Vektorer En vektor anger en riktning i rummet (eller planet) och en längd (belopp). Vektorer brukar ritas som pilar, Vektoraddition

Relevanta dokument
Exempelsamling :: Vektorintro V0.95

1. Inledning. x y z. u = xe 1 + ye 2 + ze 3 = e

{ 1, om i = j, e i e j = 0, om i j.

Bestäm den sida som är markerad med x.

Vektorgeometri. En vektor v kan representeras genom pilar från en fotpunkt A till en spets B.

kan vi uttrycka med a, b och c. Avsnitt 2, Vektorer SA + AB = SB AB = SB SA = b a, Vi ritar först en figur av hur pyramiden måste se ut.

Rotation Rotation 187

Vektorgeometri för gymnasister

Veckoblad 1, Linjär algebra IT, VT2010

VEKTORRUMMET R n. 1. Introduktion

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

1 av 9. vara en icke-nollvektor på linjen L och O en punkt på linjen. Då definierar punkten O och vektorn e ett koordinataxel.

October 9, Innehållsregister

Föreläsning 13 Linjär Algebra och Geometri I

1 Linjära ekvationssystem. 2 Vektorer

Vektorgeometri för gymnasister

. b. x + 2 y 3 z = 1 3 x y + 2 z = a x 5 y + 8 z = 1 lösning?

Vektorgeometri för gymnasister

P Q = ( 2, 1, 1), P R = (0, 1, 0) och QR = (2, 2, 1). arean = 1 2 P Q P R

1 Vektorer i koordinatsystem

September 13, Vektorer En riktad sträcka P Q, där P Q, är en pil med foten i P och med spetsen i Q. Denna har. (i) en riktning, och

Vektorgeometri för gymnasister

===================================================

LÖSNINGAR TILL LINJÄR ALGEBRA kl 8 13 LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK. 1. Volymen med tecken ges av determinanten.

Figur 5.1. En triangel där nedre högra hörnet har en rät vinkel (90 ).

KOKBOKEN 1. Håkan Strömberg KTH STH

vara n-dimensionella vektorer. Skalärprodukten av a och b betecknas a b ) vara tvådimensionella vektorer. Skalärprodukten av a och b är

Begrepp:: Kort om Kryssprodukt

MAA123 Grundläggande vektoralgebra

Vektorgeometri för gymnasister

Subtraktion. Räkneregler

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 1

LEDNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 2 OBS! En fullständig lösning måste innehålla en figur!

Enhetsvektorer. Basvektorer i två dimensioner: 1 1 Basvektorer i tre dimensioner: Enhetsvektor i riktningen v: v v

En kortfattad redogörelse för Determinantbegreppet

SF1624 Algebra och geometri

Linjär algebra på 2 45 minuter

(a) Bestäm för vilka värden på den reella konstanten c som ekvationssystemet är lösbart. (b) Lös ekvationssystemet för dessa värden på c.

Determinant Vi förekommer bokens avsnitt, som handlar om determinanter eftersom de kommer att användas i detta avsnitt. a 11 a 12 a 21 a 22

Vektorgeometri för gymnasister

Mer om analytisk geometri

LÖSNINGAR LINJÄR ALGEBRA LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

INLEDNING: Funktioner (=avbildningar). Beteckningar och grundbegrepp

TATM79: Föreläsning 5 Trigonometri

10.2. Underrum Underrum 89

Linjär Algebra, Föreläsning 2

Vektorgeometri för gymnasister

Explorativ övning Vektorer

Föreläsningsanteckningar i linjär algebra

En vektor är mängden av alla sträckor med samma längd och riktning.

Slappdefinition. Räkning med vektorer. Bas och koordinater. En vektor är mängden av alla sträckor med samma längd och riktning.

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna

Vektorgeometri för gymnasister

Linjär Algebra F14 Determinanter

SF1624 Algebra och geometri

Linjer och plan Låt ABCD vara en fyrhörning i planet. Om A väljs till origo och

Parametriska kurvor: Parametriska ytor

Vektorgeometri för gymnasister

Sidor i boken Figur 1: Sträckor

Modul 1: Komplexa tal och Polynomekvationer

Dagens ämnen. Linjära ekvationssystem: Successiv elimination Vektorer Definitionen Grundläggande räkneoperationer Bas och koordinater Ortsvektorer

SF1624 Algebra och geometri

Moment 4.2.1, 4.2.2, 4.2.3, Viktiga exempel 4.1, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.13, 4.14 Övningsuppgifter 4.1 a-h, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.

Vektorer. Vektoriella storheter skiljer sig på ett fundamentalt sätt från skalära genom att de förutom storlek också har riktning.

Linjär algebra. Kompletterande kompendium. Ulf Janfalk Matematiska institutionen Linköpings universitet

MATEMATIK GU. LLMA60 MATEMATIK FÖR LÄRARE, GYMNASIET Analys, ht Block 5, översikt

Kontrollskrivning i Linjär algebra ,

LYCKA TILL! kl 8 13

Linjer och plan (lösningar)

Föreläsning 3, Linjär algebra IT VT Skalärprodukt

Tentamen 1 i Matematik 1, HF okt 2018, Skrivtid: 14:00-18:00 Examinator: Armin Halilovic

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

. (2p) 2x + 2y + z = 4 y + 2z = 2 4x + 3y = 6

5 Linjär algebra. 5.1 Addition av matriser 5 LINJÄR ALGEBRA

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförsag till modelltentamen

Vektorer för naturvetare. Kjell Elfström

Linjär Algebra, Föreläsning 2

Lösningsförslag till skrivningen i Vektorgeometri (MAA702) Måndagen den 13 juni 2005

DEL I. Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra II, SF1604, den 15 mars 2010 kl

Matematiska Institutionen KTH. Lösning till tentamensskrivning på kursen Linjär algebra II, SF1604, den 9 juni 2011 kl

Mekanik FK2002m. Vektorer

1. (Dugga 1.1) (a) Bestäm v (3v 2u) om v = . (1p) and u =

Analys o Linjär algebra. Lektion 7.. p.1/65

Studiehandledning till. MAA123 Grundläggande vektoralgebra

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Svar till tentan. Del A. Prov i matematik Linj. alg. o geom

ax + y + 4z = a x + y + (a 1)z = 1. 2x + 2y + az = 2 Ange dessutom samtliga lösningar då det finns oändligt många.

M0043M Integralkalkyl och Linjär Algebra, H14,

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI Delkurs

MAA123 Grundläggande vektoralgebra

Geometriska vektorer

e 3 e 2 e 1 Kapitel 3 Vektorer i planet och i rummet precis ett sätt skrivas v = x 1 e 1 + x 2 e 2

Räta linjer i 3D-rummet: Låt L vara den räta linjen genom som är parallell med

5. Linjer och plan Linjer 48 5 LINJER OCH PLAN

z = 4 + 3t P R = (5 + 2t, 4 + 2t, 4 + 3t) (1, 1, 3) = (4 + 2t, 3 + 2t, 1 + 3t)

Vektoranalys I. Anders Karlsson. Institutionen för elektro- och informationsteknik

Komposanter, koordinater och vektorlängd Ja, den här teorin gick vi igenom igår. Istället koncentrerar vi oss på träning inför KS3 och tentamen.

på två sätt och därför resultat måste vara lika: ) eller ekvivalent

AB2.1: Grundläggande begrepp av vektoranalys

November 17, 2015 (1) en enda lsg. Obs det A = 1 0. (2) k-parameter lsg. Obs det A = 0. k-kolonner efter sista ledande ettan

Repetition, Matematik 2 för lärare. Ï x + 2y - 3z = 1 Ô Ì 3x - y + 2z = a Ô Á. . Beräkna ABT. Beräkna (AB) T

Transkript:

Vektorer En ektor anger en riktning i rmmet (eller planet) och en längd (belopp). Vektorer brkar ritas som pilar, Vektoraddition Smman a tå ektorer och får i på följande is: lacera i pnkten och placera i den pnkt :s spets hamnar. Då har sin spets i en pnkt. Smman + är ektorn. och betecknas med bokstäer i fet stil,, r,.... Notera att en ektor inte har någon förankringspnkt i rmmet tan alla ektorer som pekar i samma riktning och är lika långa är samma ektor. Vektorsbtraktion + Differensektorn är den ektor som när i lägger till får. Längden a en ektor betecknas. En ektor som har längd 1 kallas för en enhetsektor. Vektorn som när den placeras i pnkten får sin spets i pnkten betecknas. ( ) + =

Mltiplikation med skalär Om k > 0 pekar ektorn k i samma riktning som men har längd k gånger :s längd. Om k < 0 pekar ektorn k i motsatt riktning som och har längd k gånger :s längd. 2 1 2 I planet Koordinatsystem Om i har giet tå icke-parallella ektorer e 1 och e 2 i planet, då kan i beskria arje pnkt i planet på följande sätt: Utgående från en baspnkt O anger i sträckor 1 och 2 i ska gå i respektie ektorriktning e 1 och e 2 för att komma till pnkten. e 2 2 e 2 e 1 O 1 e 1 olär ppdelning En ektor kan skrias som = e, där e är enhetsektorn som pekar i -riktningen. Detta är alltså en ppdelning a ektorn i dess belopp (längd) och dess riktning e. Räkneregler + = + (Kommtatia lagen) + ( + w) = ( + ) + w (Associatia lagen) k( + ) = k + k (Distribtia lagen) (k + l) = k + l (Distribtia lagen) k(l) = (kl) Talparet ( 1, 2 ) kallas för pnktens koordinater i koordinatsystemet Oe 1, e 2, e 3. I rmmet Med tre ektorer e 1, e 2 och e 3 i rmmet som inte ligger i ett plan kan i ttrycka arje pnkt i rmmet genom att ange en baspnkt O och tre sträckor i e 1 -, e 2 - respektie e 3 -riktningen som tar oss till pnkten. e 3 e 1 e 2 1 e 1 2 e 2 O 3 e 3 Taltrippeln ( 1, 2, 3 ) kallas för pnktens koordinater i koordinatsystemet Oe 1, e 2, e 3.

I planet Orientering Ett koordinatsystem i planet är ett högerhandssystem om basektorerna e 1 och e 2 har samma inbördes förhållande som högerhandens tmme och pekfinger. e 2 e 1 Komposant Några begrepp Om = ( 1, 2, 3 ) i koordinatsystemet Oe 1, e 2, e 3, d..s. = 1 e 1 + 2 e 2 + 3 e 3, då kallas 1 e 1, 2 e 2 och 3 e 3 för :s komposanter i e 1 -, e 2 - och e 3 -riktningen. Linjärkombination En smma i formen c 1 1 + c 2 2 + + c m m, I rmmet Ett koordinatsystem i rmmet är ett högerhandssystem om basektorerna e 1, e 2 och e 3 har samma inbördes förhållande som högerhandens tmme, pekfinger och långfinger. e 3 e 2 e 1 där c 1,..., c m är tal, kallas för en linjärkombination a 1,..., m. Linjärt beroende/oberoende Om någon a ektorerna i samlingen { 1,..., m } kan ttryckas som en linjärkombination a de öriga ektorerna då sägs ektorerna ara linjärt beroende, annars linjärt oberoende. I en linjärt beroende samling ektorer finns alltså fler ektorer än antalet riktningar de beskrier. Sats Vektorerna 1, 2,..., m är linjärt oberoende om följande implikation gäller c 1 1 + + c m m = 0 c 1 = = c m = 0.

Bas Om 1 och 2 i planet är linjärt oberoende, då kan arje ektor i planet skrias som en linjärkombination a 1 och 2. { 1, 2 } kallas därför för en bas till planet. Om 1, 2 och 3 i rmmet är linjärt oberoende, då kan arje ektor i rmmet skrias som en linjärkombination a 1, 2 och 3. { 1, 2, 3 } kallas för en bas till rmmet. ON-bas Skalärprodkten mellan tå ektorer och definieras som = ( e ) = e = cos θ. Sats och är inkelräta = 0. Koordinatform Om = ( 1, 2, 3 ) och = ( 1, 2, 3 ) i ett ON-system, då är = 1 1 + 2 2 + 3 3. Om basektorerna i en bas är sinsemellan inkelräta och har längd 1, då sägs basen ara en ON-bas (ortonormerad bas). Skalärprodkt Skalärprodkten e mellan en ektor och en enhetsektor e är längden a ektorn :s komposant i riktningen e. θ e e e ekar :s komposant och e i motsatta riktningar är skalärprodkten negati. Om θ är inkeln mellan och e, då är e = cos θ. θ e Räkneregler = ( + w) = + w k( ) = (k) = (k) (Kommtatia lagen) (Distribtia lagen)

Linje Låt l ara linjen som går genom pnkten r 0 = (x 0, y 0, z 0 ) och är parallell med riktningsektorn = (a, b, c). arameterform r 0 Varje pnkts läge på linjen kan beskrias som att i först går till r 0 och sen en iss sträcka tmed -riktningen, l lan Ett plan π kan beskrias genom att ange en pnkt r 0 = (x 0, y 0, z 0 ) i planet och en ektor n = (a, b, c) som är inkelrät mot planet, en s.k. normalektor. r 0 n π t r Ekation r 0 O r = r 0 + t arametern t bestämmer pnktens astånd från pnkten r 0. Utskriet i koordinatform får i En pnkt r = (x, y, z) ligger i planet om ektorn r r 0 (från r 0 till r) är parallell med planet, ilket är detsamma som att r r 0 är inkelrät mot n, n x = x 0 + at, y = y 0 + bt, z = z 0 + ct. r r 0 n (r r 0 ) = 0. Ekation Linjen kan också beskrias med ekationen x x 0 a = y y 0 b = z z 0 c (om a, b, c 0). En pnkt (x, y, z) ligger på linjen om den ppfyller ekationen. I koordinatform blir ekationen a(x x 0 ) + b(y y 0 ) + c(z z 0 ) = 0.

arameterform Ett plan kan också beskrias genom att ange en pnkt r 0 i planet och tå linjärt oberoende ektorer och som är parallella med planet. Kryssprodkt Kryssprodkten a tå icke-parallella ektorer och definieras som den ektor som har en riktning som är inkelrät mot och enligt högerhandsregeln, r 0 Varje pnkt i planet kan då beskrias som att i först går till r 0 och sedan en iss sträcka i -riktningen följt a en iss sträcka i -riktningen, och har beloppet r 0 s r t r = r 0 + s + t. Koordinatform = sin θ. Om = ( 1, 2, 3 ) och = ( 1, 2, 3 ) i ett högerhänt ONsystem, då är arametrarna s och t anger den sträcka i rör oss i respektie riktning. = ( 2 3 3 2, 1 3 + 3 1, 1 2 2 1 ). Geometrisk tolkning Om i tolkar och som kantektorer i ett parallellogram,

då är Räkneregler = arean a parallellogrammet. = (Antikommtatia lagen) ( + w) = + w (Distribtia lagar) ( + w) = + w k( ) = (k) = (k) Obserera att ( w) ( ) w i allmänhet. Den associatia lagen gäller alltså inte. 2 2-determinanter Determinanter Tå ektorer = ( 1, 2 ) och = ( 1, 2 ) i planet spänner pp ett parallellogram. Arean a detta parallellogram är beloppet a determinanten + 1 2 1 2 = 1 2 = 1 1 2 2 1. 2 + Determinanten är alltså en area med tecken. 3 3-determinanter Tre ektorer, och w i rmmet spänner pp en parallellepiped. w Volymen a denna parallellepiped är beloppet a determinanten 1 2 3 1 2 3 w 1 w 2 w 3. Kofaktorteckling längs första raden En 3 3-determinant kan beräknas med kofaktorteckling längs första raden. Vi illstrerar med ett exempel, 1 0 7. Varje element i första raden ger en term i kofaktortecklingen. Vi börjar med det änstra elementet och stryker den rad och den kolmn elementet befinner sig i. 1 0 7

Determinanten a de tal som återstår kallas för en minor. Den första termen i kofaktortecklingen är elementet gånger denna minor, 1 0 7 = 3 2 3 0 7 + När i går idare till nästa element i första raden strycker i på samma sätt den rad och den kolmn elementet befinner sig i, 1 0 7. Den andra termen i tecklingen är elementet gånger den nya minor i får a de icke strkna talen. Denna term har dock ett minstecken framför sig, 1 0 7 = 3 2 3 0 7 4 5 3 1 7 + För det sista elementet i raden stryker i raden och kolmnen elementet befinner sig i, 1 0 7. Den sista termen i tecklingen blir elementet gånger motsarande minor (med plstecken), 1 0 7 = 3 2 3 0 7 4 5 3 1 7 + 10 5 2 1 0. Detta är kofaktortecklingen a determinanten längs första raden. 2 2-minorerna i tecklingen räknar man sen t med den anliga formeln. Determinantformel för kryssprodkten Kryssprodkten kan beräknas med följande formel e 1 e 2 e 3 = 1 2 3 1 2 3, där determinanten beräknas med kofaktorteckling längs första raden, = e 2 3 1 2 3 e 2 1 3 1 3 + e 3 1 2 1 2. Skalär trippelprodkt Den skalära trippelprodkten definieras som a 1 a 2 a 3 [a, b, c] = a (b c) = b 1 b 2 b 3 c 1 c 2 c 3, Sats a, b och c är linjärt beroende [a, b, c] = 0. Beis Vektorerna a, b och c är linjärt beroende omm (om och endast om) de ligger i ett plan, ilket är detsamma som att parallellepipeden de spänner pp har olym noll, d..s. [a, b, c] = 0.

roblem Aståndsproblem Bestäm det kortaste aståndet mellan en pnkt/linje/plan och en pnkt/linje/plan. Gemensamt för alla dessa aståndsproblem är att det kortaste aståndet ges a det inkelräta aståndet. Låt oss isa detta för aståndsproblemet mellan en pnkt och ett plan. Låt ara den pnkt i planet som gör att ektorn är inkelrät mot planet och låt R ara någon pnkt i planet. R R bildar då en rätinklig triangel och ythagoras sats ger att R 2 = 2 + R 2 2. Detta isar att R, d..s. att är det kortaste aståndet. De möjliga aståndsproblemen är Astånd mellan pnkt linje plan pnkt 1 2 3 linje 4 5 plan 6 Vi isar n hr man löser arje typproblem. 1. nkt-pnkt Aståndet mellan pnkterna = (p 1, p 2, p 3 ) och = (q 1, q 2, q 3 ) ges a aståndsformeln = (p 1 q 1 ) 2 + (p 2 q 2 ) 2 + (p 3 q 3 ) 2. 2. nkt-linje Aståndet mellan pnkten och linjen l ges a det inkelräta aståndet. d Tag en pnkt på l. Då ges aståndet a längden a ektorn :s komposant inkelrätt mot linjens riktning. :s komposant inkelrätt mot l

Vi får denna komposant som differensen mellan och :s komposant i -riktningen, 4. Linje-linje Aståndet mellan linjen l 1 och linjen l 2 ges a det inkelräta aståndet. d = ( e )e. 1 ( e ) e d l 1 2 3. nkt-plan Aståndet mellan pnkten och planet π ges a det inkelräta aståndet. Tag en pnkt på π. Då ges aståndet d a längden a ektorn :s komposant i planets normalriktning n. d π Aståndsektorn är parallell med ektorn l 2 n = 1 2, som jst är inkelrät mot linjernas riktningar 1 och 2. Tag en pnkt på l 1 och en pnkt på l 2. Då ges aståndet d a längden a ektorn :s komposant i n-riktningen. n n d = ( e n )e n = e n. d = ( e n )e n = e n

Vi kan inse detta med följande resonemang. Låt A och B ara de pnkter på respektie linje som ger det kortaste aståndet. d A B e n 5. Linje-plan Linjen l och planet π måste ara parallella för att problemet ska ara meningsfllt (annars skär de arandra och aståndet är noll). Tag en pnkt på linjen. d l Då är d = BA = BA e n. Dela pp ektorn genom att gå ia B och A. Vi har n att A B e n = ( B + BA + A ) e n = B e n = B + BA + A + BA e n + A e n De gråfärgade termerna blir noll eftersom B och A är parallella med respektie linje och därmed inkelrät mot e n. = 0 + BA e n + 0 = BA e n = BA = d. Då är aståndet mellan linjen och planet lika med aståndet mellan pnkten och planet. Detta är ett pnkt-planproblem (se fall 3). 6. lan-plan De tå planen måste ara parallella för att problemet ska ara meningsfllt (annars skär de arandra och aståndet är noll). Tag en pnkt i det en planet. Då är aståndet mellan planen lika med aståndet mellan pnkten och det andra planet. Detta är ett pnkt-plan-problem (se fall 3). π