9. előadás. Térbeli koordinátageometria

Hasonló dokumentumok
Lengyelné Dr. Szilágyi Szilvia április 7.

8. előadás. Kúpszeletek

Az egyenes és a sík analitikus geometriája

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

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

Analitikus térgeometria

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

20. tétel A kör és a parabola a koordinátasíkon, egyenessel való kölcsönös helyzetük. Másodfokú egyenlőtlenségek.

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

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

x = cos αx sin αy y = sin αx + cos αy 2. Mi a X/Y/Z tengely körüli forgatás transzformációs mátrixa 3D-ben?

Analitikus térgeometria

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

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

Lineáris algebra mérnököknek

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Vektorok összeadása, kivonása, szorzás számmal, koordináták

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

2014/2015. tavaszi félév

Koordináta geometria III.

Bevezetés az elméleti zikába

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

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)]

Vektorok és koordinátageometria

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

A tér lineáris leképezései síkra

Lineáris algebra mérnököknek

Geometriai példatár 2.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

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

Koordinátageometriai gyakorló feladatok I ( vektorok )

Lineáris algebra zárthelyi dolgozat javítókulcs, Informatika I márc.11. A csoport

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

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

ANALÍZIS II. Példatár

3. tétel Térelemek távolsága és szöge. Nevezetes ponthalmazok a síkon és a térben.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Számítógépes Grafika mintafeladatok

GEOMETRIA 1, alapszint

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

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

4. Felületek Forgásfelületek. Felületek 1. Legyen adott egy paramétersíkbeli T tartomány. A paramétersíkot az u és v koordinátatengelyekkel

Geometriai példatár 2.

Érettségi feladatok: Koordináta-geometria 1/5

Geometria 1 normál szint

Dierenciálgeometria feladatsor

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

Geometria II gyakorlatok

Másodrendű görbék a projektív síkon. Matematika BSc Szakdolgozat

Klár Gergely 2010/2011. tavaszi félév

Geometriai alapok Felületek

A kör. A kör egyenlete

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

Számítógépes Grafika mintafeladatok

Felületek differenciálgeometriai vizsgálata

O ( 0, 0, 0 ) A ( 4, 0, 0 ) B ( 4, 3, 0 ) C ( 0, 3, 0 ) D ( 4, 0, 5 ) E ( 4, 3, 5 ) F ( 0, 3, 5 ) G ( 0, 0, 5 )

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Térbeli transzformációk, a tér leképezése síkra

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

Matematika szóbeli érettségi témakörök 2016/2017-es tanév őszi vizsgaidőszak

Érettségi feladatok Koordinátageometria_rendszerezve / 5

Koordináta-geometria feladatgyűjtemény

Koordináta-geometria II.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT. Koordináta-geometria

Tartalomjegyzék. 3. Elsőfokú egyenletek és egyenlőtlenségek Elsőfokú egyenletek Valós szám abszolút értéke...

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

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

I. feladatsor. 9x x x 2 6x x 9x. 12x 9x2 3. 9x 2 + x. x(x + 3) 50 (d) f(x) = 8x + 4 x(x 2 25)

Budapesti Műszaki Főiskola, Neumann János Informatikai Kar. Vektorok. Fodor János

Koordináta-geometria feladatok (középszint)

Feladatsor A differenciálgeometria alapja c. kurzus gyakorlatához

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

Hármas integrál Szabó Krisztina menedzser hallgató. A hármas és háromszoros integrál

2. ELŐADÁS. Transzformációk Egyszerű alakzatok

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

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Koordináta-geometria

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

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK EMELT SZINT Koordinátageometria

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

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

Koordinátageometria. , azaz ( ) a B halmazt pontosan azok a pontok alkotják, amelynek koordinátáira:

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

Koordinátageometria Megoldások

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

5. Analitikus térgeometria (megoldások) AC = [2, 3, 6], (z + 5) 2 következik. Innen z = 5 3. A keresett BA BC = [3, 2, 8],

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

= 7, a 3. = 7; x - 4y =-8; x + 2y = 10; x + y = 7. C-bôl induló szögfelezô: (-2; 3). PA + PB = PA 1. (8; -7), n(7; 8), 7x + 8y = 10, x = 0 & P 0;

KIDOLGOZÁSA - MATEMATIKA SZAK - 1. Analitikus mértan térben 2

Tételek másodrendű felületekről

10. Koordinátageometria

1. zárthelyi,

Descartes-féle, derékszögű koordináta-rendszer

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

Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

Példa: Háromszög síkidom másodrendű nyomatékainak számítása

15. Koordinátageometria

Észrevételek a forgásfelületek síkmetszeteivel kapcsolatban. Bevezetés

Geometria II gyakorlatok

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

Átírás:

9. előadás Térbeli koordinátageometria

Koordinátageometria a térben Descartes-féle koordinátarendszerben dolgozunk. A legegyszerűbb alakzatokat fogjuk vizsgálni. Az ezeket leíró egyenletek első-, vagy másodfokúak. Sík, egyenes, gömb, másodrendű felületek.

Térfogat Tétel: A térbeli Descartes-féle koordinátarendszer P i =(x i,y i, z i ) pontjai (i=1,2,3,4) által meghatározott tetraéder V előjeles térfogatára: x 1 y 1 z 1 1 6V = x 2 y 2 z 2 1 x 3 y 3 z 3 1 x 4 y 4 z 4 1

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

Egyenes Adott a P 0 (x 0,y 0,z 0 ) pont és az egyenessel párhuzamos v = (v 1,v 2,v 3 ) 0 vektor, egy irányvektor: Vektoregyenlet: p = p 0 + tv Paraméteres egyenletrendszer: X = x 0 + tv 1 Y = y 0 + tv 2 Z = z 0 + tv 3 Irányvektoros egyenlet nincs!

Egyenes A paraméteres egyenletrendszerből a t paramétert kiküszöbölve kapjuk az egyenes egyenletrendszerét: (X - x 0 )/v 1 = (Y - y 0 )/v 2 = (Z - z 0 )/v 3. Ha a v i koordináták valamelyike 0, akkor a tört helyett az X = x 0 típusú egyenlet áll.

Egyenes A vektoregyenletet más alakban is írhatjuk: (p - p 0 ) x v = 0. Legyen m = p 0 x v. Ekkor m független az egyenesen lévő P 0 pont választásától, mert ha P 1 az egyenesen van, akkor (p 1 - p 0 ) x v = 0 miatt p 1 x v = p 0 x v = m. Az egyenest v és m egyértelműen meghatározza. Az egyenes Plücker-féle koordinátái: (v 1, v 2, v 3, m 1, m 2, m 3 ).

Egyenes A Plücker-koordináták nem függetlenek egymástól. Mivel v és m merőlegesek, ezért v 1 m 1 + v 2 m 2 + v 3 m 3 = 0. Ha az irányvektor helyett annak λ-szorosát tekintjük, akkor ugyanazt az egyenest kapjuk. Ezért egy számhatos és annak λ- szorosa ugyanahhoz az egyeneshez tartozik.

Sík Hogyan adhatunk meg egy síkot? 2. Három pontjával. 3. Egy pontjával és az irányával.

Sík Tétel: Ha a koordinátarendszer P i =(x i,y i, z i ) pontjai (i=1,2,3) nem kollineárisak, akkor az általuk meghatározott sík egyenlete: x 1 y 1 z 1 1 x 2 y 2 z 2 1 x 3 y 3 z 3 1 = 0 X Y Z 1

Térfogat Bizonyítás: A térbeli Descartes-féle koordinátarendszer P i =(x i,y i, z i ) pontjai (i=1,2,3,4) által meghatározott tetraéder V előjeles térfogatára: x 1 y 1 z 1 1 6V = x 2 y 2 z 2 1 x 3 y 3 z 3 1 x 4 y 4 z 4 1

Sík Az (X,Y,Z) pont pontosan akkor illiszkedik a P i =(x i,y i, z i ) pontok (i=1,2,3) által meghatározott síkra, ha a tetraéder térfogata 0.

Sík Adott a P 0 (x 0,y 0,z 0 ) pont és az egymással nem párhuzamos u = (u 1,u 2,u 3 ) és v = (v 1,v 2,v 3 ) ( 0) vektorok. Vektoregyenlet: p = p 0 + su + tv Paraméteres egyenletrendszer: X = x 0 + su 1 + tv 1 Y = y 0 + su 2 + tv 2 Z = z 0 + su 3 + tv 3

Sík Ha a három pont nem kollineáris, akkor P 1 P 2 x P 1 P 3 = n 0. Az n vektor merőleges a pontok által meghatározott síkra.

Sík Adott a P 0 (x 0,y 0,z 0 ) pont és a síkra merőleges n = (A,B,C) 0 vektor, egy normálvektor: Vektoregyenlet: n(p - p 0 ) = 0. Normálvektoros egyenlet: AX + BY + CZ= Ax 0 + By 0 + CZ 0

Féltér Adott a határoló félsík P 0 (x 0,y 0,z 0 ) pontja és a síkra merőleges n = (A,B,C) 0 normálvektor: Vektoregyenlet: n(p - p 0 ) > 0 vagy < 0. Normálvektoros egyenlet: AX + BY + CZ > vagy < Ax 0 + By 0 + CZ 0

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

Térelemek távolsága Pontok, egyenesek és síkok távolságát szeretnénk meghatározni. Két párhuzamos sík vagy egyenes távolsága meghatározható, ha pont és sík, illetve pont és egyenes távolságát ki tudjuk számolni.

Térelemek távolsága Pont és egyenes/sík távolsága: d = n 0 (p p 0 )

Térelemek távolsága Éppen a p-p 0 vektor egyenesre/síkra merőleges összetevőjének a hosszát kell meghatároznunk. Ha az egyenes/sík egyenlete adott, akkor a távolságot a normálegyenletbe való behelyettesítéssel kapjuk: d = Ax + By + Cz D / A 2 + B 2 + C 2

Térelemek távolsága Két kitérő egyenes távolsága: A p 2 -p 1 vektor mindkét egyenesre merőleges összetevőjének a hosszát kell meghatároznunk. d = ( v 1 x v 2 ) 0 (p 2 p 1 )

Gömb A g gömböt egyértelműen meghatározza C(a,b,c) középpontja és r sugara. A P pont pontosan akkor van g-n, ha CP=r. Vektoregyenlet: p-c = r. Koordinátás egyenlet: (X-a) 2 + (Y-b) 2 + (Z-c) 2 = r 2.

Gömb Tétel: Minden gömb egyenlete A(X 2 + Y 2 + Z 2 ) + BX + CY + DZ + E = 0 alakban írható, ahol A 0. A megfordítás nem igaz. Viszont igaz a következő: Tétel: Ha A 0, akkor az A(X 2 + Y 2 + Z 2 ) + BX + CY + DZ + E = 0 gömb, pont, vagy az üres halmaz egyenlete.

Kör Tétel: Ha a P i (x i,y i,z i ) i=1,2,3,4 pontok nincsenek egy síkon, akkor a rajtuk átmenő gömb egyenlete x 12 +y 12 +z 1 2 x 1 y 1 z 1 1 x 22 +y 22 +z 2 2 x 2 y 2 z 2 1 x 32 +y 32 +z 3 2 x 3 y 3 z 3 1 x 42 +y 42 +z 4 2 x 4 y 4 z 4 1 X 2 +Y 2 +Z 2 X Y Z 1 = 0

Gömb A bizonyítás ugyanaz, mint a megfelelő síkbeli tétel (három ponton átmenő kör egyenlete) esetén. Az 5x5-ös determináns már túl nagy, ezért ezt ritkán használjuk, általában egyszerűbben is fel lehet írni az egyenletet.

Vizsgaidőpontok? Május 23 Június 6 Június 20 Július 4 (uv) Péntekenként reggel 9-től, írásban.

SZÜNET

Forgásfelületek Gömböt kapunk, ha egy kört a középpontján átmenő egyenes körül megforgatunk.

Forgásfelületek Tétel: Ha az (x,y)-síkban lévő F(X, Y 2 ) = 0 egyenletű alakzatot az x-tengely körül megforgatjuk, akkor a keletkező térbeli alakzat egyenlete F(X, Y 2 + Z 2 ) = 0. (A koordináták szerepét felcserélhetjük. Az eredeti alakzat szimmetrikus az x- tengely-re.)

Bizonyítás: Legyen a P(x,y,z) távolsága az x-tengelytől d. A P pont pontosan akkor van a térbeli alakzaton, ha az (x,y)- síkbeli (x,d) és (x,-d) pontok a síkbeli alakzaton vannak, azaz ha F(x, d 2 ) = 0. Viszont d 2 = y 2 + z 2. Forgásfelületek

Forgásfelületek Az X 2 + Y 2 = 1 egyenletű egységkört akár az x-, akár az y-tengely körül forgatjuk, az X 2 + Y 2 + Z 2 = 1 egyenletű gömböt kapjuk. Ugyanezt kapjuk, ha az (x,z)-síkban lévő X 2 + Z 2 = 1 egyenletű egységkört a z- tengely, vagy az x-tengely körül forgatjuk.

Forgásfelületek Forgáskúp: Forgassuk meg az (x,z)-síkban lévő a 2 Z 2 = b 2 X 2 egyenletű egyenespárt a z- tengely körül. a 2 Z 2 = b 2 X 2 + b 2 Y 2 vagy X 2 /a 2 + Y 2 /a 2 - Z 2 /b 2 =0

Forgásfelületek Forgásparaboloid: Forgassuk meg az (x,z)-síkban lévő Z = X 2 egyenletű parabolát a z-tengely körül. Z = X 2 + Y 2

Forgásfelületek Forgásellipszoid: Forgassuk meg az (x,z)- síkban lévő X 2 /a 2 + Z 2 /b 2 = 1 egyenletű ellipszist az x-tengely körül. X 2 /a 2 + Y 2 /b 2 + Z 2 /b 2 = 1.

Ellipszoid A forgásellipszoidra merőleges affinitást alkalmazva általános ellipszoidot kapunk: X 2 /a 2 + Y 2 /b 2 + Z 2 /c 2 = 1.

Forgásfelületek Forgáshiperboloid: Forgassuk meg az (x,z)- síkban lévő X 2 /a 2 - Z 2 /b 2 = 1 egyenletű hiperbolát a z-tengely körül. Ez az egyköpenyű hiperboloid. X 2 /a 2 + Y 2 /a 2 - Z 2 /b 2 = 1.

Forgásfelületek Forgáshiperboloid: Forgassuk meg az (x,z)- síkban lévő X 2 /a 2 - Z 2 /b 2 = 1 egyenletű hiperbolát az x-tengely körül. Ez a kétköpenyű hiperboloid. X 2 /a 2 - Y 2 /b 2 - Z 2 /b 2 = 1.

Hiperboloid A forgáshiperboloidra merőleges affinitást alkalmazva általános hiperboloidot kapunk: X 2 /a 2 ± Y 2 /b 2 + Z 2 /c 2 = 1.

Egyköpenyű hiperboloid Tétel: Az egyköpenyű hiperboloid minden pontján át megy két olyan egyenes, amelyet a felület tartalmaz.

Egyköpenyű hiperboloid Bizonyítás: Elég forgáshiperboloidra belátni, mert az affinitás egyenestartó. X 2 /a 2 + Y 2 /a 2 - Z 2 /b 2 = 1. Messük el a felületet az X = a egyenletű síkkal. A metszet pontjaira Y 2 /a 2 = Z 2 /b 2 és X = a, azaz Y = ±a/bz és X = a. Ez azt jelenti, hogy a metszet két egyenes, melyek egyenletrendszere X = a és Y/a = ±Z/b.

Egyköpenyű hiperboloid Ez a két egyenes az (a,0,0) pontban metszi egymást. Ha most P a hiperboloid tetszőleges pontja, akkor a P-n átmenő, a z-tengelyre merőleges síkot az előző egyenesek közül mindkettő metszi. A hiperboloid z-tengely körüli forgásszimmetriája miatt az egyeneseket elforgathatjuk úgy, hogy átmenjenek P-n.

Másodrendű felületek Az előzőekben szereplő felületeket másodfokú egyenletekkel adtuk meg. A síkbe.li másodrendű görbék mintájára definiálhatjuk a másodrendű felületeket. Ha F(X,Y,Z) másodfokú polinom, akkor az F(X,Y,Z) = 0 egyenlettel adott alakzatot másodrendű felületnek nevezzük. A másodrendű felületeket is lehet osztályozni. Részletesen lásd a Hajós-könyvben.

Másodrendű felületek Tétel: A másodrendű felületek a következők: Ellipszoid (gömb) Pont Üres halmaz Egyköpenyű vagy kétköpenyű hiperboloid Körkúp (egyenes vagy ferde) Henger, melynek alapja kúpszelet Elliptikus paraboloid Hiperbolikus paraboloid (ezt még nem láttuk!) Elliptikus paraboloid Metsző vagy párhuzamos síkpár Sík vagy egyenes

Hiperbolikus paraboloid Ha két parabola tengelyének iránya ellentétes, síkjaik pedig merőlegesek egymásra, ha továbbá az egyik parabolát úgy mozgatjuk, hogy síkjának állása és tengelyének iránya ne változzék, s hogy tengelypontja a másik parabolát írja le, akkor a mozgó parabola hiperbolikus paraboloidot ír le.

Hiperbolikus paraboloid 2Z = X 2 Y 2