GEOMETRIA ANALITYCZNA W PRZESTRZENI

Podobne dokumenty
Ekoenergetyka Matematyka 1. Wykład 6.

Elementy geometrii analitycznej w R 3

Arkusz 6. Elementy geometrii analitycznej w przestrzeni

Prosta i płaszczyzna w przestrzeni

Geometria analityczna

Geometria analityczna

1 Geometria analityczna

Geometria analityczna - przykłady

Geometria w R 3. Iloczyn skalarny wektorów

Iloczyn wektorowy. Autorzy: Michał Góra

ALGEBRA z GEOMETRIA, ANALITYCZNA,

Iloczyn skalarny, wektorowy, mieszany. Ortogonalność wektorów. Metoda ortogonalizacji Grama-Schmidta. Małgorzata Kowaluk semestr X

GEOMETRIA ANALITYCZNA W PRZESTRZENI

WYK LAD 5: GEOMETRIA ANALITYCZNA W R 3, PROSTA I P LASZCZYZNA W PRZESTRZENI R 3

DEFINICJE: Punkt, prosta, płaszczyzna i przestrzeń są pojęciami pierwotnymi przyjmowanymi bez definicji,

Geometria Lista 0 Zadanie 1

AUTORKA: ELŻBIETA SZUMIŃSKA NAUCZYCIELKA ZESPOŁU SZKÓŁ OGÓLNOKSZTAŁCĄCYCH SCHOLASTICUS W ŁODZI ZNANE RÓWNANIA PROSTEJ NA PŁASZCZYŹNIE I W PRZESTRZENI

Zestaw Obliczyć objętość równoległościanu zbudowanego na wektorach m, n, p jeśli wiadomo, że objętość równoległościanu zbudowanego na wektorach:

Algebra liniowa z geometrią

FIGURY I PRZEKSZTAŁCENIA GEOMETRYCZNE

Wykład 16. P 2 (x 2, y 2 ) P 1 (x 1, y 1 ) OX. Odległość tych punktów wyraża się wzorem: P 1 P 2 = (x 1 x 2 ) 2 + (y 1 y 2 ) 2

GEOMETRIA ANALITYCZNA. Poziom podstawowy

Geometria analityczna

WYBRANE DZIAŁY ANALIZY MATEMATYCZNEJ. Wykład II

Geometria Analityczna w Przestrzeni

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ ANALITYCZNĄ

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ ANALITYCZNĄ

Elementy geometrii w przestrzeni R 3

M10. Własności funkcji liniowej

Odległośc w układzie współrzędnych. Środek odcinka.

Funkcja liniowa i prosta podsumowanie

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

A,B M! v V ; A + v = B, (1.3) AB = v. (1.4)

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

Układy współrzędnych

Skrypt z Algebry Liniowej 2

STEREOMETRIA CZYLI GEOMETRIA W 3 WYMIARACH

Zajęcia nr 1 (1h) Dwumian Newtona. Indukcja. Zajęcia nr 2 i 3 (4h) Trygonometria

GEOMETRIA PRZESTRZENNA (STEREOMETRIA)

Algebra z geometrią Lista 1 - Liczby zespolone

FUNKCJA LINIOWA, OKRĘGI

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ ANALITYCZNĄ zadania z odpowiedziami

FUNKCJA LINIOWA, RÓWNANIA I UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH

cx cx 1,cx 2,cx 3,...,cx n. Przykład 4, 5

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

KONKURS ZOSTAŃ PITAGORASEM MUM. Podstawowe własności figur geometrycznych na płaszczyźnie

I. Potęgi. Logarytmy. Funkcja wykładnicza.

1) 2) 3) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) 17) 18) 19) 20) 21) 22) 23) 24) 25)

Przekształcenia liniowe

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI 2016/2017 (zakres podstawowy) klasa 3abc

3. FUNKCJA LINIOWA. gdzie ; ół,.

1. Potęgi. Logarytmy. Funkcja wykładnicza

Wektory. dr Jolanta Grala-Michalak. Teoria

Arkusz 4. Elementy geometrii analitycznej w przestrzeni

Tomasz Tobiasz PLAN WYNIKOWY (zakres podstawowy)

PODSTAWY RACHUNKU WEKTOROWEGO

str 1 WYMAGANIA EDUKACYJNE ( ) - matematyka - poziom podstawowy Dariusz Drabczyk

Definicja i własności wartości bezwzględnej.

ELEKTROTECHNIKA Semestr 1 Rok akad / ZADANIA Z MATEMATYKI Zestaw Przedstaw w postaci algebraicznej liczby zespolone: (3 + 2j)(5 2j),

Kurs Start plus - matematyka poziom podstawowy, materiały dla prowadzących, Marcin Kościelecki. Zajęcia 1.

płaskie rzuty geometryczne

WSTĘP DO ANALIZY I ALGEBRY, MAT1460

11. Znajdż równanie prostej prostopadłej do prostej k i przechodzącej przez punkt A = (2;2).

W naukach technicznych większość rozpatrywanych wielkości możemy zapisać w jednej z trzech postaci: skalara, wektora oraz tensora.

SPIS RZECZY. GEOMETRJA ANALITYCZNA NA PŁASZCZYŹNIE.

Rozkład materiału nauczania

Równania prostych i krzywych; współrzędne punktu

Scenariusz lekcji matematyki w klasie trzeciej technikum po zasadniczej szkole zawodowej

METODY MATEMATYCZNE I STATYSTYCZNE W INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Rachunek wektorowy - wprowadzenie. dr inż. Romuald Kędzierski

Wektory. dr Jolanta Grala-Michalak. Teoria

Elementy geometrii analitycznej w przestrzeni

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

Skrypt 23. Geometria analityczna. Opracowanie L7

Zadania do samodzielnego rozwiązania zestaw 11

Prosta, płaszczyzna, powierzchnie drugiego. stopnia. stopnia. JJ, IMiF UTP

? 14. Dana jest funkcja. Naszkicuj jej wykres. Dla jakich argumentów funkcja przyjmuje wartości dodatnie? 15. Dana jest funkcja f x 2 a x

KMO2D. Kolizje między-obiektowe w 2D

R n jako przestrzeń afiniczna

dr Mariusz Grządziel 15,29 kwietnia 2014 Przestrzeń R k R k = R R... R k razy Elementy R k wektory;

Pojęcia, wymagania i przykładowe zadania na egzamin poprawkowy dla klas II w roku szkolnym 2016/2017 w Zespole Szkół Ekonomicznych w Zielonej Górze

Geometria. Hiperbola

r = x x2 2 + x2 3.

ZADANIA ZAMKNIETE W zadaniach 1-25 wybierz i zaznacz na karcie odpowiedzi poprawna

ALGEBRA Tematyka LITERATURA

Funkcje liniowe i wieloliniowe w praktyce szkolnej. Opracowanie : mgr inż. Renata Rzepińska

- Wydział Fizyki Zestaw nr 2. Krzywe stożkowe

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 15

Aby opisać strukturę krystaliczną, konieczne jest określenie jej części składowych: sieci przestrzennej oraz bazy atomowej.

GEOMETRIA ELEMENTARNA

Wektory. Algebra. Aleksander Denisiuk. Polsko-Japońska Wyższa Szkoła Technik Komputerowych Wydział Informatyki w Gdańsku ul. Brzegi Gdańsk

Matematyka II. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr letni 2018/2019 wykład 13 (27 maja)

- Wydział Fizyki Zestaw nr 2. Krzywe stożkowe

FUNKCJA LINIOWA. A) B) C) D) Wskaż, dla którego funkcja liniowa określona wzorem jest stała. A) B) C) D)

i = [ 0] j = [ 1] k = [ 0]

1 Funkcje dwóch zmiennych podstawowe pojęcia

Matematyka rozszerzona matura 2017

FUNKCJA KWADRATOWA. 1. Definicje i przydatne wzory. lub trójmianem kwadratowym nazywamy funkcję postaci: f(x) = ax 2 + bx + c

Transkrypt:

Wykład z Podstaw matematyki dla studentów Inżynierii Środowiska Wykład 13. Egzaminy I termin wtorek 31.01 14:00 Aula A Wydział Budownictwa II termin poprawkowy czwartek 9.02 14:00 Aula A Wydział Budownictwa GEOMETRIA ANALITYCZNA W PRZESTRZENI Definicja (przestrzeń 3 ) Przestrzenią 3 nazywamy zbiór wszystkich uporządkowanych trójek (x,y,z) liczb rzeczywistych 3 {( x, y, z) : x, y, z } Definicja (wektor) Wektorem zaczepionym nazywamy parę punktów. B koniec wektora AB A początek wektora AB ; AB BA wektor przeciwny do AB ; Jeśli A ( x, y, z ), B ( x, y, z ) to AB [ x x, y y, z z ] A A A B B B Definicja (punkty współliniowe i współpłaszczyznowe) B A B A B A 1) Mówimy, że punkty A, B, C przestrzeni należą te punkty 3 są współliniowe, gdy istnieje prosta, do której 2) Mówimy, że punkty K, L, M, N przestrzeni płaszczyzna, do której należą te punkty 3 są współpłaszczyznowe, gdy istnieje 1

Definicja (działania na wektorach) u [ x, y, z], w [ x, y, z ], v [ x, y, z ] Niech 1 1 1 2 2 2 1) Suma wektorów w i v jest określona wzorem w v [ x1 x2, y1 y2, z1 z2]; 2) Różnica wektorów w i v jest określona wzorem wv [ x1 x2, y1 y2, z1 z2]; 3) Iloczyn wektora u przez liczbę określamy wzorem: u [ x, y, z]. Definicja (Układ współrzędnych w przestrzeni) Układem współrzędnych w przestrzeni nazywamy trzy ustalone proste x, y, z przecinające się w jednym punkcje O, które są wzajemnie prostopadłe. Taki układ oznaczamy przez OXYZ. Proste OX, OY, OZ nazywamy osiami, płaszczyzny XOY, YOZ, XOZ płaszczyznami układu współrzędnych. Definicja (Orientacja układu współrzędnych w przestrzeni) W zależności od wzajemnego położenia osi OX, OY, OZ układu współrzędnych wyróżniamy dwie jego orientacje: układ prawoskrętny i układ lewoskrętny. 2

Definicja (wersory na osiach układu współrzędnych) Wektory i [1,0,0], j [0,1,0], k [0,0,1] nazywamy wersorami odpowiednio na osiach OX, OY, OZ. Definicja (długość wektora) Długość wektora u [ x, y, z] jest określona wzorem 2 2 u x y z 2. Obliczyć długość wektora AB, gdzie A (2,1, 3), B ( 1,1,4) Fakt (Własności długości wektorów) Niech u i v będą wektorami w 3 oraz niech. Wtedy 1) u 0; 2) u 0 u 0; 3) u u ; 4) u v u v ; 5) u v u v. 3

Definicja (Iloczyn skalarny) Niech u wzorem i v będą dowolnymi wektorami w 3. Iloczynem skalarnym wektorów u i v określamy Fakt (wzór do obliczania iloczynu skalarnego) u v u v cos ( u, v) u [ x, y, z ], v [ x, y, z ] będą wektorami w Niech 1 1 1 2 2 2 3. Wtedy u v x1x 2 y1 y2 z1z2 Obliczyć iloczyn skalarny wektorów u [ 1,2, 3], v [2,0, 1]. Fakt (Własności iloczynu skalarnego) Niech u, w, v będą dowolnymi wektorami w 3 oraz niech. Wtedy 1) u v v u; 2) ( u) v ( v u); 3) u u u 2 ; 4) ( u w) v u v w v; 5) u v v u ; 6) wektory u i w są prostopadłe u w 0 Definicja (Orientacja trójki wektorów) u [ x, y, z ], w [ x, y, z ], v [ x, y, z ] będą wektorami w Niech 1 1 1 2 2 2 3 3 3 u, w, v tworzą układ o orientacji zgodnej z orientacją układu współrzędnych, jeżeli: 3. Mówimy, że wektory 1 1 1 2 2 2 3 3 3 0. 4

Definicja (Iloczyn wektorowy) Niech u i v będą niewspółliniowymi wektorami w 3. Iloczynem wektorowym uporządkowanej pary wektorów u i v nazywamy wektor w, który spełnia warunki 1) jest prostopadły do płaszczyzny rozpiętej na wektorach u i v 2) jego długość jest równa polu równoległoboku rozpiętego na wektorach u i v, tj. równa u v sin ( u, v ) 3) orientacja trójki wektorów jest zgodna z orientacją układu współrzędnych OXYZ Iloczyn wektorowy pary wektorów przyjmujemy, że uv 0. u i v oznaczamy przez u v. Jeżeli wektory są współliniowe to Fakt (wzór do obliczania iloczynu wektorowego) u [ x, y, z ], v [ x, y, z ] będą wektorami w Niech 1 1 1 2 2 2 3. Wtedy i j k y z x z x y u v x1 y1 z1 i j k y z x z x y 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2, gdzie i, j, k oznaczają wersory odpowiednio na osiach OX, OY, OZ. Obliczyć iloczyn wektorowy wektorów u [ 1,2, 3], v [2,0, 3]. Fakt (własności iloczynu wektorowego) Niech u, v, w będą dowolnymi wektorami w 3 oraz. Wtedy 5

1) u v ( v u); 2) ( u) v u ( v) ( u v); 3) ( u v) w u w v w; 4) u ( v w) u v u w; 5) u v u v ; 6) wektory u i v są równoległe uv 0; Fakt (pole równoległoboku) Pole równoległoboku rozpiętego na wektorach u i v wyraża się wzorem: S u v. Definicja (Iloczyn mieszany) Niech u, v, w będą wektorami w u, v, w określamy wzorem: 3. Iloczynem mieszanym uporządkowanej trójki wektorów ( u, v, w) ( u v) w Fakt (objętość równoległościanu) Iloczyn mieszany wektorów u, v, w jest równy objętości równoległościanu V rozpiętego na wektorach u, v, w V ( u, v, w). Fakt (wzór do obliczania iloczynu mieszanego) u [ x, y, z ], w [ x, y, z ], v [ x, y, z ] będą wektorami w Niech 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3. Wtedy 1 1 1 ( u, v, w). 2 2 2 3 3 3 6

Obliczyć objętość czworościanu rozpiętego na wierzchołkach P (1,1,1), Q (1,2,3), R ( 1,1,0), S (0,0,1).. Fakt (własności iloczynu mieszanego) Niech u, v, w będą dowolnymi wektorami w 3 oraz. Wtedy 1) ( u, v, w) ( v, w, u); 2) ( u, v, w) ( v, u, w); 3) ( u r, v, w) ( u, v, w ( r, v, w)); 4) ( u, v, w) ( u, v, w); 5) Wektory u, v, w leżą w jednej półpłaszczyźnie ( u, v, w) 0; 6) ( u, v, w) u v w ; wektory u i v są równoległe uv 0; Fakt (równanie normalne płaszczyzny) RÓWNANIA PŁASZCZYZN Równanie płaszczyzny przechodzącej przez punkt P0 ( x0, y0, z0) o wektorze wodzącym r [ x, y, z ] i prostopadłej do wektora n [ A, B, C] 0 ma postać 0 0 0 0 : ( r r ) n 0, gdzie r [ x, y, z] jest wektorem wodzącym punktów przestrzeni. Wektor n [ A, B, C] 0 nazywamy wektorem normalnym do płaszczyzny. 0 W formie rozwiniętej równanie płaszczyzny przyjmuje postać: : A( x x ) B( y y ) C( z z ) 0. 0 0 0 Powyższe zależności nazywamy równaniami normalnymi płaszczyzny. 7

Fakt (równanie ogólne płaszczyzny) Każde równanie postaci : Ax By Cz D 0, gdzie A B C 0, przedstawia płaszczyznę. Płaszczyzna ta ma wektor normalny n [ A, B, C] i przecina oś OZ w punkcie D z, o ile C 0. C Napisać równanie płaszczyzny przechodzącej przez środek odcinka AB, gdzie A (3,2, 1), B (5,0,7) i prostopadłej do tego odcinka. Fakt (równanie parametryczne płaszczyzny) Równanie płaszczyzny przechodzącej przez punkt P0 ( x0, y0, z0) o wektorze wodzącym r0 [ x0, y0, z0] i rozpiętej na niewspółliniowych wektorach u [ a1, b1, c1 ] i v [ a2, b2, c2] ma postać lub inaczej lub : r r su tv, gdzie st, 0 :[ x, y, z] [ x, y, z ] s[ a, b, c ] t[ a, b, c ], gdzie st, 0 0 0 1 1 1 2 2 2 x x s a t a : y y sb t b z z s c t c 0 1 2 0 1 2 0 1 2, gdzie st,. Powyższe zależności nazywamy równaniami parametrycznymi płaszczyzny. Napisać równanie parametryczne płaszczyzny przechodzącej przez początek układu współrzędnych i równoległej do wektorów u [1,2,3], v [0, 1,2]. 8

Fakt (równanie płaszczyzny przechodzącej przez trzy punkty) Równanie płaszczyzny przechodzącej przez trzy niewspółliniowe punkty P ( x, y, z ), P ( x, y, z ), P ( x, y, z ) ma postać 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 Fakt (równanie odcinkowe płaszczyzny) 1 1 1 : 0. 2 2 2 3 3 3 Równanie płaszczyzny odcinającej na osiach OX, OY, OZ układu współrzędnych odpowiednio odcinki (zorientowane) a, b, c przechodzącej przez trzy niewspółliniowe punkty abc,, 0 ma postać 1 1 1 1 : 1 a b c Powyższą zależność nazywany równaniem odcinkowym płaszczyzny. Znaleźć równanie płaszczyzny, która przechodzi przez punkt P ( 1,2,3) i odcina na osiach układu odcinki jednakowej 9

Fakt (równanie parametryczne prostej) RÓWNANIA PROSTYCH Równanie prostej l przechodzącej przez punkt P0 ( x0, y0, z0) o wektorze wodzącym r [ x, y, z ] i wyznaczonej przez niezerowy wektor kierunku v [ a, b, c] ma postać 0 0 0 0 lub po rozpisaniu lub l : r r tv, 0 gdzie 0 0 0 0 l : r r tv, l :[ x, y, z] [ x, y, z ] t[ a, b, c], gdzie t x x0 t a : y y0 t b, gdzie t. z z0 t c Fakt (równanie kierunkowe prostej) Równanie prostej l przechodzącej przez punkt P0 ( x0, y0, z0) i wyznaczonej przez niezerowy wektor kierunku v [ a, b, c] ma postać l x x y y z z a b c 0 0 0 :. Ten sposób zapisu równania parametrycznego prostej nazywamy jej równaniem kierunkowym. Napisać równanie parametryczne i kierunkowe prostej przechodzącej przez punkt P ( 1,0,3) i równoległej do wektora v [2, 1,5] 10

Definicja (równanie krawędziowe prostej) Prosta l, która jest częścią wspólną dwóch nierównoległych płaszczyzn 1 : A1 x B1 y C1z D1 0 oraz 2 : A2 x B2 y C2z D2 0, będziemy zapisywać w postaci A1 x B1 y C1z D1 0 l :. A2 x B2 y C2z D2 0 Ten sposób zapisu nazywamy jej równaniem krawędziowym. Fakt (o wektorze kierunkowym prostej w postaci kierunkowej) A1 x B1 y C1z D1 0 Wektor kierunkowy prostej l : A2 x B2 y C2z D2 0 v [ A, B, C ] [ A, B, C ]. 1 1 1 2 2 2 ma postać Prostą 6x 2y z 9 0 l : 3x 2y 2z 12 0 zapisać w postaci parametrycznej Definicja (rzutu punktu na płaszczyznę i na prostą) Rzutem prostokątnym punktu P na płaszczyznę nazywamy punkt spełniający warunek PP'. P ' tej płaszczyzny 11

Podobnie rzutem prostokątnym punktu P na prostą l nazywamy punkt warunek P P' l. P ' tej prostej spełniający Rzut ukośny punktu. 12

Fakt (odległość punktu od płaszczyzny) Odległość punktu P0 ( x0, y0, z0) od płaszczyzny : Ax By Cz D 0 wyraża się wzorem dp Fakt (odległość płaszczyzn równoległych) 2 2 Ax By Cz D 0 0 0 ( 0, ). 2 2 2 A B C Odległość między płaszczyznami równoległymi 1 i 2 o równaniach 1: Ax By Cz D1 0, : Ax By Cz D 0 wyraża się wzorem Obliczyć odległość: d D D 1 2 ( 1, 2). 2 2 2 A B C a) Punktu P (5, 1,6) od płaszczyzny :3x 4y 12z 12 0; b) płaszczyzn równoległych : x y 2z 5 0, : 2x 2y 4z 8 0. 1 2 Fakt (wzór do obliczania kąta nachylenia prostej do płaszczyzny) Kąt nachylenia prostej l o wektorze kierunkowym v do płaszczyzny o wektorze normalnym n wyraża się wzorem n v ( l, ) arcsin. nv Obliczyć kąt nachylenia prostej x 1 y z 2 l : do płaszczyzny :2x y z 0. : 2 1 2 13

Fakt (wzór do obliczania kąta między prostymi) Kąt między prostymi l1, l 2 o wektorach kierunkowych v1 i v 2 odpowiednio wyraża się wzorem 1 2 ( l1, l2) arccos. v1 v2 v v x 2t x 1 3s Obliczyć kąt między prostymi l 1 : y 1 t, t, l 2 : y 2 s. z t z 3 Fakt (wzór do obliczania kąta między płaszczyznami) Kąt między płaszczyznami 1 i 2 o wektorach normalnych odpowiednio n1 i n 2 wyraża się wzorem n n 1 2 ( 1, 2) arccos. n1 n2 Obliczyć kąt między płaszczyznami 1: x 2y z 1 0, 2: x 2y z 3 0. 14