Insinöörimatematiikka D

Samankaltaiset tiedostot
Insinöörimatematiikka D

Insinöörimatematiikka D

Insinöörimatematiikka D

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

Insinöörimatematiikka D

Insinöörimatematiikka D

Insinöörimatematiikka D

Insinöörimatematiikka D, laskuharjoituksien esimerkkiratkaisut

TASON YHTÄLÖT. Tason esitystapoja ovat: vektoriyhtälö, parametriesitys (2 parametria), normaalimuotoinen yhtälö ja koordinaattiyhtälö.

Insinöörimatematiikka D

Insinöörimatematiikka D

3x + y + 2z = 5 e) 2x + 3y 2z = 3 x 2y + 4z = 1. x + y 2z + u + 3v = 1 b) 2x y + 2z + 2u + 6v = 2 3x + 2y 4z 3u 9v = 3. { 2x y = k 4x + 2y = h

Insinöörimatematiikka D

Matikkapaja keskiviikkoisin klo Lineaarialgebra (muut ko) p. 1/210

VEKTORIT paikkavektori OA

Ristitulolle saadaan toinen muistisääntö determinantin avulla. Vektoreiden v ja w ristitulo saadaan laskemalla determinantti

Matikkapaja keskiviikkoisin klo Lineaarialgebra (muut ko) p. 1/81

Insinöörimatematiikka D

Insinöörimatematiikka D

Lineaarialgebra (muut ko)

Insinöörimatematiikka D

Insinöörimatematiikka D

Suorista ja tasoista LaMa 1 syksyllä 2009

Bijektio. Voidaan päätellä, että kuvaus on bijektio, jos ja vain jos maalin jokaiselle alkiolle kuvautuu tasan yksi lähdön alkio.

Avaruuden R n aliavaruus

Kertausta: avaruuden R n vektoreiden pistetulo

Kanta ja dimensio 1 / 23

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

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Suora. Hannu Lehto. Lahden Lyseon lukio

Seuraava luento ti on salissa XXII. Lineaarialgebra (muut ko) p. 1/117

Insinöörimatematiikka D

Insinöörimatematiikka D

Insinöörimatematiikka D

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

MAA15 Vektorilaskennan jatkokurssi, tehtävämoniste

Osoita, että täsmälleen yksi vektoriavaruuden ehto ei ole voimassa.

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.

Havainnollistuksia: Merkitään w = ( 4, 3) ja v = ( 3, 2). Tällöin. w w = ( 4) 2 + ( 3) 2 = 25 = 5. v = ( 3) = 13. v = v.

MS-C1340 Lineaarialgebra ja

Taso. Hannu Lehto. Lahden Lyseon lukio

Vektorit, suorat ja tasot

802320A LINEAARIALGEBRA OSA II

1 Sisätulo- ja normiavaruudet

Insinöörimatematiikka D

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

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

3 Skalaari ja vektori

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

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

Muistutus: Matikkapaja ke Siellä voi kysyä apua demoihin, edellisen viikon demoratkaisuja, välikoetehtävien selitystä, monisteesta yms.

6 Vektoriavaruus R n. 6.1 Lineaarikombinaatio

1 Lineaariavaruus eli Vektoriavaruus

802320A LINEAARIALGEBRA OSA I

Ensi viikon luennot salissa X. Lineaarialgebra (muut ko) p. 1/159

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

Johdatus lineaarialgebraan

Lineaarikombinaatio, lineaarinen riippuvuus/riippumattomuus

Kertausta: avaruuden R n vektoreiden pistetulo

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I. LM1, Kesä /218

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

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

l 1 2l + 1, c) 100 l=0 AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja

Vektorien virittämä aliavaruus

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

l 1 2l + 1, c) 100 l=0

9. Lineaaristen differentiaaliyhtälöiden ratkaisuavaruuksista

802120P Matriisilaskenta (5 op)

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

ominaisvektorit. Nyt 2 3 6

Insinöörimatematiikka D

Vektoreiden A = (A1, A 2, A 3 ) ja B = (B1, B 2, B 3 ) pistetulo on. Edellisestä seuraa

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI I Harjoitustehtäviä syksy Millä reaaliluvun x arvoilla. 3 4 x 2,

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

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.

Analyysi I (sivuaineopiskelijoille)

Oppimistavoitematriisi

Määritelmä 1. Olkoot V ja W lineaariavaruuksia kunnan K yli. Kuvaus L : V. Termejä: Lineaarikuvaus, Lineaarinen kuvaus.

Yleiset lineaarimuunnokset

Ominaisvektoreiden lineaarinen riippumattomuus

Kantavektorien kuvavektorit määräävät lineaarikuvauksen

Insinöörimatematiikka D

Vapaus. Määritelmä. Vektorijono ( v 1, v 2,..., v k ) on vapaa eli lineaarisesti riippumaton, jos seuraava ehto pätee:

802320A LINEAARIALGEBRA OSA III

Informaatiotieteiden yksikkö. Lineaarialgebra 1A. Pentti Haukkanen. Puhtaaksikirjoitus: Joona Hirvonen

Johdatus lineaarialgebraan. Juha Honkala 2017

Suorien ja tasojen geometriaa Suorien ja tasojen yhtälöt

x = y x i = y i i = 1, 2; x + y = (x 1 + y 1, x 2 + y 2 ); x y = (x 1 y 1, x 2 + y 2 );

Oppimistavoitematriisi

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

Kuvaus. Määritelmä. LM2, Kesä /160

Matriisilaskenta, LH4, 2004, ratkaisut 1. Hae seuraavien R 4 :n aliavaruuksien dimensiot, jotka sisältävät vain

Juuri Kertaus Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

6. OMINAISARVOT JA DIAGONALISOINTI

3.1 Lineaarikuvaukset. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. 3.1 Lineaarikuvaukset. 3.1 Lineaarikuvaukset

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

Oletetaan ensin, että tangenttitaso on olemassa. Nyt pinnalla S on koordinaattiesitys ψ, jolle pätee että kaikilla x V U

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II. LM2, Kesä /310

5 OMINAISARVOT JA OMINAISVEKTORIT

Transkriptio:

Insinöörimatematiikka D M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Matematiikan ja tilastotieteen laitos Turun yliopisto 2015 M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 1 of 15

Kertausta Determinantti 2 2-determinantti a c b d = ad bc. 3 3-determinantti a b c d e f g h i = a e h f i b d g f i + c d g e h. Vastaavasti useampi riviset determinantit. M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 2 of 15

Kertausta Vektoriavaruus R 3 Olkoot x = (x 1, x 2, x 3 ) ja y = (y 1, y 2, y 3 ). Pistetulo x y = x 1 y 1 + x 2 y 2 + x 3 y 3. Pistetulon indusoima normi x = x1 2 + x 2 2 + x 3 2. Normin indusoima etäisyys d(x, y) = x y. Kulma R 3 :ssa Jos x, y 0, niin vektorien x ja y väliselle kulmalle on voimassa Kohtisuoruus R 3 :ssa cos θ = x y x y Vektorit x, y R 3 ovat ortogonaalit eli kohtisuorat, jos x y = 0. M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 3 of 15

Kertausta Kanta ja dimensio Olkoon B = {x 1, x 2,..., x n } äärellinen joukko. Lineaarikombinaatioiden joukko L(B) = {c 1 x 1 + c 2 x 2 + + c n x n c i R}. Joukko B on vektoriavaruuden V kanta, jos V = L(B) ja B on lineaarisesti riippumaton. Jos B on V :n kanta, niin dimensio dim(v ) = n Esimerkki Avaruuden R 3 luonnollinen kanta {i, j, k}, jossa i = (1, 0, 0), j = (0, 1, 0) ja k = (0, 0, 1). M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 4 of 15

Avaruuden R 3 geometriaa Määritelmä Avaruuden R 3 vektoreiden x = (x 1, x 2, x 3 ) ja y = (y 1, y 2, y 3 ) ristitulo määritellään x y = (x 2 y 3 x 3 y 2, x 3 y 1 x 1 y 3, x 1 y 2 x 2 y 1 ). Muistisääntö Ristitulo x y voidaan ajatella seuraavan determinantin avulla: x y i j k = x 1 x 2 x 3 y 1 y 2 y 3 = i x 2 x 3 y 2 y 3 j x 1 x 3 y 1 y 3 + k x 1 x 2 y 1 y 2 = (x 2 y 3 x 3 y 2 )i (x 1 y 3 x 3 y 1 )j + (x 1 y 2 x 2 y 1 )k = (x 2 y 3 x 3 y 2, x 3 y 1 x 1 y 3, x 1 y 2 x 2 y 1 ) M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 5 of 15

Avaruuden R 3 geometriaa Esimerkki Lasketaan vektorien x = (1, 1, 0) ja y = (0, 3, 2) ristitulo x y. Skalaarikolmitulo Lause: Olkoot x = (x 1, x 2, x 3 ), y = (y 1, y 2, y 3 ) ja z = (z 1, z 2, z 3 ). Tällöin x 1 x 2 x 3 x (y z) = y 1 y 2 y 3 z 1 z 2 z 3 x (y z) = y (z x) = z (x y) M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 6 of 15

Avaruuden R 3 geometriaa Seuraus Ristitulo on kohtisuorassa alkuperäisiin vektoreihin nähden eli x (x y) = 0 ja y (x y) = 0. Lause x y = y x (x + y) z = x z + y z (ax) y = x (ay) = a(x y) x x = 0 x y 2 + (x y) 2 = x 2 y 2. x y = x y sin θ, missä θ on vektoreiden x ja y välinen kulma. M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 7 of 15

Avaruuden R 3 tasot Määritelmä Olkoon V R n aliavaruus ja r R n jokin vektori. Tällöin sanotaan, että joukko on aliavaruuden V sivuluokka. Määritelmä r + V = {r + v v V } Olkoon V avaruuden R 3 aliavaruus, jonka dimensio dim(v ) = 2. Silloin V = L(x, y) joillakin x, y R 3 ja geometrisesti V on origon kautta kulkeva taso. Kaikki R 3 :n tasot saadaan origon kautta kulkevien tasojen sivuluokkina. M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 8 of 15

Avaruuden R 3 tasot Parametriesitys T = r + L(x, y) = {r + c 1 x + c 2 y c 1, c 2 R} Jos vektorit x ja y ovat lineaarisesti riippuvia, niin aliavaruus L(x, y) ei ole kaksiulotteinen eikä tällöin kyseessä ole taso. Vektoreita x ja y sanotaan tason T suuntavektoreiksi ja vektoria r tason T paikkavektoriksi. Reaaliluvut c 1 ja c 2 ovat parametreja. Käyttökelpoinen tason T pisteiden generoimiseksi. Parametrimuodosta hankala selvittää, onko v T. Hankala selvittää, ovatko kaksi tasoa samat. M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 9 of 15

Avaruuden R 3 tasot Normaalimuoto Olkoon n R 3 normaalivektori. Normaalivektoria n vastaan kohtisuorassa olevat vektorit muodostavat origon kautta kulkevan tason T 0 : T 0 = {x R 3 x n = 0}. Kaikki R 3 :n tasot saadaan origon kautta kulkevien tasojen sivuluokkina (T = x 0 + T 0 ): T = {x 0 + x x R 3, n x = 0} = {x R 3 (x x 0 ) n = 0}. x 0 on tason T paikkavektori ja n normaalivektori. M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 10 of 15

Avaruuden R 3 tasot Koordinaattimuoto Merkitsemällä n = (a, b, c), x = (x, y, z) ja x 0 = (x 0, y 0, z 0 ) saadaan yhtälö (x x 0 ) n = 0 muotoon a(x x 0 ) + b(y y 0 ) + c(z z 0 ) = 0, ja edelleen missä d = ax 0 + by 0 + cz 0. ax + by + cz = d, Käyttökelpoinen kysymyksen v T? ratkaisemiseksi Hankala tason pisteiden generoimiseksi. Vertaamalla koordinaattimuotoja voidaan selvittää ovatko kaksi tasoa T 1 ja T 2 samat. M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 11 of 15

Avaruuden R 3 tasot Kolme pistettä Jos avaruuden R 3 pisteet p 1, p 2 ja p 3 eivät ole samalla suoralla, ne määrittävät tason T yksikäsitteisesti. Huomautus Pisteet p 1, p 2 ja p 3 ovat samalla suoralla tarkalleen silloin kun p 3 p 1 ja p 2 p 1 ovat lineaarisesti riippuvat. Huomautus Jos tasoilla T 1 ja T 2 on kolme yhteistä pistettä, jotka eivät ole samalla suoralla, niin tasot T 1 ja T 2 ovat samat. Määritelmä Tasojen T 1 ja T 2 välisellä kulmalla tarkoitetaan niiden normaalivektorien välistä kulmaa. M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 12 of 15

Avaruuden R 3 suorat Määritelmä Olkoon V avaruuden R 3 aliavaruus, jonka dimensio dim(v ) = 1. Silloin V = L(x) jollakin x R 3 ja geometrisesti V on origon kautta kulkeva suora. Kaikki R 3 :n suorat saadaan origon kautta kulkevien suorien sivuluokkina. Parametrimuoto L = r + L(x) = {r + cx c R} Vektoria r kutsutaan suoran L paikkavektoriksi ja vektoria x sen suuntavektoriksi. Käyttökelpoinen suoran pisteiden generoimiseksi. Hankala kysymyksen v L ratkaisemiseksi. M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 13 of 15

Avaruuden R 3 suorat Merkintä Merkitään r = (x 0, y 0, z 0 ) ja x = (a, b, c), jolloin L = {(x 0, y 0, z 0 ) + t(a, b, c) t R}, jolloin suoran pisteet ovat muotoa (x, y, z) = (x 0 + ta, y 0 + tb, z 0 + tc), josta t = x x 0 a = y y 0 b = z z 0 c Koordinaattimuoto x x 0 a = y y 0 b = z z 0 c M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 14 of 15

Avaruuden R 3 suorat Kaksi pistettä Mitkä hyvänsä pisteet p 1 ja p 2 määrittävät niiden kautta kulkevan suoran yksikäsitteisesti Huomautus Jos suorilla L 1 ja L 2 on kaksi yhteistä pistettä, niin suorat L 1 ja L 2 ovat samat. Kahden tason leikkaus Jos tasot T 1 ja T 2 eivät ole samansuuntaiset, määrittää niiden leikkaus suoran. M. Hirvensalo mikhirve@utu.fi V. Junnila viljun@utu.fi Luentokalvot 8 15 of 15