4 Vektorin komponenttiesitys

Samankaltaiset tiedostot
Tekijä Pitkä matematiikka b) Kuvasta nähdään, että b = i 4 j. c) Käytetään a- ja b-kohtien tuloksia ja muokataan lauseketta.

Tekijä Pitkä matematiikka Poistetaan yhtälöparista muuttuja s ja ratkaistaan muuttuja r.

Piste ja jana koordinaatistossa

Tekijä Pitkä matematiikka On osoitettava, että jana DE sivun AB kanssa yhdensuuntainen ja sen pituus on 4 5

Suorat ja tasot, L6. Suuntajana. Suora xy-tasossa. Suora xyzkoordinaatistossa. Taso xyzkoordinaatistossa. Tason koordinaattimuotoinen yhtälö.

Esimerkki 8. Ratkaise lineaarinen yhtälöryhmä. 3x + 5y = 22 3x + 4y = 4 4x 8y = r 1 + r r 3 4r 1. LM1, Kesä /68

Vektorit, suorat ja tasot

monissa laskimissa luvun x käänteisluku saadaan näyttöön painamalla x - näppäintä.

Matematiikan tukikurssi

3 Vektorin kertominen reaaliluvulla

Yhteenlaskun ja skalaarilla kertomisen ominaisuuksia

Vastaavasti, jos vektori kerrotaan positiivisella reaaliluvulla λ, niin

2.7 Neliöjuuriyhtälö ja -epäyhtälö

Vektorien pistetulo on aina reaaliluku. Esimerkiksi vektorien v = (3, 2, 0) ja w = (1, 2, 3) pistetulo on

0, niin vektorit eivät ole kohtisuorassa toisiaan vastaan.

Kertausosa. 5. Merkitään sädettä kirjaimella r. Kaaren pituus on tällöin r a) sin = 0, , c) tan = 0,

Vektorit. Kertausta Seppo Lustig (Lähde: avoinoppikirja.fi)

( ) ( ) ( ) ( ( ) Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 271 Päivitetty a) = keskipistemuoto.

c) Määritä paraabelin yhtälö, kun tiedetään, että sen huippu on y-akselilla korkeudella 6 ja sen nollakohdat ovat x-akselin kohdissa x=-2 ja x=2.

Yleistä vektoreista GeoGebralla

Tekijä Pitkä matematiikka Suoran pisteitä ovat esimerkiksi ( 5, 2), ( 2,1), (1, 0), (4, 1) ja ( 11, 4).

3 Skalaari ja vektori

1. Olkoot vektorit a, b ja c seuraavasti määritelty: a) Määritä vektori. sekä laske sen pituus.

Funktion raja-arvo 1/6 Sisältö ESITIEDOT: reaalifunktiot

Juuri 4 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Kertaus. b) B = (3, 0, 5) K2. 8 ( 1)

Ota tämä paperi mukaan, merkkaa siihen omat vastauksesi ja tarkista oikeat vastaukset klo 11:30 jälkeen osoitteesta

Lineaarialgebra MATH.1040 / trigonometriaa

MAA10 HARJOITUSTEHTÄVIÄ

Suora. Määritelmä. Oletetaan, että n = 2 tai n = 3. Avaruuden R n suora on joukko. { p + t v t R},

3. Piirrä kaksi tasoa siten, että ne jakavat avaruuden neljään osaan.

9. Vektorit. 9.1 Skalaarit ja vektorit. 9.2 Vektorit tasossa

A-osio. Tehdään ilman laskinta ja taulukkokirjaa! Valitse tehtävistä A1-A3 kaksi ja vastaa niihin. Maksimissaan tunti aikaa suorittaa A-osiota.

Muodonmuutostila hum

Geometriset avaruudet Pisteavaruus, vektoriavaruus ja koordinaattiavaruus

Lineaariavaruudet. Span. Sisätulo. Normi. Matriisinormit. Matriisinormit. aiheita. Aiheet. Reaalinen lineaariavaruus. Span. Sisätulo.

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Lineaarikombinaatio, lineaarinen riippuvuus/riippumattomuus

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

Aluksi Kahden muuttujan lineaarinen epäyhtälö

2 Vektorit koordinaatistossa

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I. LM1, Kesä /218

Vektorialgebra 1/5 Sisältö ESITIEDOT: vektori

2 Pistejoukko koordinaatistossa

MS-A Matriisilaskenta Laskuharjoitus 3

2 Vektorit koordinaatistossa

Jos γ on tylppä, niin. c 2 = h 2 + (b + s) 2 = a 2 s 2 + (b + s) 2 = a 2 + b 2 + 2bs

Juuri Kertaus Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Taso 1/5 Sisältö ESITIEDOT: vektori, koordinaatistot, piste, suora

30 + x ,5x = 2,5 + x 0,5x = 12,5 x = ,5a + 27,5b = 1,00 55 = 55. 2,5a + (30 2,5)b (27,5a + 27,5b) =

Tekijät: Hellevi Kupila, Katja Leinonen, Tuomo Talala, Hanna Tuhkanen, Pekka Vaaraniemi

Solmu 3/2001 Solmu 3/2001. Kevään 2001 ylioppilaskirjoitusten pitkän matematiikan kokeessa oli seuraava tehtävä:

Mb8 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) sivu 1/2

Kertausta: avaruuden R n vektoreiden pistetulo

c) Vektorit ovat samat, jos ne ovat samansuuntaiset ja yhtä pitkät. Vektorin a kanssa sama vektori on vektori d.

1.7 Gradientti ja suunnatut derivaatat

1.1 Vektorit. MS-A0007 Matriisilaskenta. 1.1 Vektorit. 1.1 Vektorit. Reaalinen n-ulotteinen avaruus on joukko. x 1. R n. 1. Vektorit ja kompleksiluvut

4.1 Kaksi pistettä määrää suoran

Tämä luku nojaa vahvasti esimerkkeihin. Aloitetaan palauttamalla mieleen, mitä koordinaatistolla tarkoitetaan.

Avaruuden kolme sellaista pistettä, jotka eivät sijaitse samalla suoralla, määräävät

Sovellutuksia Pinta-alan ja tilavuuden laskeminen Keskiö ja hitausmomentti

y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

Tekijä Pitkä matematiikka

Ortogonaaliset matriisit, määritelmä 1

4.3 Kehäkulma. Keskuskulma

3 Yhtälöryhmä ja pistetulo

Luonnollisten lukujen laskutoimitusten määrittely Peanon aksioomien pohjalta

5.3 Suoran ja toisen asteen käyrän yhteiset pisteet

Vapaus. Määritelmä. jos c 1 v 1 + c 2 v c k v k = 0 joillakin c 1,..., c k R, niin c 1 = 0, c 2 = 0,..., c k = 0.

2.3 Juurien laatu. Juurien ja kertoimien väliset yhtälöt. Jako tekijöihin. b b 4ac = 2

Lineaarialgebra MATH.1040 / voima

pienempää, joten vektoreiden välinen kulma voidaan aina rajoittaa välille o. Erikoisesti on

Juuri 4 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Kertaus. b) B = (3, 0, 5) K2. ( )

102 Käyrä. Piste ( 3,0 ) on käyrällä, jos ja vain jos sen koordinaatit. Siis piste ( 1, 2) Siis piste ( 3,0 ) ei ole käyrällä.

2) Kaksi lentokonetta lähestyy toisiaan samalla korkeudella kuvan osoittamalla tavalla. Millä korkeudella ja kuinka kaukana toisistaan ne ovat?

Pistetulo eli skalaaritulo

Vektorilla on suunta ja suuruus. Suunta kertoo minne päin ja suuruus kuinka paljon. Se on siinä.

Funktion derivaatta. Derivaatan määritelmä. Johdanto derivaatan määritelmään

1 2 x2 + 1 dx. (2p) x + 2dx. Kummankin integraalin laskeminen oikein (vastaukset 12 ja 20 ) antaa erikseen (2p) (integraalifunktiot

1. a. Ratkaise yhtälö 8 x 5 4 x + 2 x+2 = 0 b. Määrää joku toisen asteen epäyhtälö, jonka ratkaisu on 2 x 1.

Sähköstaattisen potentiaalin laskeminen

Lineaarikuvauksen R n R m matriisi

Viikon aiheet. Funktion lineaarinen approksimointi

Pythagoraan polku

2.2 Täydellinen yhtälö. Ratkaisukaava

Laudatur 4 MAA4 ratkaisut kertausharjoituksiin

Tämän luvun tarkoituksena on antaa perustaidot kompleksiluvuilla laskemiseen sekä niiden geometriseen tulkintaan. { (a, b) a, b œ R }

1.6. Yhteen- ja vähennyslaskukaavat

Suora 1/5 Sisältö ESITIEDOT: vektori, koordinaatistot, piste

Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 180 Päivitetty Pyramidi 4 Luku Ensimmäinen julkaistu versio

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

Suorien ja tasojen geometriaa Suorien ja tasojen yhtälöt

MAA15 Vektorilaskennan jatkokurssi, tehtävämoniste

2.3 Voiman jakaminen komponentteihin

Johdatus lineaarialgebraan

Ratkaisut vuosien tehtäviin

Mb8 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) sivu 1/3

Transkriptio:

4 Vektorin komponenttiesits Edellä on laskettu vektoreita hteen, vähennett toisistaan ja kerrottu niitä reaaliluvuilla. Yhteenlaskulle käänteistä toimitusta sanotaan vektorin jakamiseksi komponentteihin. Suomeksi sanottuna tämä tarkoittaa sitä, että annettu vektori esitetään kahden tai useamman vektorin summana. Tämä on leensä monimutkaisempaa kuin annetun luvun hajottaminen kahden luvun summaksi, sillä luvuilla ei ole sellaisia suuntavaatimuksia, joita vektoreilla tarkastelun kohteena olevassa asiassa varsin usein on. Komponenttivektoreille siis asetetaan leensä etukäteisehtoja. Tavallisin tapaus on jakaa vektori koordinaattiakseleiden suuntaisiin komponentteihin, eli esittää se (tasotapauksessa) kahden vektorin summana, joista toinen hteenlaskettava on -akselin ja toinen -akselin suuntainen. Fsiikassa tämä on varsin leistä. On mös mahdollista vaatia tiettjen suorien (vektoreiden) suuntaisia komponentteja ja joskus toisen komponentin on oltava juuri tietn mittainen jne. lla oleva suuntajana O ( vektorin a edustajana) on jaettu komponentteihin kolmella eri tavalla. Ne eivät ilmeisesti ole ainoat mahdollisuudet, vaan erilaisten esitstapojen lukumäärä on ääretön. B Esim. 1 Jaa suuntajana B kahteen suorien l ja m suuntaiseen komponenttiin olettaen, että annetut suorat kuin mös mainitun suuntajanan määräämä suora ovat kaikki erisuuntaiset.

Ratkaisu on sellainen, että piirretään pisteen kautta toisen, sanotaan m:n suuntainen suora ja pisteen B kautta toisen, siis l:n suuntainen suora. Nämä leikatkoot toisensa pisteessä S. Silloin S on vaadituista komponenteista toinen ja SB on toinen, sillä on voimassa vektorihtälö S + SB B komponentit resul tan tti l S B m Esim. Jaa vektori DK vektoreiden u ja v suuntaisiin komponentteihin, kun mitkään annetuista annetut vektoreista eivät ole keskenään hdensuuntaiset. D C v K v u D u

Suuntajanalle DK on valittu pisteestä alkava edustaja C ja mös vektorit u ja v on siirrett alkamaan pisteestä. Kuvio on tädennett (vajaaksi) suunnikkaaksi, jossa on voimassa htälö D+ DC C. Sen mukaan, mitä tiedetään vektorin kertomisesta reaaliluvulla ja sen mukaan miten piirros on suoritettu, tiedetään ilman muuta, että lötvät sellaiset reaaliluvut e ja f, että D ev ja DC f u, joten DK C ev + f u Näin on DK voitu lausua u: n ja v: n avulla eli on nt jaettu u: n ja v: n suuntaisiin komponentteihin. Tällaisessa tapauksessa sanotaan, että vektorit u ja v kannan. Kun nt on voimassa htälö e v + f u DK muodostavat erään, niin sanotaan, että reaaliluvut e ja f ovat suuntajanan (vektorin) DK skalaarikomponentit kannan ( u, v) suhteen vektorit ev ja f u ovat DK : n vektorikomponentit. Lause 5 Kun kantavektorit on annettu, vektorin komponentteihin jako on ksikäsitteinen. Edellähän todettiin, että vektori voidaan jakaa komponentteihin äärettömän monella eri tavalla. Lauseen 5 ksikäsitteiss tarkoittaa sitä, että jos on annettu tasosta kaksi erisuuntaista, nollasta eroavaa vektoria, sanokaamme vaikka u ja v, niin näiden määräämään tasoon kuuluva vektori a voidaan vain hdellä tavalla esittää u: n ja v: n lineaarikombinaationa ts. näiden ensiasteisena lausekkeena muodossa a ru + sv Lauseen todistamiseksi tehdään jälleen vastaoletus: On olemassa sellaiset reaaliluvut r, s, k ja m siten, että vektori a onkin voitu jakaa komponentteihin kahdella eri tavalla:

a ru + sv ru + sv ku + mv ( r k) u + ( s m) v 0 a ku + mv Lauseen 4 perusteella tästä seuraa heti, että r k ja s m, mikä juuri merkitsee komponenttijaon ksikäsitteisttä. NKR VROITUS: Jos annetut vektorit a ja b ovat hdensuuntaiset, näiden lineaarinen lauseke tulee nollaksi lukemattomin tavoin, eikä ainoastaan lausekkeena 0a + 0b 0, joskin mös on ilmeistä, että kahden nollavektorin summa on nollavektori. Yhdensuuntaisten vektoreiden tapauksessa riittää lötää sellainen lukupari c ja d, että c a ja db tulevat toistensa vastavektoreiksi. Nojautuessasi tehtäviä suorittaessasi lauseeseen 4 kiinnitä eritistä huomiota siihen, että lauseen oletukset ovat tätett. Jaettaessa vektoria komponentteihin on leisin tapa se, missä komponentit ja siis mös kantavektorit ovat koordinaattiakseleiden suuntaiset. Tällöin kantavektorit ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan (ortogonaalinen kanta) ja on harvinaista, että niiden pituus olisi jotakin muuta kuin 1 (ortonormitettu). Sellaista vektoria, joka on -akselin suuntainen ja pituudeltaan 1, merkitään smbolilla î. Tämän vektorin edustaja voi siten olla origosta alkava, pisteeseen (1,0) päättvä suuntajana. Vastaavasti merkitään -akselin suuntaista ksikkövektoria ĵ ja vielä z-akselin suuntaista ksikkövektoria kˆ. ĵ î.

Mikä tahansa -tason (suuntaisen tason) vektori voidaan aina lausua kannassa ( î, ĵ ) eli jakaa ksikäsitteisesti vektoreitten î ja ĵ suuntaisiin komponentteihin muodossa a a î + a ĵ. Reaaliluja a ja a sanotaan vektorin a skalaarikomponenteiksi kannan ( î, ĵ ) suhteen. Esim. 3 Piirrä vektorille b î 3ĵ origosta alkava edustaja. Tämän vektorin (peruskoulumaisesti) piirtämiseksi lähdetään origosta, edetään pitkin positiivista -akselia kahden i :n verran eli kaksi pituusksikköä ja tullaan pisteeseen (,0), josta otetaan suunta kohti etelää. Edetään sitten kohti lämpimiä maita kolme pituusksikköä eli asetellaan peräkkäin kolme j:n vastavektoria ja päädtään pisteeseen (, 3). Vektorin b î 3ĵ origosta alkava edustaja hdistää siten origon ja pisteen (, 3). Tässä, kuten ortonormitetussa tasotapauksessa aina muulloinkin, vektori ja sen vektorikomponentit muodostavat suorakulmaisen kolmion, josta vektorin pituus

on helposti laskettavissa. Komponentit ovat kolmiossa aina kateetit ja itse vektori on sen hpotenuusa. Esimerkin tapauksessa on siis a + ( 3) 13 ja leisesti on voimassa Lause 6 Olkoot a a i a j. Tällöin + ) (a ) a (a +. Seuraavassa kerrotaan, mitä tarkoittaa laskennallisissa sovellutuksissa erittäin hödllinen käsite, pisteen paikkavektori. Tämä käsite jo sinänsä ajattelevalle ihmiselle sanoo, että tässä pitäisi nt olla saatavissa oleellista tietoa pisteen sijainnista: MÄÄRITELMÄ 6 Origosta O alkavaa ja pisteeseen ( a, a ) päättvää suuntajanaa O sanotaan pisteen paikkavektoriksi. Reaaliluvut a kannassa ( î, ĵ). ja a ovat suoraan tämän vektorin skalaarikomponentit Kääntäen: Jos muotoa a a î a ĵ olevan vektorin alkupiste on + origo, niin vektorin loppupiste on (a, a ). Esim. 4 Piste B ( 19, 45). OB 19î 45ĵ.

Esim. 5 Vektori s 4î 4½ ĵ alkaa pisteestä ( 5,3). Missä on vektorin loppupiste?? Suoritus ei ole minkään arvoinen, jos tuloksen katsoo (paitsi laskujen tarkistamismielessä) kuviosta. Lasketaan tulos kättäen paikkavektoria. Olkoot vektorin s loppupiste B, jolloin s B, ja ( 5,3). Yhtälö O+ B OB esiint jatkossa useinkin, ja kun siihen tässä sijoitetaan tarpeelliset tiedot, saadaan joten B ( 1, 1½ ). OB 5î + 3ĵ + 4î 4½ ĵ î 1½ ĵ, Esim. 6 Suunnikkaan BCD virittävät pisteestä ( 4, 1) alkavat vektorit a B 5î 3ĵ ja b D î + ĵ. Määritä suunnikkaan lävistäjien leikkauspiste E. Tässä tarvitset sen tiedon, että suunnikkaan lävistäjät puolittavat toisensa. Yksi lävistäjä on C B + BC B D a + b, ja lävistäjän puolikasta edustaa suuntajana ½ C a + b E. Kun on määrättävä pisteen E koordinaatit, siihen päästään määräämällä pisteen 1 E paikkavektori OE O+ E 4 î + ĵ+ (5î 3ĵ+ î + ĵ) î + ĵ ½î + ½ j. 1 1 Lävistäjät puolittavat toisensa pisteessä (, ). +

Piirroksesta suoritettu tarkistus on hvässä sopusoinnussa laskemalla saadun tuloksen kanssa. Koordinaatistossa ksi ruutu vastaa htä pituuden ksikköä. Olkoot koordinaatiston kaksi mielivaltaista pistettä (, ) ja B (, ). 1 1 Tutusta htälöstä O+ B OB B OB O saadaan ottamalla huomioon, että O 1 î + 1ĵ ja OB î + ĵ suuntajanan B komponenttiesits B î + ĵ 1î 1ĵ ( 1)î + ( 1)ĵ. Tämän suuntajanan pituus janan B pituus saadaan nt helposti Pthagoraan lauseella, kun tiedetään, että vektori ja sen vektorikomponentit ortonormitetussa kannassa muodostavat suorakulmaisen kolmion; lause 6. Olkoot janan B keskipiste P. Tällöin kolmion OB mediaanille OP saadaan lauseen 5.3 nojalla 1 O OB i j i j i j OP + 1 + + + + + + 1 1 ( 1 ) ( 1 ) Suoritettujen tarkastelujen pohjalta voidaan kirjoittaa jo analttisenkin geometrian puolelta tutuksi känt tulos janan pituuden ja sen keskipisteen koordinaattien laskemiseksi ** Lause 7 Olkoot ( 1, 1 ) ja B (, ) kaksi mielivaltaista -tason pistettä. Janan B pituus B ( ) + ( ) 1 1 ja keskipisteen P koordinaatit o + +, o 1 1 **

Esim. 7 Kolmion BC kärjet ovat ( 3, ), B (4,0) ja C (1,4). Laske sivujen pituudet. B BC C (4 ( 3)) (1-4) + (4 0) + (0 ( )) ( 3 1) + ( 4) 49 + 4 53 7,8... 7.3 9 + 16 5 16 + 36 7,1... 7. Kolmio on varsin lähellä tasaklkistä. C B Esitetn kaltaisen esimerkin suorittaminen ei tietenkään edelltä minkäänlaista piirustusta, mutta kun kärkipisteiden koordinaatit on annettu, kolmion voi hvinkin tarkasti piirtää. Kuviosta voi mitata sivujen pituudet ja täsin laskelmista riippumattomalla tavalla kontrolloida, ovatko laskut menneet oikein. TÄLLISEN TRKISTUSMENETTELYN LIITTYMINEN SUORITUKSEEN NOST IN SUORITUKSEN RVO. Onhan kasvatuksen ksi tavoite opettaa arvioimaan kriittisesti ei ainoastaan toisten vaan omiakin tekeleitään.