Számítási feladatok a Számítógépi geometria órához



Hasonló dokumentumok
Geometria II gyakorlatok

Geometria II gyakorlatok

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

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

Számítógépes geometria

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Haladó lineáris algebra

Térbeli transzformációk, a tér leképezése síkra

Lineáris leképezések. Wettl Ferenc március 9. Wettl Ferenc Lineáris leképezések március 9. 1 / 31

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Transzformációk síkon, térben

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

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

Testek. 16. Legyen z = 3 + 4i, w = 3 + i. Végezzük el az alábbi. a) (2 4), Z 5, b) (1, 0, 0, 1, 1) (1, 1, 1, 1, 0), Z 5 2.

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

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

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

Számítógépes Grafika mintafeladatok

Alkalmazott algebra. Lineáris leképezések EIC. Wettl Ferenc ALGEBRA TANSZÉK BMETE90MX57 (FELSŐBB MATEMATIKA INFORMATIKUSOKNAK )

Matematika (mesterképzés)

Vektorok és koordinátageometria

Koordináta-geometria feladatok (középszint)

Gyakorló feladatok I.

1. feladatsor Komplex számok

1. A Hilbert féle axiómarendszer

8. előadás. Kúpszeletek

Matematika 11 Koordináta geometria. matematika és fizika szakos középiskolai tanár. > o < szeptember 27.

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

Lineáris leképezések. 2. Lineáris-e az f : R 2 R 2 f(x, y) = (x + y, x 2 )

1. zárthelyi,

x = 1 = ı (imaginárius egység), illetve x 12 = 1 ± 1 4 2

1. Transzformációk mátrixa

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Koordináta-geometria

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT. Koordináta-geometria

Geometria II. Vázlat Kovács Zoltán előadásaihoz január 26.

1. Bázistranszformáció

1. Az ábrázoló geometria analitikus módszerei

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

Vektorok összeadása, kivonása, szorzás számmal, koordináták

Valasek Gábor Informatikai Kar. 2016/2017. tavaszi félév

Koordinátageometriai gyakorló feladatok I ( vektorok )

1. Komplex számok. x 2 = 1 és x 2 + x + 1 = 0. egyenletek megoldását számnak tekinthessük:

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

1. feladatsor: Vektorfüggvények deriválása (megoldás)

15. LINEÁRIS EGYENLETRENDSZEREK

Érettségi feladatok: Koordináta-geometria 1/5

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

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

Tartalom. Nevezetes affin transzformációk. Valasek Gábor 2016/2017. tavaszi félév

A hiperbolikus síkgeometria Poincaré-féle körmodellje

Az egyenes és a sík analitikus geometriája

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Koordináta-geometria

Érettségi feladatok Koordinátageometria_rendszerezve / 5

MA1143v A. csoport Név: december 4. Gyak.vez:. Gyak. kódja: Neptun kód:.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

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

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

3D koordináta-rendszerek

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

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

TARTALOM. Előszó 9 HALMAZOK

1. Mátrixösszeadás és skalárral szorzás

Mátrixok 2017 Mátrixok

Koordináta geometria III.

1. Lineáris transzformáció

A kör. A kör egyenlete

Infobionika ROBOTIKA. X. Előadás. Robot manipulátorok II. Direkt és inverz kinematika. Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében

Ellipszisekr½ol részletesen

Numerikus módszerek I. zárthelyi dolgozat (2017/18. I., A. csoport) Megoldások

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

Meghirdetés féléve 2 Kreditpont Összóraszám (elm+gyak) 2+0

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)

Óra A tanítási óra anyaga Ismeretek, kulcsfogalmak/fogalmak 1. Év eleji szervezési feladatok 2.

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

Koordinátageometria Megoldások

MATE-INFO UBB verseny, március 25. MATEMATIKA írásbeli vizsga

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

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

5. házi feladat. AB, CD kitér élpárra történ tükrözések: Az ered transzformáció: mivel az origó xpont, így nincs szükség homogénkoordinátás

Fraktálok. Kontrakciók Affin leképezések. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék. TARTALOMJEGYZÉK Kontrakciók Affin transzformációk

Matematika. 9.osztály: Ajánlott tankönyv és feladatgyűjtemény: Matematika I-II. kötet (Apáczai Kiadó; AP és AP )

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

3. Lineáris differenciálegyenletek

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

HÁZI FELADATOK. 1. félév. 1. konferencia A lineáris algebra alapjai

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

Lineáris Algebra gyakorlatok

Számítógépes Grafika mintafeladatok

Geometriai példatár 2.

λ 1 u 1 + λ 2 v 1 + λ 3 w 1 = 0 λ 1 u 2 + λ 2 v 2 + λ 3 w 2 = 0 λ 1 u 3 + λ 2 v 3 + λ 3 w 3 = 0

6. Függvények. Legyen függvény és nem üreshalmaz. A függvényt az f K-ra való kiterjesztésének

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Egyenesek MATEMATIKA 11. évfolyam középszint

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

9. előadás. Térbeli koordinátageometria

Koordináta-geometria II.

TANMENET 2015/16. Készítette: KOVÁCS ILONA, Felhasználja: Juhász Orsolya

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

Átírás:

Számítási feladatok a Számítógépi geometria órához Kovács Zoltán Copyright c 2012 Last Revision Date: 2012. október 15. kovacsz@nyf.hu

Technikai útmutató a jegyzet használatához A jegyzet képernyőbarát technikával készült, a megjelenés képernyő előtti tanuláshoz van optimalizálva. Ez elsősorban azt jelenti, hogy az olvasás során nem kell görgetni; ha a megjelenítéskor a teljes oldal opciót választjuk, akkor kényelmesen olvasható szöveget kapunk még viszonylag kis monitoron is. A szöveg belső linkeket tartalmaz. A lapok alján elhelyezett navigációs panel lehetőségeit Acrobat Reader-rel tudjuk teljes mértékben kihasználni. Ha egy link elvezet egy másik oldalra, az eredeti oldalhoz a Back gombbal tudunk visszajutni. Fontos megjegyezni, hogy R n -et gyakran beazonosítjuk R n 1 -el, azaz a pontokat, vektorokat oszlopmátrixként is felfoghatjuk, erre külön utalás általában nem történik! 2

1. gyakorlat 3 Egybevágósági transzformációk a síkban

AZ ALÁBBI TÍPUSFELADATOKAT KELL KÉSZSÉG SZINTEN ISMERNIE: 4 pont tükrözése origóra illeszkedő egyenesre, ha az egyenes irányszögével vagy iránytangensével van adva pont tükrözése egyenesre, ha az egyenes (normálvektoros) egyenletével van adva pont elforgatása origó ill. tetszőleges pont körül

5 FELHASZNÁLT ISMERETEK tükrözés origóra illeszkedő tengelyre (mátrix alak): (1) ρ l : R 2 R 2, X ref(α)x, ahol α a tengely irányszöge és ( cos 2α ) sin 2α (2) ref(α) = sin 2α cos 2α a TTT szabály: (3) ρ l : R 2 R 2, X ref(α)(x P) + P

1. Mintafeladat. Tükrözzük az X = ( 1, 2) pontot az origóra illeszkedő α = π/6 irányszögű egyenesre! 6 Megoldás. Mivel a tengely illeszkedik az origóra, az (1) összefüggést alkalmazhatjuk. Az α = π/6 szöghöz tartozó tükrözési mátrix (2) alapján: ( ) cos π sin π 3 3 sin π 3 cos π 3 cos π = 1/2, sin π = 3/2, így 3 3 ( X = Azaz a képpont X = 1 3 2 2 3 1 2 2 1 2 ( 1+2 3, 3 2 2 2 ) = 1+2 3 2 3 2 2. ).

2. Mintafeladat. Tükrözzük az X = (4, 5) pontot az y = 3 4 x egyenletű egyenesre! 7 Bizonyítás. Az egyenes iránytangense m = 3/4. Innen az α irányszög kétszeresének szögfüggvényei (egyszerű trigonometrikus összefüggések alapján): cos 2α = 1 m2 1 + m = 7 2m, sin 2α = 2 25 1 + m = 24 2 25. Az (1) összefüggést használva: ( 7 ) ( ) ( ) 24 X 25 25 4 92 25 = =. 24 7 5 131 25 25 25 Az eredmény X = ( 92, ) 131 25 25.

3. Mintafeladat. Tükrözzük az X = (4, 5) pontot a 3x + 4y = 5 egyenletű l egyenesre! 8 Bizonyítás. A feladatot most (3) alapján (TTT szabály) oldjuk meg. A tengely iránytangense ugyanaz, mint az előző feladatban, így a ref(α) mátrixot ismerjük. A tengely egy pontja úgy kapjuk, hogy az egyenes egyenletébe x vagy y helyébe tetszőleges számot írunk, és a másik változót kifejezzük. Pl. x = 1 esetén y = 2, így P = (1, 2). A TTT formula szerint: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) x 7 24 3 1 122 = y 25 25 24 7 + = 25 7 2 171. 25 25 25

9 FELHASZNÁLT ISMERETEK elforgatás az origó körül (mátrix alak): (4) σ α : R 2 R 2, X rot(α)x, ahol α a forgatás szöge és ( cos α rot(α) = sin α ) sin α cos α a TFT szabály: (5) σ (C,α) : R 2 R 2, X rot(α)(x C) + C, ahol C a forgatás középpontja és α a forgatás szöge

4. Mintafeladat. Forgassuk el az X = ( 2, 1) pontot az origó körül α = π/3 szöggel! 10 Bizonyítás. Mivel a forgatás középpontja az origó, elegendő a (4) képletbe behelyettesíteni: x = cos π 3 ( 2) sin π 3 1 = 2 3 2 y = sin π 3 ( 2) + cos π 3 1 = 1 2 3. 2

5. Mintafeladat. Forgassuk el az X = ( 2, 1) pontot a C = (1, 1) pont körül α = π/3 szöggel! 11 Megoldás. Az (5) TFT szabályt alkalmazzuk. ( ) ( ) ( ) x cos π sin π 3 = y 3 3 sin π cos π 0 3 3 ( ) 1 +, 1 x = 1 3 2 ( 3) 2 0 + 1 = 1 2 3 y = 2 ( 3) + 1 2 0 = 2 3 3. 2

2. gyakorlat 12 Affin transzformációk a síkban

alaptétel: Háromszög és képe az affin transzformációt egyértelműen meghatározza. Back Doc Doc 13 FELHASZNÁLT ISMERETEK affin transzformáció mátrix alakja: A GL(2) (a transzformáció lineáris része), b R 2 (az eltoló vektor), F : R 2 R 2, X AX + b Az (A, b) R 2 3 mátrix az affin transzformáció mátrixa. speciális affin ( transzformációk: ) A O(2): izometria a ±b A =, (det A 0): hasonlóság b a szorzat: Az F 1 (X) = A 1 X + b 1 és az F 2 (X) = A 2 X + b 2 affin transzformációk F 2 F 1 szorzatának mátrixa (6) (A 2 A 1, A 2 b 1 + b 2 ) az affin transzformáció inverze: Az (A, b) affin transztformáció inverze (7) (A 1, A 1 b)

AZ ALÁBBI TÍPUSFELADATOKAT KELL KÉSZSÉG SZINTEN ISMERNIE: 14 izometria, hasonlóság felismerése affin transzformáció mátrix alakjából pont képének meghatározása a transzformáció inverzének meghatározása transzformációk szorzatának meghatározása affin transzformáció analitikus felírása, ha ismert egy háromszög és a képe (csak a szorgalmi feladat megoldásához kell)

Az affin transzformáció algebrai megadására többféle, egymással ekvivalens formát alkalmazhatunk: 1. megadjuk transzformáció lineáris részét és eltoló vektorát: ( ) a b GL(2), (e, f ) R 2 ; c d 2. megadjuk a transzformáció analitikus szabályát: x = ax + by + e, y = cx + dy + f ; 3. megadjuk a transzformáció mátrixát: ( ) a b e R 2 3. c d f 15

6. Mintafeladat. Legyen F : R 2 R 2, X F(X), ( ) ( ) 4 1 2 F(X) = X +. 2 1 1 1. F affin transzformáció-e? 2. F izometria-e? 3. Határozzuk meg az (4, 2) pont képét! 16 Megoldás. 1. A transzformáció lineáris része ( ) 4 1 A =. 2 1 det A = 2 0, tehát az F leképezés affin leképezés. 2. A nem ortogonális mátrix, tehát F nem izometria. (Miért? Ha önállóan nem tudja a választ, akkor a következő oldalon találja az útmutatást.) 3. ( ) ( ) ( ) ( ) 4 1 4 2 20 + =. 2 1 2 1 9

Útmutatás. Egy ortogonális mátrix determinánsa szükségképpen ±1. Így azt, hogy A nem ortogonális mátrix, már onnan is látjuk, hogy determinánsa 2. Az előbbi állítás visszafele nem igaz, egy ±1 determinánsú mátrix nem feltétlenül ortogonális mátrix. Másik megoldásként kiszámíthatjuk A inverzét, A 1 = 1 2 ( 1 1 2 4 ) A t. Innen ismét látjuk, hogy A nem ortogonális mátrix. 17

7. Mintafeladat. Legyen F : R 2 R 2, X F(X), ( ) ( ) 4 1 2 F(x) = X +. 2 1 1 Határozzuk meg a transzformáció inverzét! 18 Megoldás. A (7) képletbe helyettesítünk be: ( ) ( A 1 1/2 1/2 =, A 1 1/2 1/2 b = 1 2 1 2 Tehát az inverz transzformáció: ( ) ( x 1/2 1/2 y 1 2 ) ( ) x y ) ( ) 2 1 ( ) 3/2 =. 4 ( ) 3/2 +. 4

19 ( ) 2 1 8. Mintafeladat. Az F transzformáció lineáris része, eltoló vektora (2, 1), míg a G transzformáció lineáris része, eltoló vektora 1 2 ( ) 1 2 2 1 (0, 1). Határozzuk meg az G F szorzat transzformációt. Határozzuk meg a P = (1, 2) képét a G F transzformációnál. Megoldás. (6) szerint járunk el. A szorzat transzformáció lineáris része ( ) ( ) ( ) 1 2 2 1 4 3 = 2 1 1 2 3 4 A szorzat transzformáció eltoló vektora ( ) ( ) ( ) 1 2 2 0 + 2 1 1 1 ( ) 4 =. 4 Az (1, 2) pont képe: ( ) ( ) 4 3 1 3 4 2 ( ) ( 4 + = 4 2 15 ).

9. Mintafeladat. Írjuk föl azt az affin transzformációt, amely az O = (0, 0), E 1 = (1, 0), E 2 = (0, 1) pontokat rendre a P, Q, R pontokba viszi, ahol (P, Q, R) nem kollineárisak! Legyen P = (3, 2), Q = (5, 8), R = (7, 3). ( a Megoldás. Legyen a keresett F transzformáció lineáris része A = c az eltoló vektor (e, f ). A feltétel szerint: P = F(0, 0) = (e, f ) = (e, f ) = P, Q = F(1, 0) = (a, c) + (e, f ) = (a, c) = Q P, R = F(0, 1) = (b, d) + (e, f ) = (b, d) = R P. A konkrét adatokkal: (e, f ) = (3, 2), (a, c) = (5, 8) (3, 2) = (2, 6), (b, d) = (7, 3) (3, 2) = (4, 1). 20 ) b, d Így a transzformáció: x = 2x + 4y + 3, y = 6x + y + 2. (A feladatba való visszahelyettesítéssel ellenőrizzünk!) Back Doc Doc

10. Mintafeladat. Írjuk föl azt az affin transzformációt, amely a P, Q, R pontokat rendre a P, Q, R pontokba viszi! 21 Megoldás. A megoldás algoritmusa: 1. F 1 : (O, E 1, E 2 ) (P, Q, R) az előző mintafeladat alapján 2. F 2 : (O, E 1, E 2 ) (P, Q, R ) az előző mintafeladat alapján 3. F 1 1 a 7. mintafeladat alapján 4. F 2 F 1 1 adja a keresett transzformációt. Back Doc Doc

11. Mintafeladat. Írjuk föl azt az affin transzformációt, amely a (2, 3), (1, 6), (3, 1) pontokat rendre a (1, 2), (2, 1), ( 3, 5) pontokba viszi! Megoldás. A 10. mintafeladat algoritmusát követjük. Az algoritmus első három lépése korábban már előfordult feladatokban, itt csak végeredményt adunk meg. 1. 2. 3. 4. F 1 (X) = ( ) ( ) 1 1 2 X + 3 4 3 ( ) ( ) 1 4 1 F 2 (X) = X + 3 7 2 ( 1 (X) = 4 3 F 1 ) ( ) 1 11 X + 1 9 ( ) ( ) F 2 F 1 1 (X) = 8 3 24 X + 33 10 94 Back Doc Doc 22

3. gyakorlat 23 Vetítések

AZ ALÁBBI TÍPUSFELADATOKAT KELL KÉSZSÉG SZINTEN ISMERNIE: 24 ferde axonometria mátrixának felírása, a kanonikus bázis képe alapján pont vetületének kiszámítása (az xy síkra) (a) párhuzamos vetítésnél, ha ismert a vetítés iránya (b) centrális vetítésnél, ha ismert a centrum ortogonális axonometria mátrixának felismerése ortogonális axonometria mátrixának felírása két oszlop alapján

12. Mintafeladat. Írjuk fel annak a ferde axonometriának a mátrixát, mely a kanonikus bázist az alábbi ábra szerint képezi le! Határozzuk meg a P = (4, 2, 1) pont képét! Állapítsuk meg, hogy ortogonális axonometriáról van-e szó? 25 Megoldás. A bázisvektorok vetületeinek koordinátapárjai alkotják a vetítési mátrix oszlopait: ( ) 4 1 1 V =. 1 2 4 VP = (17, 12).

Az ortogonális axonometria mátrixát egymásra merőleges, azonos hosszúságú sorok alkotják. V sorai nem azonos hosszúságúak (és nem is merőlegesek) így V nem ortogonális axonometria mátrixa. 26

13. Mintafeladat. Vetítsük a P( 1, 2, 3) pontot az xy síkra a v = (1, 2, 1) irányból. 27 Megoldás. A vetítés mátrixa ( ) ( ) 1 0 v 1 /v 3 1 0 1 P = =. 0 1 v 2 /v 3 0 1 2 VP = ( 4, 4).

14. Mintafeladat. Vetítsük a P = (1, 2, 2) pontot a C = (0, 0, 4) pontból centrálisan az xy síkra! 28 Megoldás. Ha a z tengely 1/r pontjából vetítünk, akkor a vetítés mátrixa 1 0 0 0 0 1 0 0. 0 0 r 1 A feladatban r = 1/4, a vetület homogén koordinátái pedig 1 1 0 0 0 2 1 0 1 0 0 2 = 2. 0 0 1/4 1 1/2 1 A vetület Descartes-koordinátái: x = 1 1/2 = 2, y = 2 1/2 = 4.

15. Mintafeladat. Keressük meg α és β értékét úgy, hogy az alábbi mátrix ortogonális axonometria mátrixa legyen! ( ) 2 2 α 1 1 β 29 Megoldás. Az ortogonális axonometria mátrixát egymásra merőleges, azonos hosszúságú sorok alkotják. Ennek alapján α 2 β 2 = 6 αβ = 0. Az egyenletrendszer megoldása α = 0, β = ± 6.