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

Podobne dokumenty
GEOMETRIA ANALITYCZNA W PRZESTRZENI

Elementy geometrii analitycznej w R 3

Arkusz 6. Elementy geometrii analitycznej w przestrzeni

Niezb. ednik matematyczny. Niezb. ednik matematyczny

Ekoenergetyka Matematyka 1. Wykład 6.

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

Wyk lad 7 Baza i wymiar przestrzeni liniowej

1 Przestrzeń liniowa. α 1 x α k x k = 0

stosunek przyrostu funkcji y do odpowiadajacego dy dx = lim y wielkości fizycznej x, y = f(x), to pochodna dy v = ds edkości wzgl edem czasu, a = dv

FUNKCJE LICZBOWE. x 1

1 Geometria analityczna

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

Liczby zespolone, liniowa zależność i bazy Javier de Lucas. a d b c. ad bc

Geometria w R 3. Iloczyn skalarny wektorów

c ze wzoru dwumianowego Newtona obliczyć sumy: a) 3 2 obliczyć wartości wyrazów będa cych liczbami ca lkowitymi,

Wektory w przestrzeni

Suma i przeciȩcie podprzestrzeń, suma prosta, przestrzeń ilorazowa Javier de Lucas

Rozdzia l 11. Przestrzenie Euklidesowe Definicja, iloczyn skalarny i norma. iloczynem skalarnym.

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

Wektor, prosta, płaszczyzna; liniowa niezależność, rząd macierzy

Indeks odwzorowania zmiennej zespolonej wzgl. krzywej zamknietej

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

Prosta i płaszczyzna w przestrzeni

r = x x2 2 + x2 3.

Wyk lad 4 Dzia lania na macierzach. Określenie wyznacznika

PODSTAWY RACHUNKU WEKTOROWEGO

Wyk lad 9 Przekszta lcenia liniowe i ich zastosowania

Przestrzenie wektorowe, liniowa niezależność wektorów, bazy przestrzeni wektorowych

Co to jest wektor? Jest to obiekt posiadający: moduł (długość), kierunek wraz ze zwrotem.

Przestrzenie wektorowe, liniowa niezależność Javier de Lucas

Geometria analityczna - przykłady

Elementy geometrii analitycznej w przestrzeni

Przekształcenia liniowe

ALGEBRA z GEOMETRIA, ANALITYCZNA,

Iloczyn wektorowy. Autorzy: Michał Góra

Geometria Analityczna w Przestrzeni

MiNI Akademia Matematyki na Politechnice Warszawskiej

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

1 Przestrzenie unitarne i przestrzenie Hilberta.

Przestrzenie wektorowe

Elementy geometrii w przestrzeni R 3

Zastosowanie Robotów. Ćwiczenie 6. Mariusz Janusz-Bielecki. laboratorium

Geometria analityczna

Arkusz 4. Elementy geometrii analitycznej w przestrzeni

Wyk lad 1 Podstawowe struktury algebraiczne

Pojȩcie przestrzeni metrycznej

Wyk lad 11 1 Wektory i wartości w lasne

WYK LAD 2: PODSTAWOWE STRUKTURY ALGEBRAICZNE, PIERWIASTKI WIELOMIANÓW, ROZK LAD FUNKCJI WYMIERNEJ NA U LAMKI PROSTE

Geometria Lista 0 Zadanie 1

WYBRANE DZIAŁY ANALIZY MATEMATYCZNEJ. Wykład II

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

Równania Maxwella. prawo Faraday a. I i uogólnione prawo Ampera. prawo Gaussa. D ds = q. prawo Gaussa dla magnetyzmu. si la Lorentza E + F = q( Fizyka

Aproksymacja kraw. Od wielu lokalnych cech (edge elements) do spójnej, jednowymiarowej. epnej aproksymacji

Przestrzenie liniowe

Wykład 5. Zagadnienia omawiane na wykładzie w dniu r

Geometria odwzorowań inżynierskich Zadania 01

Funkcja liniowa i prosta podsumowanie

Układy równań liniowych, macierze, Google

Geometria odwzorowań inżynierskich rzut środkowy 06A

Wyk lad 11 Przekszta lcenia liniowe a macierze

Przestrzenie liniowe

Przekształcenia liniowe

(α + β) a = α a + β a α (a + b) = α a + α b (α β) a = α (β a). Definicja 4.1 Zbiór X z dzia laniami o wyżej wymienionych w lasnościach

Geometria odwzorowań inżynierskich Zadania 02

Układy współrzędnych

Wyk lad 5 Grupa ilorazowa, iloczyn prosty, homomorfizm

Matematyka A, klasówka, 24 maja zania zadań z kolokwium z matematyki A w nadziei, że pope lni lem wielu b le. rozwia

Algorytm określania symetrii czasteczek

Endomorfizmy liniowe

Przestrzeń unitarna. Jacek Kłopotowski. 23 października Katedra Matematyki i Ekonomii Matematycznej SGH

Algebra linowa w pigułce

Statystyka w analizie i planowaniu eksperymentu

POCHODNA KIERUNKOWA. DEFINICJA Jeśli istnieje granica lim. to granica ta nazywa siȩ pochodn a kierunkow a funkcji f(m) w kierunku osi l i oznaczamy

Statystyka w analizie i planowaniu eksperymentu

SIMR 2016/2017, Analiza 2, wykład 1, Przestrzeń wektorowa

Wyk lad 10 Przestrzeń przekszta lceń liniowych

Zestaw nr 6 Pochodna funkcji jednej zmiennej. Styczna do krzywej. Elastyczność funkcji. Regu la de l Hospitala

cie uk ladu równań liniowych i podaliśmy sposoby rozwia

Wyk lad 14 Formy kwadratowe I

Wyk lad 9 Podpierścienie, elementy odwracalne, dzielniki zera

Pochodna funkcji. Niech f : A R, a A i załóżmy, że istnieje α > 0 taka, że

SZKO LA PODSTAWOWA HELIANTUS WARSZAWA ul. BAŻANCIA 16. Szeṡcian w uk ladzie wspȯ lrzȩdnych x, y, z GEOMETRIA PRZESTRZENNA STEREOMETRIA

Zadania z z matematyki dla studentów gospodarki przestrzennej UŠ. Marek Majewski Aktualizacja: 31 pa¹dziernika 2006

1 Zbiory i działania na zbiorach.

Wyk lad 6 Podprzestrzenie przestrzeni liniowych

Wyk lad 8 macierzy i twierdzenie Kroneckera-Capellego

Wyk lad 9 Baza i wymiar przestrzeni liniowej

Wykład 14. Elementy algebry macierzy

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

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

Grupy i cia la, liczby zespolone

Wyk lad 3 Wyznaczniki

Optymalizacja Rozpoczniemy od przedstawienia kilku charakterystycznych przyk ladów zadań optymalizacji liniowej.

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

PRZYGOTOWAWCZYCH KLASY DRUGIE

Zadania egzaminacyjne

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

Matematyka z el. statystyki, # 1 /Geodezja i kartografia I/

R n jako przestrzeń afiniczna

Oddzia lywania miedzycz. jony molekularne lub atomy. edzy A i B:

Transkrypt:

WYK LAD 5: GEOMETRIA ANALITYCZNA W R 3, PROSTA I P LASZCZYZNA W PRZESTRZENI R 3 Definicja 1 Przestrzenia R 3 nazywamy zbiór uporzadkowanych trójek (x, y, z), czyli R 3 = {(x, y, z) : x, y, z R} Przestrzeń R 3 interpretujemy jako zbiór punktów P (x, y, z). Definicja 2 Wektorem zaczepionym o poczatku w punkcie P 1 i końcu P 2 (symb. P 1 P 2 ) nazywamy uporzadkowan a pare punktów (P 1, P 2 ). Każdy wektor posiada cztery cechy: d lugość, kierunek, zwrot i punkt zaczepienia. D lugość wektora wyraźa sie wzorem: P 1 P 2 = (x 2 x 1 ) 2 + (y 2 y 1 ) 2 + (z 2 z 1 ) 2 Przez wektor swobodny u rozumiemy zbiór wszystkich wektorów (zaczepionych w różnych punktach) które maja ten sam kierunek, zwrot oraz d lugość co wektor u. Dzia lania na wektorach Niech u = (x, y, z); u 1 = (x 1, y 1, z 1 ); u 2 = (x 2, y 2, z 2 ); α R Wtedy u1 + u 2 = (x 1 + x 2, y 1 + y 2, z 1 + z 2 ); u1 u 2 = (x 1 x 2, y 1 y 2, z 1 z 2 ); α u = (αx, αy, αz) 1

Rysunek Definicja 3 Rzutem wektora a na oś s nazywamy wektor a s o poczatku i końcu bed acymi rzutami na te oś odpowiednio poczatku i końca wektora a. 2

W lasności dzia lań: 1. przemienność u + v = v + u 2. l aczność u + ( v + w ) = ( u + v ) + w 3. istnienie elementu neutralnego dodawania u + o = u 4. istnienie elementu przeciwnego wzgl edem dodawania u + ( u) = o 5. 1 u = u 6. (αβ) u = α(β u ) 7. (α + β) u = α u + β u 8. α( u + v ) = α u + α v Definicja 4 Kombinacja liniowa wektorów u i, i = 1, 2,..., n nazywamy wektor: n λ i ui = λ 1 u1 + λ 2 u2 +... + λ n un i=1 Definicja 5 Wektory u i, i = 1, 2,..., n nazywamy liniowo niezależnymi, jeżeli nie istnieje ich nietrywialna kombinacja liniowa równa zeru, czyli n λ i ui = o i=1,...,n λ i = 0 i=1 Wektory, które nie sa liniowa niezależne, nazywamy liniowo zależnymi. Definicja 6 Baza przestrzeni wektorowej nazywamy każdy maksymalny zbiór wektorów liniowo niezależnych. Uwaga. Każdy wektor z danej przestrzeni wektorowej można przedstawić w postaci kombinacji liniowej wektorów bazowych. Przyk lady: 3

Definicja 7 Dwa wektory a i b sa wspó lliniowe (równoleg le, liniowo zależne), gdy istnieje prosta w której sa zawarte. Definicja 8 Trzy wektory a, b i c sa wspó lp laszczyznowe (liniowo zależne), gdy istnieje p laszczyzna w której sa zawarte. 4

Iloczyn skalarny Definicja 9 a b = a b cos ( a, b ) Jeżeli a o i b o i a b = 0, to a b. Inne w lasności: 1. przemienność a b = b a 2. rozdz. dodawania wzg. iloczynu skalarnego: a ( b + c ) = a b + a c 3. l aczność (λ a ) b = λ( a b ) 4. a a = a 2 Iloczyn skalarny wektorów a = [a x, a y, a z ], nastepuj aco: b = [bx, b y, b z ] obliczamy a b = ax b x + a y b y + a z b z Zadania. 5

Iloczyn wektorowy Definicja 10 Iloczynem wektorowym a b wektorów a i b nazywamy wektor o nastepuj acych w lasnościach: ( a b ) a, ( a b ) b a b = a b sin ( a, b ) i o zwrocie zgodnym z orientacja przestrzeni. W lasności: 1. nieprzemienność b a = ( a b ) 2. rozdz. dodawania wzg. iloczynu wektorowego a ( b + c ) = a b + a c 3. l aczność (λ a ) b = λ( a b ) 4. a b = o a b dla a, b o 6

Iloczyn wektorowy wektorów a = [a x, a y, a z ], b = [b x, b y, b z ] obliczamy nastepuj aco: i j k a b = a x a y a z b x b y b z Dowód: 7

Iloczyn mieszany Definicja 11 a b c = ( a b ) c Niech: a = [ax, a y, a z ], b = [bx, b y, b z ], c = [cx, c y, c z ]. Wtedy iloczyn mieszany obliczamy ze wzoru: a b c = a x a y a z b x b y b z c x c y c z Interpretacja geometryczna: 8

PROSTA I P LASZCZYZNA W PRZESTRZENI R 3 Równanie p laszczyzny I. Równanie normalne p laszczyzny: Dane: punkt: P 0 (x 0, y 0, z 0 ) oraz wektor normalny n = [A, B, C] prostopad ly do szukanej p laszczyzny. Niech P (x, y, z) dowolny punkt leżacy na szukanej p laszczyźnie. Wtedy wektory P 0 P = [x x 0, y y 0, z z 0 ] oraz n musza być prostopad le. Stad: [A, B, C] [x x 0, y y 0, z z 0 ] = 0. Po rozpisaniu otrzymamy równanie normalne p laszczyzny: A(x x 0 ) + B(y y 0 ) + C(z z 0 ) = 0. Przyk lad. 9

II.Równanieogólnep laszczyzny : Równanie postaci Ax+By +Cz +D = 0 ( A + B + C > 0) to równanie ogólne p laszczyzny o wektorze normalnym n = [A, B, C] oraz przecinajacej oś Oz w punkcie z = D, (C 0). C II. Równanie ogólne p laszczyzny wyznaczonej przez dwa nierównoleg le wektory i przechodzacej przez punkt P 0 (x 0, y 0, z 0 ): Niech a = [a x, a y, a z ], b = [bx, b y, b z ], - ustalone dwa nierównoleg le wektory (swobodne), P 0 (x 0, y 0, z 0 ) -dowolny punkt. Rysunek Równanie ogólne Ax + By + Cz + D = 0 p laszczyzny π wyznaczymy z warunku: x x 0 y y 0 z z 0 a x a y a z = 0 b x b y b z 10

III. Równanie parametryczne p laszczyzny wyznaczonej przez dwa nierównoleg le wektory i przechodzacej przez punkt P 0 (x 0, y 0, z 0 ): Niech a = [a x, a y, a z ], b = [b x, b y, b z ], - ustalone dwa nierównoleg le wektory (swobodne), P 0 (x 0, y 0, z 0 ) -dowolny punkt. Rysunek Wtedy wektor P 0 P = [x x 0, y y 0, z z 0 ] jest kombinacja liniowa wektorów a i b. Stad istnieja takie s, t R, że: P 0 P = s a + t b. Po rozpisaniu otrzymamy: x = x 0 + sa x + tb x y = y 0 + sa y + tb y z = z 0 + sa z + tb z s, t R 11

IV. Równanie odcinkowe p laszczyzny Równanie p laszczyzny odcinajacej na osiach Ox, Oy, Oz uk ladu wspó lrzednych odpowiednio odcinki a, b, c 0: x a + y b + z c = 1. Równanie prostej w przestrzeni I. Równanie parametryczne prostej Niech v = [v x, v y, v z ]- dowolny wektor (swobodny) w przestrzeni i P 0 (x 0, y 0, z 0 ) - dowolny punkt. 12

Równanie parametryczne prostej l przechodzacej przez punkt P 0 i równoleg lej do wektora v : l : x = v x t + x 0 y = v y t + y 0 z = v z t + z 0 t R II. Równanie kierunkowe prostej Równanie kierunkowe prostej l przechodzacej przez punkt P 0 i równoleg lej do wektora v : x x 0 l : = y y 0 = z z 0. v x v y v z 13

III. Równanie krawedziowe prostej Równanie prostej l, która jest wspólna cześci a dwóch nierównoleg lych p laszczyzn π 1 : A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0 oraz π 2 : A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0 ma postać: l : { A1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0 A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0 14

Wzajemne po lożenie punktów, prostych i p laszczyzn Definicja 12 a) Rzutem prostokatnym punktu P na p laszczyzne π nazywamy punkt P tej p laszczyzny spe lniajacy warunek: P P π, b)rzutem prostokatnym punktu P na prosta l nazywamy punkt P tej prostej spe lniajacy warunek: P P l. 15

Theorem 13 [odleg lość punktu od p laszczyzny] Odleg lość punktu P 0 (x 0, y 0, z 0 ) od p laszczyzny π : Ax + By + Cz + D = 0 wyraża si e wzorem: Ax 0 + By 0 + Cz 0 + D A2 + B 2 + C 2, Theorem 14 [odleg lość pomi edzy dwoma p laszczyznami równoleg lymi] Odleg lość pomi edzy dwoma p laszczyznami równoleg lymi π 1 : Ax + By + Cz + D 1 = 0 oraz π 2 : Ax + By + Cz + D 2 = 0 wyraża si e wzorem: D 1 D 2 A2 + B 2 + C 2, 16

Theorem 15 [odleg lość dwóch prostych skośnych] Jeżeli proste skośne dane sa równaniami: l 1 : x x 1 a 1 = y y 1 b 1 = z z 1 c 1 l 2 : x x 2 a 2 = y y 2 b 2 = z z 2 c 2. to ich odleg lość wyraża si e wzorem: P 1 P 2 N N gdzie N = [a 1, b 1, c 1 ] [a 2, b 2, c 2 ], P 1 (x 1, y 1, z 1 ), P 2 (x 2, y 2, z 2 )., 17

Dowód. 18

Definicja 16 [kat nachylenia prostej do p laszczyzny] Katem nachylenia prostej l do p laszczyzny π nazywamy kat ostry α miedzy prosta l, a jej rzutem l na p laszczyzne π. 19

Definicja 17 [kat miedzy prostymi przecinajacymi sie] Katem miedzy przecinajacymi sie prostymi l 1 i l 2 nazywamy jeden z katów ostrych ϕ utworzonych przez te proste. Definicja 18 [kat miedzy prostymi skośnymi] Katem miedzy prostymi skośnymi l 1 i l 2 nazywamy jeden z katów ostrych ϕ utworzonych przez proste l 1 i l 2 równoleg le do prostych l 1 i l 2 oraz przechodzace przez poczatek uk ladu wspó lrzednych. WZÓR NA K AT MIEDZY PROSTYMI: ϕ = arccos k 1 k 2 k 1 k 2 gdzie k 1 i k 2 to odpowiednio wektory kierunkowe prostych l 1 i l 2. 20

Definicja 19 [kat miedzy p laszczyznami] Katem miedzy przecinajacyni sie p laszczyznami π 1 i π 2 nazywamy kat ostry ϕ miedzy prostymi zawartymi w tych p laszczyznach i prostopad lymi do ich wspólnej krawedzi. WZÓR NA K AT MIEDZY P LASZCZYZNAMI: ϕ = arccos n 1 n 2 n 1 n 2 gdzie n 1 i n 2 to odpowiednio wektory normalne p laszczyzn π 1 i π 2. 21