis a lapszög: hegyesszög; ~ esetén vagyis a lapszög: derékszög. M3. A ( 21 ) képletet a tetősíkok m i ( i: 1, 2 ) meredekségével is felírhatjuk. Az ismert trigonometriai azonossággal, tekintettel az M2. megjegyzésre is: ( a ) így ( 21 ) és ( a ) szerint: ( b ) ( b ) - t négyzetre emelve: ( c ) ( c ) - nek reciprokát véve: ( d ) jobb oldalát kifejtve: ; ( d ) ( e ) most ( d ) és ( e ) - vel: innen: ( f )

8 ( f ) - ből négyzetgyököt vonva: Most el kell dönteni, hogy a gyökjel előtt melyik előjel tartandó meg. Ehhez vegyük figyelembe, hogy ~ mivel így ~ ezért ~ innen ~ így ( 21 ) szerint ~ eszerint ~ de ekkor ~ így ( g ) - ben a negatív előjel veendő. Ezzel: Most az jelölésekkel és ( h ) - val: ( k ) - t ( 1 ) - gyel szorozva: Most figyelembe véve, hogy ( g ) ( h ) ( i ) ( j ) ( k ) ( l ) ( m ) így ( i ) és ( m ) - mel kapjuk, hogy ( n ) - ből:, ( n ), ( o ) majd ( o ) - ból: ( p )

9 A ( p ) képlettel közvetlenül számítható a szokásos kialakítású szimmetrikus kontytető tetősíkjainak egymással bezárt szöge, a tetősíkok ( i ) és ( j ) képletekkel adott meredek - sége ismeretében. Számpélda Egy másik korábbi dolgozatunkban melynek címe: Az ötszög keresztmetszetű élszarufa keresztmetszetének kialakításáról található az alábbi ábra - rész: 4. ábra Ezen azt szemléltettük, hogy adott tetőadatok esetén milyen γ 1 és γ 2 szögek alatt kell levágni az élszarufát, hogy azok pontosan illeszkedjenek a tetősíkokhoz. Az általunk itt keresett szög, valamint az ottani γ 1 és γ 2 szögek közti összefüggés a 4. ábráról is leolvashatóan: ( P1 ) Most ( p ) és ( P1 ) összevetéséből: ( P2 ) Az ottani számpélda adatai:. ( P3 ) Az ottani eredmények: ( P4 ) Ezután ( P2 ) bal oldala, ( P4 ) - gyel is: ( P5 )

10 Most ( P2 ) jobb oldala az ( i ), ( j ) és ( P3 ) képletek szerint: ( P6 ) Örömmel jelenthetjük, hogy ( P5 ) és ( P6 ) pontosan ugyanazt az eredményt adja, tehát képleteink jól működnek. Végül a két sík lapszöge ( P1 ) és ( P5 ) - tel: ϕ = 126,0398934. M4. A ( 21 ) képletből adódik a ( 22 ) képletalak - változat is. M5. Lehet némi félreértés a síkok hajlásszöge és a síkok lapszöge kifejezések haszná - lata során. Ezzel kapcsolatban [ 3 ] - ra utalunk. Eszerint: ~ két sík hajlásszöge nem lehet derékszögnél nagyobb; ebből adódik, hogy a tetősíkok és a vízszintes sík által bezárt hegyesszög valóban hajlásszög; ~ két sík lapszöge esetén meg kell mondani, melyik szögtartományra gondolunk, egyéb - ként a lapszög tetszőleges lehet, ahogyan azt az M2. megjegyzésben taglaltuk is. M6. Ha komolyan vesszük az M5. megjegyzésben foglaltakat, akkor a ( 20 ) képletben szereplő φ 1 szöget nem igazán nevezhetjük hajlásszögnek; hiszen az M2. megjegyzésben éppen a ( 20 ) - ban található ( b c) mennyiség előjelétől tetük függővé cos φ 1, ezzel együtt pedig cosϕ előjelét is. Márpedig M5. szerint a hajlásszög koszinusza nem lehet negatív. Eszerint azt is mondhatjuk, hogy az M5. - ben tett fogalmi korlátozás miatt akár előnyösebb is lehet a ( 18 ), mint a ( 21 ) képlet használata. M7. Az előbb vázolt problémákat áthidalhatjuk, ha egyszerűen csak a síkok közbezárt szögéről beszélünk, legyen az hajlásszög vagy lapszög. Ha szükséges, megemlítjük, hogy az éppen milyen szögtartományba esik. Ez lehet, hogy nem annyira szakszerű szóhaszná - lat, viszont talán nem okoz félreértést. M8. A [ 4 ] munkában a következőt találtuk: Két sík hajlásszögét a következőképpen határozzuk meg: ha a két sík párhuzamos, akkor hajlásszögük 0. Ha nem párhuzamosak, akkor metszésvonaluk egy tetszőleges pontjában

11 merőlegest állítunk e metszésvonalra mindkét síkban, s a kapott félegyenesek hajlásszögét mondjuk a két sík hajlásszögének ( 6.8. ábra). 4. ábra. 4. ábra forrása: [ 4 ] Érdekes, hogy itt nem beszélnek lapszögről, csak hajlásszögről. Viszont erről nem kötik ki, korábban sem, hogy nem lehet nagyobb a derékszögnél. Az a gyanúnk, hogy a külön - böző szerzők nem egészen ugyanazt a terminológiát alkalmazzák. Ezért aztán e sorok írójának sem fáj a feje nagyon amiatt, hogy a különféle szög - elnevezéseket egymás szinonimájaként használja. M9. A 3. ábrán a tetősíkok normálisának ábrázolásakor felhasználtuk azt a geometriai tételt, miszerint ha egy egyenes merőleges egy sík két metsző egyenesére, akkor minden egyenesére merőleges, tehát merőleges a síkra. [ 3 ]. E tétel alapján mondhatjuk, hogy a 4. ábrán jelölt szög úgy is előállítható, hogy a két sík metszésvonalára merőleges síkot állítunk, a metszésvonal egy tetszőleges pontjában. E merőleges sík a metsződő síkokból kimetsz egy - egy egyenest, melyek a keresett szöget zárják be. Ugyanis a metsződő két sík metszésvonalára külön - külön állított merőleges egyenesek egy síkot határoznak meg, és mivel ezek az egyenesek külön - külön merőlege - sek a metszésvonalra, akkor az általuk kifeszített sík is merőleges a metszésvonalra. Ezt a tényt felhasználva rajzoltuk meg a 3. ábrán a B ereszsarokból induló élgerinc mint az a és b ereszvonalakból induló, φ 1 és φ 2 hajlású tetősíkok metszésvonala merőleges metszésével adódó ϕ lapszöget. M10. A ( 3 ) képletre vezető számítást azért tettük oda, mert ezzel akartuk szemléltetni azt a körülményt, hogy a dolgozat elvi alapját képező ( 1 ) képlet használata során miért kell

12 nagyon ügyelni a metsződő síkok normálisának helyes felvételére. Ellenkező esetben komoly zavarok léphetnek fel az eredmény - képletekben, illetve azok értelmezésében. M11. A ( b ) egyenlet jobb oldalán is kitettük a ± jeleket, arra az esetre, ha mégis úgy döntenénk, hogy a φ 1 és φ 2 szögeket nem korlátozzuk a hajlásszög meghatározásának megfelelően. Az utána következő négyzetre emelés ezeket amúgy is eltüntette, majd pedig a ( g ) egyenletet követő választás során a φ 1 és φ 2 szögeket hajlásszög - nek vettük. A számítás részletezésének tehát nem csak az a haszna, hogy bárki könnyebben követheti, hanem az is, hogy példát ad arra is, hogy ha valaki saját képletet akar kreálni, akkor az előjelekről hogyan hozhat saját döntést. M12. E dolgozat címében a lapszög szó egyes számban szerepel. Valóban, szimmetrikus tető esetében mindegyik lapszög ugyanaz, mert a 3. ábráról leolvashatóan mindig csak φ 1 és φ 2 hajlásszögű tetősíkok metsződhetnek, ugyanazt a ϕ lapszöget eredményezve. M13. Az a tény, hogy az [ 1 ] forrás egyetemi tankönyv ( volt? ), senkit ne riasszon el a téma tanulmányozásától! Sőt! Örüljünk, hogy a kis hazánkban még nem is létező tető - geometriai szakirodalom egy újabb értékes és érdekes fejezettel bővült! Irodalom: [ 1 ] P. Sz. Mogyenov: Analityicseszkaja geometrija Izdatyelsztvo Moszkovszkogo Unyiverszityeta, 1967., sztr. 134. [ 2 ] Obádovics J. Gyula: Matematika 15. kiadás, Scolar Kiadó, Budapest, 1998., 537. o. [ 3 ] Reiman István: Matematika Typotex Kiadó, Budapest, 2011., 240. ~ 241. o. [ 4 ] Gerőcs László ~ Vancsó Ödön: Matematika Akadémiai Kiadó, Budapest, 2010., 267. o. Sződliget, 2014. június 30. Összeállította: Galgóczi Gyula mérnöktanár