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

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

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

VEKTORIT paikkavektori OA

Insinöörimatematiikka D

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

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

Vektorit, suorat ja tasot

Suorista ja tasoista LaMa 1 syksyllä 2009

Taso. Hannu Lehto. Lahden Lyseon lukio

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

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

MAA15 Vektorilaskennan jatkokurssi, tehtävämoniste

Juuri Kertaus Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

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

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

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

Insinöörimatematiikka D, laskuharjoituksien esimerkkiratkaisut

0, niin vektorit eivät ole kohtisuorassa toisiaan vastaan.

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

Suorien ja tasojen geometriaa Suorien ja tasojen yhtälöt

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

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

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

Suora. Hannu Lehto. Lahden Lyseon lukio

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

Insinöörimatematiikka D

3 Suorat ja tasot. 3.1 Suora. Tässä luvussa käsitellään avaruuksien R 2 ja R 3 suoria ja tasoja vektoreiden näkökulmasta.

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 9: Greenin lause

Yleistä vektoreista GeoGebralla

Ympyrän yhtälö

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

3 Skalaari ja vektori

Suoran yhtälöt. Suoran ratkaistu ja yleinen muoto: Suoran yhtälö ratkaistussa, eli eksplisiittisessä muodossa, on

Yhteenlaskun ja skalaarilla kertomisen ominaisuuksia

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 8: Divergenssi ja roottori. Gaussin divergenssilause.

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.

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

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

Lineaarikombinaatio, lineaarinen riippuvuus/riippumattomuus

Paraabeli suuntaisia suoria.

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

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

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

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

Vastaavasti, jos vektori kerrotaan positiivisella reaaliluvulla λ, niin

Avaruuden R n aliavaruus

802120P Matriisilaskenta (5 op)

Tekijä Pitkä matematiikka

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

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

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

r > y x z x = z y + y x z y + y x = r y x + y x = r

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

Tekijä Pitkä matematiikka

Kahden suoran leikkauspiste ja välinen kulma (suoraparvia)

, on säännöllinen 2-ulotteinen pinta. Määrää T x0 pisteessä x 0 = (0, 1, 1).

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 3: Osittaisderivaatta

s = 11 7 t = = 2 7 Sijoittamalla keskimmäiseen yhtälöön saadaan: k ( 2) = 0 2k = 8 k = 4

3 Yhtälöryhmä ja pistetulo

Lineaarikuvauksen R n R m matriisi

Kuvaus. Määritelmä. LM2, Kesä /160

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.

Lineaarialgebra (muut ko)

yleisessä muodossa x y ax by c 0. 6p

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 3 /

Ympyrä 1/6 Sisältö ESITIEDOT: käyrä, kulma, piste, suora

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II Syksy 2009 Laskuharjoitus 1 ( ) Ratkaisuehdotuksia Vesa Ala-Mattila

1 Kertaus. Lineaarinen optimointitehtävä on muotoa:

Ominaisarvo ja ominaisvektori

Pistetulo eli skalaaritulo

Ratkaisut vuosien tehtäviin

Kannan vektorit siis virittävät aliavaruuden, ja lisäksi kanta on vapaa. Lauseesta 7.6 saadaan seuraava hyvin käyttökelpoinen tulos:

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

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

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

Toisen asteen käyrien ja pintojen geometriaa Ympyrän ja pallon ominaisuuksia

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

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

2 Pistejoukko koordinaatistossa

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

Kantavektorien kuvavektorit määräävät lineaarikuvauksen

6 Vektoriavaruus R n. 6.1 Lineaarikombinaatio

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

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

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I. LM1, Kesä /218

Ensimmäisen asteen polynomifunktio

Insinöörimatematiikka D

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

Lineaarinen toisen kertaluvun yhtälö

Ellipsoidimenetelmä. Samuli Leppänen Kokonaislukuoptimointi. S ysteemianalyysin Laboratorio

Antti Rasila. Kevät Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto. Antti Rasila (Aalto-yliopisto) MS-A0204 Kevät / 16

Liittomatriisi. Liittomatriisi. Määritelmä 16 Olkoon A 2 M(n, n). Matriisin A liittomatriisi on cof A 2 M(n, n), missä. 1) i+j det A ij.

origo III neljännes D

4.1 Kaksi pistettä määrää suoran

2.5. Matriisin avaruudet ja tunnusluvut

Transkriptio:

TSON YHTÄLÖT VEKTORIT, M4 Jokainen seuraavista määrää avaruuden tason yksikäsitteisesti: - kolme tason pistettä, jotka eivät ole samalla suoralla, - yksi piste ja pisteen ulkopuolinen suora, - yksi piste ja kaksi erisuuntaista vektoria ja - yksi piste ja yksi vektori 0, ns. normaalivektori C B l Tason esitystapoja ovat: vektoriyhtälö, parametriesitys (2 parametria), normaalimuotoinen yhtälö ja koordinaattiyhtälö. Esimerkki: Tarkastellaan pisteiden, B ja C määräämää tasoa T. Voidaan muodostaa tason suuntavektorit B ja C. Piste P = (x, y, z) on tässä tasossa T jos pätee yhtälö. P = sb + tc, joillain s, t R. Laajennetaan tarkastelu ottamalla paikkavektorit käyttöön. OP = O + P eli OP = O + sb + tc B B C P C P OP z T O Tämä on tason vektorimuotoinen yhtälö, lyhyesti tason vektoriyhtälö. Ja vektoreita B ja C sanotaan tason suuntavektoreiksi. x O y 1

Jos tason suuntavektoreita merkitään u:lla (u = u x i + u y j + u z k) ja v :llä (v = v x i + v y j + v z k) ja jos piste P 0 = (x 0, y 0, z 0 ) on tason T piste, niin OP = OP 0 + su + tv eli xi + yj + zk = x 0 i + y 0 j + z 0 k + s u x i + u y j + u z k =OP =OP 0 =u + t v x i + v y j + v z k xi + yj + zk = x 0 + su x + tv x i + y 0 + su y + tv y j + z 0 + su z + tv z k x = x 0 + su x + tv x y = y 0 + su y + tv y z = z 0 + su z + tv z, s, t R. Tämä on tason parametriesitys. Huomaa kaksi parametria s ja t. =v Esimerkki Onko piste P = 2,3, 5 pisteiden = 1,2,0, B = 1,3, 2 ja C = 2,1,3 määräämässä tasossa? On, jos yhtälö toteutuu, eli jos löytyy s, t R. Muodostetaan suuntavektorit: B = 1 1 i + 3 2 j + 2 0 k = 2i + j 2k C = 2 1 i + 1 2 j + 3 0 k = i j + 3k Lisäksi OP = 2i + 3j 5k ja O = i + 2j. Saadaan OP = O + sb + tc 2i + 3j 5k = i + 2j + 0k + s 2i + j 2k + t i j + 3k = 1 2s + t i + 2 + s t j + 0 2s + 3t k 2 = 1 2s + t 3 = 2 + s t 5 = 0 2s + 3t t = 2s + 1 t = s 1 t = 2 3 s 5 3 2

Kahdesta ylimmästä yhtälöstä saadaan s 1 = 2s + 1 s = 2 t = = 3. Nämä s:n ja t:n arvot toteuttavat myös alimman yhtälön ja näin ollen piste P on BC -tasossa. Huomautus Kaikki kolme yhtälöä pitää käydä läpi ratkaisuarvoilla! Esimerkki Pisteet E = 1,2 3, F = 1, 1, 4 ja G = 2,1,2 määräävät tason T. Taso T leikkaa xy-tason pitkin suoraa. Määritä suoran yhtälö muodossa x + By + C = 0. Tason yhtälö T: OP = OE + tef + seg xi + yj + zk = i + 2j 3k + t 2i 3j k + s 3i j + k x = 1 + 2t + 3s y = 2 3t s, t, s R. z = 3 t + s Ja xy-tason suoralle pätee z = 0. Sijoitetaan x, y, 0, saadaan x = 1 + 2t + 3s y = 2 3t s x = 1 + 2 3 + s + 3s = 7 + 5s y = 2 3 3 + s s = 11 4s 0 = 3 t + s t = 3 + s sijoitus Eli x = 7 + 5s y = 11 4s, s R, Mutta tämähän on suoran parametrimuoto. Näin ollen s = x + 7 5 y 11 s = 4 Ja lopuksi kysytty muoto: x + 7 5 = y 11 4 4x 5y 27 = 0. 4x 28 = 5y 55 3

Määritelmä: Tason T normaalivektori n = ai + bj + ck on nollasta poikkeava vektori, jolle pätee n n x = 0, kaikille tason T suuntavektoreille x. T x x Esimerkki: Määritetään tason yhtälö hyödyntämällä pistetuloa: Olkoon T taso, joka sisältää pisteen P 0 = (x 0, y 0, z 0 ). Tällöin eräs tason T normaalivektori n on muotoa n = ai + bj + ck. Olkoon sitten piste P = (x, y, z) mielivaltainen tason T piste. Tällöin vektori n P P 0 P = x x 0 i + y y 0 j + z z 0 k, T on tasossa T ja pistetulon nojalla P 0 P P n P 0 P = 0 eli 0 ai + bj + ck x x 0 i + y y 0 j + z z 0 k = 0 a x x 0 +b y y 0 + c z z 0 = 0 Tämä on tason koordinaattiyhtälö. Kun koordinaattiyhtälön aukaisee (eli kertoo sulut auki), niin ax + by + cz ax 0 by 0 + cz 0 = 0. =:d Eli ax + by + cz + d = 0. Tämä on tason normaalimuotoinen yhtälö. HUOM! Tulos pätee kääntäen: yhtälö ax + by + cz + d = 0 esittää tasoa aina kun vähintään yksi kertoimista a, b, c 0. Lisäksi eräs tason normaalivektori on muotoa n = ai + bj + ck. Esimerkki Määritä tason x = 1 + r y = 1 + s + 3r, s, r R normaalimuotoinen z = 1 + 2s + 5r yhtälö? Eliminoidaan parametrit s ja r. Eka yhtälö antaa r = x 1. Sijoitetaan tämä tieto muihin yhtälöihin. Saadaan 4

y = 1 + s + 3 x 1 = 2 + s + 3x Yhdistetään tiedot ja z = 1 + 2s + 5 x 1 = 4 + 2s + 5x y = 2 + s + 3x z = 4 + 2s + 5x s = y + 2 3x sij. z = 4 + 2 y + 2 3x + 5x Saadaan z = 4 + +2y + 4 6x + 5x x 2y + z = 0. Huomautus Ei d- eli vakiotermiä taso kulkee origon kautta! Mitä vakio- eli d-termi tekee tasolle? Katso T-343 c). Esimerkki Taso kulkee pisteen P 0 = 4,5,6 kautta ja sen normaalivektori on n = 3i j + 2k. Määritä tason normaalimuotoinen yhtälö. Missä pisteessä taso leikkaa x-akselin? Olkoon P = x, y, z mielivaltainen tason T piste. Tällöin Ehdosta n P 0 P = 0 seuraa: P 0 P = x 4 i + y 5 j + z 6 k. n P 0 P = 3 x 4 + 1 y 5 + 2 z 6 0 = n P 0 P = 3 x 4 + 1 y 5 + 2 z 6 = 3x 12 y + 5 + 2z 12 = 3x y + 2z 19 Normaalimuotoinen yhtälö on 3x y + 2z 19 = 0. Taso leikkaa x-akselin, kun y = 0 ja z = 0. Sijoitus antaa 3x 0 + 2 0 19 = 0 3x = 19 x = 6 1 3. Siis, tason ja x-akselin leikkauskohta on 6 1 3, 0,0. Esimerkki (T 243 Pitkä Sigma/ YO-teht.) Osoita, että pisteiden P 1 = 2,11 1, 2 ja P 2 2 = 4, 1, 1 kautta kulkeva suora on kohtisuorassa pisteiden = 5,2,0, B = 1,1,1 ja 2 C = 4,1,3 kautta kulkevaa tasoa T vastaan. Pisteiden P 1 ja P 2 kautta kulkevan suoran suuntavektori s on muotoa 5

s = P 1 P 2 = 4 2 i + 1 2 11 1 2 j + 1 2 k = 2i 11j 3k, Ja tämän pitää siis olla normaalivektori tasolle T. Tason T vektoriyhtälö on (kun P = x, y, z ) Saadaan OP = O + rb + sc, r, s R = 5i + 2j + r 4i j + k + s i j + 3k = 5 4r s i + 2 r s j + r + 3s k x = 5 4r s y = 2 r s z = r + 3s B = 4i j + k C = i j + 3k x = 5 4 z 3s s y = 2 z 3s s r = z 3s sij. x = 5 4z + 11s x = 5 4z + 5,5y + 5,5z 11 y = 2 z + 2s s = 1 2 y + 1 z 1 sij. 2 Eli x 5,5y 1,5z + 6 = 0 ja eräs normaalivektori on n = i 5,5j 1,5k n = 1 2 s. TI (Ja paljon helpommin sama asia osoitettuna.) Koska s on tason normaalivektori, niin pätee s B = 0 s C = 0 2i 11j 3k 4i j + k = 8 + 11 3 = 0 2i 11j 3k i j + 3k = 2 + 11 9 = 0 Miksi tämä riittää? Koska B:n ja C:n kautta saadaan jokainen tason T suuntavektori määritettyä. Nyt vektorit B ja C ovat kanta tasolle T. Miten niin? Olkoon x tason T mielivaltainen vektori. Tällöin t, s R siten, että x = tb + sc s x = s tb + sc = t s B + s s C = t 0 + s 0 = 0 6