Tampereen yliopisto Tietokonegrafiikka 2013 Tietojenkäsittelytiede Harjoitus

Samankaltaiset tiedostot
BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

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

Tekijä Pitkä matematiikka Pisteen (x, y) etäisyys pisteestä (0, 2) on ( x 0) Pisteen (x, y) etäisyys x-akselista, eli suorasta y = 0 on y.

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

y=-3x+2 y=2x-3 y=3x+2 x = = 6

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

Yleistä vektoreista GeoGebralla

Suorien ja tasojen geometriaa Suorien ja tasojen yhtälöt

MAA15 Vektorilaskennan jatkokurssi, tehtävämoniste

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Ratkaisu: Maksimivalovoiman lauseke koostuu heijastimen maksimivalovoimasta ja valonlähteestä suoraan (ilman heijastumista) tulevasta valovoimasta:

Suorista ja tasoista LaMa 1 syksyllä 2009

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

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

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

Paraabeli suuntaisia suoria.

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

Lineaarikuvausten. Lineaarikuvaus. Lineaarikuvauksia. Ydin. Matriisin ydin. aiheita. Aiheet. Lineaarikuvaus. Lineaarikuvauksen matriisi

Tekijä Pitkä matematiikka

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

yleisessä muodossa x y ax by c 0. 6p

Tampereen yliopisto Tietokonegrafiikka 2013 Tietojenkäsittelytiede Harjoitus

Ratkaisut vuosien tehtäviin

Luento 3: 3D katselu. Sisältö

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

, c) x = 0 tai x = 2. = x 3. 9 = 2 3, = eli kun x = 5 tai x = 1. Näistä

2 Pistejoukko koordinaatistossa

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

Laudatur 4 MAA4 ratkaisut kertausharjoituksiin

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

Kuvaus. Määritelmä. LM2, Kesä /160

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

A B = (1, q, q 2 ) (2, 0, 2) = 2 2q q 2 = 0 q 2 = 1 q = ±1 A(±1) = (1, ±1, 1) A(1) A( 1) = (1, 1, 1) (1, 1, 1) = A( 1) A(1) A( 1) = 1

Osoita, että kaikki paraabelit ovat yhdenmuotoisia etsimällä skaalauskuvaus, joka vie paraabelin y = ax 2 paraabelille y = bx 2. VASTAUS: , b = 2 2

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

Taso. Hannu Lehto. Lahden Lyseon lukio

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

1 Sisätulo- ja normiavaruudet

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

kartiopinta kartio. kartion pohja, suora ympyräkartio vino pyramidiksi

Ominaisvektoreiden lineaarinen riippumattomuus

Kertausta: avaruuden R n vektoreiden pistetulo

MATEMATIIKAN KOE PITKÄ OPPIMÄÄRÄ

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

Tekijä Pitkä matematiikka

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

Tehtävien ratkaisut

Insinöörimatematiikka D

1. a) b) Nollakohdat: 20 = c) a b a b = + ( a b)( a + b) Derivaatan kuvaajan numero. 1 f x x x g x x x x. 3. a)

Konformigeometriaa. 5. maaliskuuta 2006

Vektorit, suorat ja tasot

x 5 15 x 25 10x 40 11x x y 36 y sijoitus jompaankumpaan yhtälöön : b)

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

Ville Turunen: Mat Matematiikan peruskurssi P1 1. välikokeen alueen teoriatiivistelmä 2007

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

Toisen asteen käyrien ja pintojen geometriaa Ympyrän ja pallon ominaisuuksia

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I, HY Kurssikoe Ratkaisuehdotus. 1. (35 pistettä)

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

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

3 TOISEN ASTEEN POLYNOMIFUNKTIO

2 / :03

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

MATEMATIIKAN KOE, LYHYT OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

802320A LINEAARIALGEBRA OSA II

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

MAA2.3 Koontitehtävät 2/2, ratkaisut

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

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

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Malliratkaisut 4 / vko 47

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

Oppimateriaali oppilaalle ja opettajalle : GeoGebra oppilaan työkaluna ylioppilaskirjoituksissa 2016 versio 0.8

Yhtälön oikealla puolella on säteen neliö, joten r. = 5 eli r = ± 5. Koska säde on positiivinen, niin r = 5.

GEOMETRIA MAA3 Geometrian perusobjekteja ja suureita

Juuri Kertaus Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Algebra I, Harjoitus 6, , Ratkaisut

Hyvä uusi opiskelija!

Lineaarialgebra (muut ko)

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2017 Insinöörivalinnan matematiikan koe , Ratkaisut (Sarja A)

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

Ratkaisuja, Tehtävät

Ellipsit, hyperbelit ja paraabelit vinossa

MAA7 7.3 Koe Jussi Tyni Valitse kuusi tehtävää! Tee vastauspaperiin pisteytysruudukko! Kaikkiin tehtäviin välivaiheet näkyviin!

Matriisilaskenta Laskuharjoitus 1 - Ratkaisut / vko 37

Kokeile ilmaiseksi mafyvalmennus.fi/mafynetti. Valmistaudu täydellisesti lääkiksen pääsykokeeseen! Miten opit parhaiten?

Geometriset avaruudet Pisteavaruus, vektoriavaruus ja koordinaattiavaruus

z 1+i (a) f (z) = 3z 4 5z 3 + 2z (b) f (z) = z 4z + 1 f (z) = 12z 3 15z 2 + 2

LASKIN ON SALLITTU ELLEI TOISIN MAINITTU! TARKISTA TEHTÄVÄT KOKEEN JÄLKEEN JA ANNA PISTEESI RUUTUUN!

3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset. 3.2 Matriisien laskutoimitukset. Olkoot A 2 := AA =

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I. LM1, Kesä /218

Anna jokaisen kohdan vastaus kolmen merkitsevän numeron tarkkuudella muodossa

Luento 8: Epälineaarinen optimointi

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

Tekijä Pitkä matematiikka a) Ratkaistaan nimittäjien nollakohdat. ja x = 0. x 1= Funktion f määrittelyehto on x 1 ja x 0.


Transkriptio:

Tampereen yliopisto Tietokonegrafiikka 2013 Tietojenkäsittelytiede Harjoitus 2 7.2.2013 1. Matematiikan lukiokurssissa on esitetty, että ylöspäin aukeavan paraabelin f(x) = ax 2 +bx+c,a > 0,minimikohtasaadaan,kunf (x) = 0elimuuttujan x arvolla x = b/2a. Määritä se muuttujan t arvo, jolla suoran l : P + tu piste on lähinnä pistettä Q. Vihje: Katso mallia leikkauslaskelmista ja laske funktion f(t) = d 2 (P +tu,q) minimikohta. 2. Esitetään valonsäteet puolisuorina muodossa P + tu, u = 1 ja t 0, missä u on säteen suunta ja P lähtöpiste. Tarkastellaan säteen heijastumista tasosta kaksiulotteisesti. Laske mihin pisteeseen osuu y-akselilla valonsäde, joka lähtee origosta suuntaan (1, 2) ja heijastuu suorasta ) 1 2 l : (X (3,3)) ( ( 1, 1) = 0.? l 3. Määritä valonsäde, joka saadaan, kun origosta suuntaan (1, 2) lähtevä valonsäde heijastuu pallosta S, jonka keskipiste on (4,5) ja säde 2. Pallon pinnan normaali leikkauspisteessä on tietenkin pallon keskipisteestä leikkauspisteeseen menevän vektorin suuntainen. S 4. Johda projektion avulla kuvaus, jolla voidaan skaalata avaruutta annetun suuntavektorin u suuntaisesti kertoimella s. 1

5. Ohjelmointiympäristö. Tällä kurssilla tutustutaan grafiikan tuottamiseen OpenGL 4.0 ohjelmointirajapinnan avulla. Harmillinen asia on se, että sellaiset opiskelijat, joiden tietokoneen näyttökortti ei tue DirectX10/OpenGL 3.3 määritystä, eivät voi kääntää/ajaa ohjelmia. Tämä seikka ei kuitenkaan estä tehtävien tekemistä. Vanhempaa OpenGL määritystä ei käytetä, koska se poistuu vähitellen käytöstä. Lue osoitteesta http://openglbook.com kohta read the preface. Jos sinulla ei ole C/C++ kääntäjää, niin asenna jokin luvun lopussa mainittu kääntäjä koneellesi. Asenna myös freeglut ja glew kirjastot. Lue sen jälkeen luku 1 ja kokeile kääntää sivulta löytyvä esimerkkiohjelma. Vastaa lyhyesti seuraaviin kysymyksiin. Mikä tehtävä on freeglut ja glew kirjastoilla? Mitä tarkoittaa Shader ohjelma? Mikä merkittävä etu saavutetaan ns. buffer objekteilla? 6. Luennoilla on käsitelty 3 3-matriisien käyttöä mm. kiertoihin, vääntöihin ja skaalauksiin, jotka ovat kaikki kääntyviä kuvauksia. On kuitenkin joitakin kuvauksia, jotka eivät ole kääntyviä, mutta ovat siitä huolimatta hyödyllisiä etenkin johdettaessa matriiseja, jotka tuottavat haluttuja kuvauksia. Ohessa tarkastellaan vektoriprojektion, vektorin kohtisuoran projektion tasolle ja ristitulon esittämistä matriisikertolaskun avulla. Perustele, että projektiot voidaan laskea 3 3-matriiseilla seuraavasti: ) Proj u v : uut u 2v, Proj u (I v : uut v. u 2 Kun u on yksikkövektori,kaavat saavat miellyttävätmuodot uu T ja I uu T. Perustele lisäksi, että myös ristitulo voidaan laskea 3 3-matriisilla: 0 u 3 u 2 u v : Skew(u)v = u 3 0 u 1 v. u 2 u 1 0 7. JohdaedellisentehtäväntulostenperusteellamatriisiS u,s,jokaesittäätehtävän 4 kuvausta. 2

8. Jotta voidaan määrittää leikkaako esim. suora kolmiota, pitää ensin määrittää piste, jolla suora leikkaa kolmion tai monikulmion määräämää tasoa. Ensin tietenkin on määritettävä monikulmion määräämä taso. Määritä sen tasonyhtälö,jonkapisteetp = (1,0,0),Q = (0,1,0),R = (0,2,3)määräävät, muodossa (X S) n = 0. Vihje: Käytä ristituloa. Vektoriprojektioista Määritellään vektorin v vektoriprojektio vektorille u ja vektorin u virittämän R 3 aliavaruuden komplementtiavaruudelle (eli yksikertaisesti kohtisuora projektio sille origon kautta kulkevalle tasolle, jonka normaali u on) seuraavasti: Proj u v = u v u 2u, Proj u v = v Proj uv. Projektioille pätee Proj u v u, Proj u v u ja v = Proj u v +Proj u v eli ne jakavat vektorin v kahteen osaan, joista toinen on kohtisuora vektorin u kanssa ja toinen sen suuntainen. Vrt. kuva Proj u v v Proj u v u Todistetaan tässä kohta Proj u v u: ( (Proj u v) u = v v u ) u 2u u = v u v u u 2(u u) = v u v u = v u v u = 0. u 2 u 2 Suoran ja tason leikkaus Esitetään suora muodossa l : X = P +tu ja taso muodossa (X Q) n = 0. { (X Q) n = 0 X = P +tu (P +tu Q) n = 0 (P Q) n+t(u n) = 0 t = (P Q) n u n 3 = (Q P) n u n

Kun suora on tason suuntainen on u n = 0. Tällöin, jos suoran piste P toteuttaa tason yhtälön eli (P Q) n, on leikkaus koko suora, muutoin taso ja suora eivät leikkaa. Pallon ja suoran leikkaus Esitetään suora l muodossa l : P + tu, u = 1 ja pallo S muodossa S : d 2 (X,Q) = r 2, missä d 2 (X,Q) on etäisyyden neliö ja r 2 on pallon säteen neliö. Säteen ja etäisyyden korottaminen toiseen potenssiin ei aina ole välttämätöntä, mutta usein on helpompaa laskea etäisyyden neliöllä kuin itse etäisyydellä. Nyt yhtälö saa muodon X Q 2 = (X Q) (X Q) = r 2. { d 2 (X,Q) = r 2 X = P +tu d 2 (P +tu,q) = P +tu Q 2 = r 2 (P +tu Q) (P +tu Q) = r 2 (P Q+tu) (P Q+tu) = r 2 (P Q) (P Q+tu)+tu (P Q+tu) = r 2 (P Q) (P Q)+(P Q) (tu)+(tu) (P Q)+(tu) (tu) = r 2 P Q 2 +2t(u (P Q))+ u 2 t 2 = r 2 P Q 2 +2t(u (P Q))+t 2 = r 2 t 2 +2t(u (P Q))+ P Q 2 r 2 = 0 t = 2(u (P Q))± 4(u (P Q)) 2 4( P Q 2 r 2 ) 2 t = (u (P Q))± (u (P Q)) 2 P Q 2 +r 2 Jos neliöjuuren alla oleva lauseke on < 0, niin suora ei leikkaa palloa. Kun suoran muoto on sellainen, että u 1, niin lauseke saa muodon: t = (u (P Q))± (u (P Q)) 2 u 2 P Q 2 + u 2 r 2 u 2. 4

Vektoritulojen ominaisuuksia (DP1) u v = v u (CP1) u v = v u (DP2) u (v+w) = u v+u w (CP2) u (v+w) = u v+u w (DP3) (αu) v = α(u v) (CP3) (αu) v = α(u v) (DP4) u u = 0 u = Θ (CP4) u (v w) = (u v) w u v u v = 0 u v u v = Θ u v u,v Olkoon vektoreiden u ja v välinen kulma α. Tällöin seuraavat yhtälöt ovat voimassa: u v = u v cosα, u v = u v sinα. 5