Proof. Se uppgifterna. Definition 1.6. Två vektorer u och v är vinkelräta (ortogonala) om < u, v >= 0.

Relevanta dokument
Linjär Algebra. Roy Skjelnes. Matematiska Institutionen, KTH.

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 1

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

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

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

Vektorgeometri för gymnasister

Där a = (1, 2,0), b = (1, 1,2) och c = (0,3, 1) Problem 10. Vilket är det enda värdet hos x för vilket det finns a och b så att

2x+y z 5 = 0. e x e y e z = 4 e y +4 e z +8 e x + e z = (8,4,5) n 3 = n 1 n 2 =

Linjär algebra Tio förrätter och två efterrätter Roy Skjelnes

Veckoblad 1, Linjär algebra IT, VT2010

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

Lösningsförslag till skrivningen i Vektorgeometri (MAA702) måndagen den 30 maj 2005

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

x+2y 3z = 7 x+ay+11z = 17 2x y+z = 2

c d Z = och W = b a d c för några reella tal a, b, c och d. Vi har att a + c (b + d) b + d a + c ac bd ( ad bc)

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

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Vektorgeometri för gymnasister

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

Explorativ övning Vektorer

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Att beräkna:: Avstånd

x 1 x 2 T (X) = T ( x 3 x 4 x 5

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

1 Vektorer i koordinatsystem

KOKBOKEN 1. Håkan Strömberg KTH STH

2+t = 4+s t = 2+s 2 t = s

Vektorgeometri för gymnasister

Linjär algebra Tio förrätter och två efterrätter Roy Skjelnes

SF1624 Algebra och geometri

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Betygsgränser: För betyg. Vem som har. Hjälpmedel: av papperet. Uppgift. 1. (4p) 0. (2p) 3 (2p) Uppgift. 2. (4p) B-2C om. vektor A (1p) b) Bestäm k så

October 9, Innehållsregister

Moment 4.11 Viktiga exempel 4.32, 4.33 Övningsuppgifter Ö4.18-Ö4.22, Ö4.30-Ö4.34. Planet Ett plan i rummet är bestämt då

Föreläsning 13 Linjär Algebra och Geometri I

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

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Vektorgeometri för gymnasister

SF1624 Algebra och geometri Bedömningskriterier till tentamen Fredagen den 22 oktober, 2010

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

= ( 1) ( 1) = 4 0.

Vektorgeometri för gymnasister

x 1 x 2 x 3 x 4 mera allmänt, om A är en (m n)-matris, då ger matrismultiplikationen en avbildning T A : R n R m.

Linjen P Q tangerar cirkeln i P och enligt en sats i geometrin är OP vinkelrät. tan u = OP. tan(180 v) = RS. cos v = sin v = tan v, tan v = RS.

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A. (1 p) (c) Bestäm avståndet mellan A och linjen l.

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

Vektorgeometri för gymnasister

Vi definierar addition av två vektorer och multiplikation med en reell skalär (tal) λλ enligt nedan

Vectorer, spannet av vektorer, lösningsmängd av ett ekvationssystem.

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

10.4. Linjära höljet LINJÄRA RUM

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

4x az = 0 2ax + y = 0 ax + y + z = 0

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

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.

ax + y + 2z = 3 ay = b 3 (b 3) z = 0 har (a) entydig lösning, (b) oändligt många lösningar och (c) ingen lösning.

2 = 3 = 1. ekvationssystem är beskriven som de vektorer X =

SF1624 Algebra och geometri

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

Tentamen i Matematik 1 HF1901 (6H2901) 4 juni 2008 Tid:

Sidor i boken Figur 1: Sträckor

1. Ekvationer 1.1. Ekvationer och lösningar. En linjär ekvation i n variabler x 1,..., x n är en ekvation på formen. 2x y + z = 3 x + 2y = 0

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

Karta över Jorden - viktigt exempel. Sfär i (x, y, z) koordinater Funktionen som beskriver detta ser ut till att vara

Vektorerna är parallella med planet omm de är vinkelräta mot planets normal, dvs mot

Vektorgeometri och funktionslära

ORTONORMERADE BASER I PLAN (2D) OCH RUMMET (3D) ORTONORMERAT KOORDINAT SYSTEM

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Torsdag, 17 mars 2016

Linjär Algebra, Föreläsning 2

Moment 4.3.1, Viktiga exempel 4.44, 4.46, 4.48 Handräkning 4.53, 4.59, 4.60, 4.61, 4.62, 4.63, 4.64, 4.65 Datorräkning 1-15 i detta dokument

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.

Eftersom ON-koordinatsystem förutsätts så ges vektorernas volymprodukt av:

2. Lös ekvationen z i = 2 z + 1 och ge i det komplexa talplanet en illustration av lösningsmängden.

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

Datum: 24 okt Betygsgränser: För. finns på. Skriv endast på en. omslaget) Denna. Uppgift. Uppgift Beräkna. Uppgift Låt z. Var god. vänd.

Vektorer för naturvetare. Kjell Elfström

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

LYCKA TILL! kl 8 13

Lösning av tentamensskrivning på kursen Linjär algebra, SF1604, för CDATE, CTFYS och vissa CL, tisdagen den 20 maj 2014 kl

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Styf. Exempeltenta med lösningar Programmen EI, IT, K, X Linjär algebra juni 2004

6.1 Skalärprodukt, norm och ortogonalitet. TMV141 Linjär algebra E VT 2011 Vecka 6. Lärmål 6.1. Skalärprodukt. Viktiga begrepp

TENTAMEN. Matematik 1 Kurskod HF1903 Skrivtid 13:15-17:15 Onsdagen 25 september 2013 Tentamen består av 3 sidor

MVE022 Urval av bevis (på svenska)

tal. Mängden av alla trippel av reella tal betecknas med R 3 och x 1 x 2 En sekvens av n reella tal betecknas med (x 1, x 2,, x n ) eller

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Linjär algebra på några minuter

SF1624 Algebra och geometri Tentamen Onsdagen 29 oktober, 2014

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

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

M0043M Integralkalkyl och Linjär Algebra, H14,

LÖSNINGAR LINJÄR ALGEBRA LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

Föreläsningsanteckningar i linjär algebra

Exempel :: Spegling i godtycklig linje.

Transkript:

1. Punkt och Linjer När du läser denna text är det bra om du ritar bilder för att exemplifiera innehållet. Det är lite komplicerad med i.tex, och därför avstår jag från att lägga vid illustrationer även om dessa är mycket hjälpsamma. 1.1. Euklidiska planet. Det Euklidiska plnaet betecknas med R 2 och är mängden av alla ordnade reella tal, R 2 = {(a, b) reella tal a och b}. Ett element (a, b) i R 2 kallas ibland för en punkt P = (a, b) och ibland för en vektor v = (a, b). Även om det används olika namn för element i planet, är det viktigt att komma ihåg att det alltid handlar om samma begrepp. Anledningarna till de olika namnen är mera av psykologisk art. Blant annat ritar vi en punkt P = (a, b) som en prick i planet, medan en vektor v = (a, b) ofta ritas som en pil som börjar i origo, och slutar i (a, b). Definition 1.2. Längden till en vektor v = (a, b) är definierad som talet a 2 + b 2, och vi skriver v för detta tal. 1.2.1. Det är klart att det är Pytagoras Sats som ligger till grunn för definitionen ovan. Ritar man upp vektor v = (a, b) som en pil ser vi att pilens längd blir hypotenus i en triangel där katerna har längd a och b. 1.2.2. Vi märker oss att längden till en vektor v = (a, b) alltid är ett icke-negativt tal, och att den enda vektor v = (a, b) med längd v = 0 är noll-vektorn v = (0, 0). Definition 1.3. Betrakta två vektorer u = (a, b) och v = (c, d). Deras prickprodukt är talet definierad som < u, v >= ac + bd. Exempel 1.4. Om n = (a, b) är en vektor har vi att < n, n >= a 2 + b 2 = n 2. Lemma 1.5. För alla vektorer u, v och w, och alla tal t har vi att följande identiteter gäller 1) < u + v, w >=< u, w > + < v, w > 2) < tu, w >= t < u, w >. Proof. Se uppgifterna. Definition 1.6. Två vektorer u och v är vinkelräta (ortogonala) om < u, v >= 0. 1

2 Exempel 1.7. Betrakta vektorn u = (2, 5) och vektorn v = ( 10, 4). Dessa två vektorer är vinkelräta då < u, v >= 2 ( 1) + 5 4 = 0. 1.8. Linjer. Låt P = (p 1, p 2 ) vare en punkt, och v = (c, d) en vektor skilld från nollvektorn (0, 0). Ritar du in vektorerna P + v, P + 2v, P + 3v, P v, P + 3 2 v så inser du att dessa ligger alla på linjen som går genom punkten P och har riktning v. Vi definierar linjen L genom punkten P och med riktningsvektor v, som mängden L = {P + tv tal t}. 1.8.1. Märk att mängden som en linje L utgör, kan skrivas med en massa olika riktningsvektorer och olika punkt. Om P är någon punkt på linjen L och vektorn v är nollskild, och sådan att v = s v, för något tal s, då har vi att L = {P + tv tal t} = {P + tv tal t}. 1.8.2. Med riktningsvektorn v till linjen L fixerad får vi parallella linjer L = {Q + tv tal t} till L = {P + tv tal t}, när vi varierar punkten Q. 1.9. Normallinjer. Låt L vara en given linje i planet. Om v och v är två riktningsvektorer för linjen L då finns det tal s sådan att v = sv. Specielt har vi att om en vektor n = (a, b) är vinkelrät med v så följer det av Lemma (1.2.2) att n också är vinkelrät med v. En nollskild vektor n = (a, b) som är vinkelrät med riktningsvektorerna till linjen L kallas en normalvektor till linjen L. En normallinje N till linjen L, genom en punkt P är linjen N = {P + tn tal t} där n = (a, b) (0, 0) är någon normalvektor till linjen L. 1.10. Ekvation för linjer. En linje i planet kan skrivas som lösningarna till en ekvation på formen ax + by + c = 0, för några tal a, b och c, där a och b inte båda kan vara noll. Detta betyder att för en given linje L så finns tal a, b och c sådan att L = {(x, y) ax + by + c = 0}.

1.10.1. Inte heller ekvationerna är unika. En linje L som ges av ekvatationen ax + by + c = 0, ges också av ekvationen atx = bty + ct = 0, där talet t 0. Lemma 1.11. Låt en linje L vara given som L = {P +tv tal t}, där P = (p 1, p 2 ), och v = (v 1, v 2 ) (0, 0). Låt n = (a, b) vara en nollskild normalvektor för linjen L. En ekvation för linjen L är där c = ap 1 bp 2. ax + by + c = 0, Proof. Betrakta linjen L = {P + tv talt}, där P = (p 1, p 2 ), coh med riktningsvektor v = (v 1, v 2 ). Låt n = (a, b) vara någon normalvektor till linjen L, och betrakta en godtycklig punkt (x, y) i planet. Differansen (x p 1, y p 2 ) är en vektor. Flyttar vi pilen som representerar vektorn (x p 1, y p 2 ) till att börja i punkten P, d aa vill pilen sluta i (x, y). Denna differansvektor (x p 1, y p 2 ) ligger på linjen L och och endast om vektorn är vinkelrät med normalvektorn n = (a, b). Rita en bra bild här. Vi har att (x p 1, y p 2 ) är vinkelrät med normalvektorn n om och endast om deras prickprodukt är noll. Vi använder Lemma (1.2.2) för att beräkna prickprodukten, och vi får att < (x p 1, y p 2 ), (a, b) >= ax ap 1 + by p 2 b = 0. Det vill säga att en ekvation för linjen L ges som ax + by + c = 0, med c = ap 1 bp 2. Lemma 1.12. Låt L vara en linje som ges som nolsställemängden till ekvationen ax + by + c = 0. Låt P = (p 1, p 2 ) vara någon punkt sådan att ap 1 + bp 2 = c. Då ges linjen av L = {P + t( b, a) tal t}. 3 Proof. Se uppgifterna. 1.13. Avstånd från en punkt till en linje. Låt Q vara en given punkti planet, och L en given linje. För varje punkt P på linjen kan vi mäta avståndet från Q till punkten P. Avståndet ges som längden av vektorn Q P. Det finns en punkt R på linjen där avståndet till Q är den minsta, och detta avstånd kallar vi avståndet från Q till linjen L. Vi vill beräkna detta avstånd. En ny bild här. 1.14. Steg 1.. Låt linjen L vara given av ekvationen ax + by + c = 0.

4 Vi vill beräkna avståndet från linjen L till punkten Q = (q 1, q 2 ). Vi låter P = (p 1, p 2 ) vara någon punkt på linjen, det vill säga att 1 (1.14.1) ap 1 + bp 2 + c = 0. Låt v vara en riktningsvektor till linjen, och vi har att L = {P + tv tal t}. Låt vidare n = (a, b) vara en normalvektor till linjen L, det vill säga en vektor sådan att < n, v >= 0. Vi betraktar differansen Q P. Detta är en vektor som vi kan tänka på som en pil som börjar i origo och slutar i koordinaterna Q P. Denna vektor kan vi skriva som Q P = w + u, där w = tv och u = sn. En ny förklarande bild här. Vi har att Q P = tv + sn. 1.15. Steg 2. Avståndet vi försöker bestämma är längden av vektorn s n. Om vi nu betraktar prickprodukten < Q P, n > så har vi från Lemma (1.2.2) att < Q P, n >= t < v, n > +s < n, n >= 0 + s n 2. Detta är en ekvation bestående av tal. Vektorn n = (a, b) antar vi är nollskild, och specielt har vi att n 2 0. Därmed har vi ett uttryck för talet (1.15.1) s = 1 n 2 < Q P, n >. Sats 1.16. Låt L vara linjen som ges av ekvationen ax + by + c = 0, och låt Q = (q 1, q 2 ) vara en godtycklig punkt i planet. Avståndet från punkten Q till linjen L är aq 1 + bq 2 + c a2 + b 2. Proof. Vi har ovan (1.15.1) sett att avståndet ges som längden av vekorn sn, där n = (a, b) och s = 1 n 2 < Q P, n >. Vi har att längden sn är (1.16.1) (as)2 + (bs) 2 = s 2 (a 2 + b 2 ) = s a 2 + b 2 = s n. Vi vill nu bestämma ett uttryck för beloppet s till talet s. Vi använder Lemma (1.2.2) och får att < Q P, n >=< Q, n > < P, n >. 1 André Sahlsten rättade ett fel i denna sektionen

Vi har vidare att < Q, n >=< (q 1, q 2 ), (a, b) >= aq 1 +bq 2, och då också att 2 < P, n >= ap 1 + bp 2. Punkten P var på linjen, och vi har från (1.14.1) att < P, n >= c. Detta ger att s = 1 n < Q P, n > = 1 2 n aq 2 1 + bq 2 ( c). Använder vi nu slutligen (1.16.1) ser vi att avståndet från punkten Q till linjen L ges som sn = aq 1 + bq 2 + c n n = aq 1 + bq 2 + c. 2 a2 + b 2 2. Uppgifter Uppgift 1. Beräkna avståndet från punkten Q = (1, 2) till linjen L som ges av ekvationen 3x + 4 = 5y. Uppgift 2. Använd definitionen av prickprodukt för att visa båda påståenden in Lemma (1.2.2). Uppgift 3. Visa Lemma (1.12), t.ex. på följande sätt. Låt L vara linjen som ges av ekvationen ax + by + c = 0 och låt L vara linjen L = {P + tv tal t}, där P och v är som i Lemmat. För att visa att L = L måste vi visa att varje punkt i L är med i L, och omvänd. Låt Q vara en punkt i L. Skriv ut vad detta betyder, och kolla att koordinaterna till Q satisfierar ekvatioenen som bestämmer L. Då har du visat att L L. För att visa det omvända kan du använda Lemma (1.11). 2.1. Nästa tillfälle. Oj, det gick snabbt idag, och det blev rätt svårt. Jag hoppas att det hela blir lite enklare att förstå nu efter genomläsning av just dessa föreläsningsanteckningar. Jag vill försöka att gå mera långsamt nästa gång, 26 oktober, rum 3733, 15.30-17.00. Department of Mathematics, KTH, Stockholm, Sweden E-mail address: skjelnes@kth.se 5 2 André Sahlsten hittade ett fel i dessa beräkningar