Linjer och plan (lösningar)

Relevanta dokument
Vektorgeometri för gymnasister

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

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

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

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

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.

M0043M Integralkalkyl och Linjär Algebra, H14,

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

= ( 1) ( 1) = 4 0.

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 1

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

Explorativ övning Vektorer

October 9, Innehållsregister

Del A. Lösningsförslag, Tentamen 1, SF1663, CFATE,

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A. t 2

Veckoblad 1, Linjär algebra IT, VT2010

Detta cosinusvärde för vinklar i [0, π] motsvarar α = π 4.

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

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

Vektorgeometri och funktionslära

Vektorgeometri. En inledning Hasse Carlsson

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

Sidor i boken Figur 1: Sträckor

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

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

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

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

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Vektorgeometri för gymnasister

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.

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

SF1624 Algebra och geometri

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

Skalärprodukt (lösningar)

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.

Geometriska vektorer

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Moment 4.2.1, 4.2.2, 4.2.3, Viktiga exempel 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.13 Handräkning 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.7 Datorräkning 1-9 i detta dokument

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

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

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Vektorgeometri för gymnasister

Vektorgeometri för gymnasister

Inledande kurs i matematik, avsnitt P.2. Linjens ekvation kan vi skriva som. Varje icke-lodrät linje i planet kan skrivas i formen.

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

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.

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Eftersom ON-koordinatsystem förutsätts så ges vektorernas volymprodukt av:

Vektorgeometri för gymnasister

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

Preliminärt lösningsförslag

Studiehandledning till. MAA123 Grundläggande vektoralgebra

LÖSNINGAR LINJÄR ALGEBRA LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK

1 Linjära ekvationssystem. 2 Vektorer

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

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

3i)z 2013(1 ) och ge i det komplexa talplanet en illustration av lösningsmängden.

Uppgift 1. a) Bestäm alla lösningar till ekvationen. b) Lös olikheten. Rita följande andragradskurvor:

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Kurs: HF1903 Matematik 1, Moment TEN1 (Linjär Algebra) Datum: 25 augusti 2016 Skrivtid 8:15 12:15

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

Föreläsning 13 Linjär Algebra och Geometri I

1.1 Skriv följande vektorsummor som en vektor (a) AB + BC (b) BC + CD + DA.

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

Vektorgeometri för gymnasister

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI

Moment Viktiga exempel 4.37, 4.38, 4.39 Övningsuppgifter 4.52, P 0 P = t v OP och OP 0 är ortsvektorer för punkterna P och P 0, så

Kompendium om. Mats Neymark

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen DEL A

Uppgift 1. (4p) (Student som är godkänd på KS1 hoppar över uppgift 1.) Vi betraktar triangeln ABC där A=(1,0,3), B=(2,1,4 ), C=(3, 2,4).

KOKBOKEN 1. Håkan Strömberg KTH STH

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till modelltentamen DEL A

Vektorer. 1. Vektorer - definition och räkneoperationer F H

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna

MAA123 Grundläggande vektoralgebra

Matematik CD för TB. x + 2y 6 = 0. Figur 1:

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Thomas Erlandsson

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 =

10.4. Linjära höljet LINJÄRA RUM

ANDRAGRADSKURVOR Vi betraktar ekvationen

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

SF1624 Algebra och geometri Lösningsförslag till tentamen Fredagen den 23 oktober, 2009 DEL A

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

SKRIVNING I VEKTORGEOMETRI Delkurs

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

Modul 1: Komplexa tal och Polynomekvationer

Avsnitt 6, Egenvärden och egenvektorer. Redan första produktelementet avslöjar att matrisen inte är en ortogonal matris. En matris 1 0.

1. Beräkna determinanten

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

Lösningar till SF1861 Optimeringslära, 28 maj 2012

Tentamen 1 i Matematik 1, HF1903 Torsdag 22 augusti Skrivtid: 14:00-18:00 Examinator: Armin Halilovic

1. (a) (1p) Undersök om de tre vektorerna nedan är linjärt oberoende i vektorrummet

Vektorgeometri för gymnasister

Vektorer för naturvetare. Kjell Elfström

Preliminärt lösningsförslag

Vektoralgebra. En inledning Hasse Carlsson

Transkript:

Linjer och plan (lösningar) 0. Enligt mittpunktsformeln (med O i just origo) OM = ³ OA + OB a) b) ((, 0, ) + (,, )) = (0,, ) µ +, +, z + z 0. Enligt tngdpunktsformeln (med O i just origo) ³ OA + OB + OC µ + + =, + +, z + z + z 0. Koordinaterna för punkten P är definitionsmässigt lika med koordinaterna för vektorn OP OQ = OP = ³ OA + AP = = µ OA + AB = + 05. (,, ) + 0 ((, 0, ) (,, )) = (, 8, 7) 06. Vad det handlar om, är att uttrcka CA som linjärkombination av CB och CD. Vad vi har att utgå ifrån är att AC = AB +AD AC = [figur!] = AB + BC AC = [figur!] = AD + DC Sätt andra och tredje ekvationens utrck för AB resp. AD in i den första: ³ ³ AC = AC BC + AC DC 4 AC = BC DC 4 CA = CB +CD CA = CB + CD 4 varav vi avläser koordinaterna, 4. 07. a) en sträcka : = (,, ) + (5, 5, 5) = 5 =,, Man kan också utnttja generaliseringen av mittpunktsformeln (övn. 08): OP = OA + OB 5 5 04. Vi har tre olika alternativ, beroende på vilket hörn som ligger diagonalt emot ( 5, 0) : Om det är det sökta hörnet, så har det koordinaterna (, ) + (, ) ( 5, 0) = (8, ) Om (, ) ligger diagonalt mot ( 5, 0), så har det fjärde hörnet koordinaterna (, ) + ( 5, 0) (, ) = ( 6, 4) Om (, ) ligger diagonalt mot ( 5, 0) : (, ) + ( 5, 0) (, ) = ( 4, 4) 0 b) en oändlig remsa (inga krav på!) : 0 0

c) en parallellogram : f) en triangel : 0 0 d) en oändlig rad av punkter som tcks ligga på rät linje 08. Som föregående, men nu är det A som spelar rollen av (, 0) och B spelar rollen av (0, ). T.e.om A :(0, ),B:(, ) relativt koordinatsstemet i föreg. uppgift, låt OA och OB vara na koordinatalar, B 0 0 A e) hela den räta linjen i som antddes i d) (följer av utredningen i Sparr, avsn..) gradera dem så att A :(, 0),B:(0, ) ochgörettnttrutnät, så är problemet ekvivalent med föregående. T.e. är svaret på (a) återigen en sträcka : B 0 0 A

09. Enklast: (,k). 0. a) r = OA + t AB, 0 t Skriv nu AB = OB OA : r = ( t) OA + t OB, 0 t, alt. r = s OA + t OB, 0 s, t,s+ t = b) Till varje punkt X inuti (och på randen av) triangeln, finns Y på BC och 0 u, så att A X AX = u AY Enligt a) kan vi skriva AY = s AB + tac, 0 s, t, s+ t = Alltså OX = ³ OA+u s AB + tac, 0 s, t, s+t = Om vi nu låter s och t stå för us resp. ut : r = OA + s AB + tac 0 s, t, s+ t Sätt in AB = OB OA, AC = OC OA r = t OA + tob + toc, 0 t,t,t, t + t + t = Obs. Går man igenom räkningarna, skall man kunna inse att "koordinaterna" (t,t,t ) är entdigt bestämda: Två olika tripplar kan inte ge samma punkt. (Kan verka litet paradoalt, med tanke på att triangeln är en -dimensionell figur, men glöm inte villkoret t + t + t =.) C Y B c) r = OA + s AB + tad, 0 s, t Den andra varianten, med 4 vektorer r = t OA + tob + toc + t4od, 0 t,t,t,t 4, t + t + t + t 4 = undviker man kanske, eftersom framställningen inte är entdig: olika frtiplar (t,t,t,t 4 ) kan ge samma r : diagonalernas skärningspunk t.e. svarar mot såväl, 0,, 0 som 0,, 0, d) som c) : r = OA + s AB + tad + uae, 0 s, t, u e) som b) Till varje X inuti tetraedern, låt Y vara den punkt där strålen AX skär sidotan BCD. AX = u AY Enligt b) AY = s AB + sac + sad 0 s,s,s, s + s + s = och därmed OX = ³ OA + u s AB + sac + sad = = ³ OA + us OB OA + ³ ³ +us OC OA + us OD OA Alltså : = ( u) OA + us OB + us {z } {z} OC + us {z} OD {z} t t t t 4 r = t OA + tob + toc + t4od, 0 t,t,t,t 4 t + t + t + t 4 = (normerade) barcentriska koordinater

. Om t.e. P ligger på linjen P P, så OP = OP + t P P = = OP + t ³ OP OP och därmed ( t) OP + top +( ) OP = 0 Omvänt, om λ OP + λ OP + λ OP = 0, och t.e. λ 6=0, och λ = λ λ, så OP = λ OP λ OP = λ λ = λ + λ OP λ OP = λ λ = λ ³ OP OP + OP = λ = OP λ P P λ vilket säger att P ligger på linjen P P.. En ev. skärningspunkts koordinater (,, z) skall uppflla såväl planets som linjens ekvation. Med andra ord skall det gälla + z 5=0 = t =t z =+t för något reellt tal t Sätt uttrcken för,, z från de senare ekvationerna in i första: ( t)+t ( + t) 5 = 0 0 t 5 = 0 Ingen lösning Ingen skärningspunkt Linjen löper parallellt med, utanför planet.. ½ +z = + z = Addera ekv. till ekv.. Skriv -termerna sist ½ +z + = z +5 = = t z = 5t = z + = 7 t 4. Linjen på parameterform: (subtrahera (första ekv.) från den andra) = t = z = t Genom varje punkt på denna linje lägger vi en linje med riktningen (,, ) = t + s = +s z = t + s, s R och bestämmer dess skärningspunkt (uttrckt som funktion av t) med planet +z =4: ( t + s) ( +s)+(t + s) = 4 4s = t 7 s = (t 7) /4 = t + s = 5 4 4 t = +s = 5 4 + 4 t, t R z = t + s = 7 4 + 5 4 t De här skärningspunkterna (en för varje t) utgör den sökta linjen. Vi kan förenkla dess ekvation något genom att bta ut parametern t mot +4u : = u = 4+u, u R z = +5u Kontroll att denna verkligen är innehållen i planet +z =4: ( u) ( 4+u)+( +5u) =4för alla u 5. I ekvationen för första flgplanet blir (,, z) =(, 4, 6) för t =, d.v.s. första flgplanet befinner sig i (, 4, 6) när t =. I ekvationen för andra glgplanet blir (,, z) =(, 4, 6) för t =, d.v.s. andra flgplanet befinner sig i (, 4, 6) när t =. Båda rutterna går alltså genom (, 4, 6), men flgplanen kolliderar inte, eftersom de befinner sig där vid olika tidpunkter. Sätt in dessa uttrck för,, z ideurspr.ekv. och kontrollera att likhet gäller för alla t! Svar: (,, z) =(0, 0, ) + t, 7, 5

6. Låt (,,a) vara skärn. punkten med och (,b,) skärn.punkten med. = a a + Alltså skall vara parallell med b = 4 b Linjens ekv. z 4 b = = a + ½ b = a =0. + t 7. Frågan är ekvivalent med: Finns tal t och s sådana att vektorerna +t t = +t +t +t t och +s +s = s +s 4+s +s är parallella? (Talen t och s skall ge oss skärningspunkterna. De parallella vektorerna linjens riktning.) Tittar vi på andra- och tredjekoordinaterna, ser vi att enda möjligheten är att +t = t t = Första vektorn är då (,, ) och den andra är parallell om Svar: Ja, linjen s = (+s) s = 4 = + t = + t z = + t som skär linjerna i (,, ) resp. (,, 0). 8. Sökta linjens skärningspunkter med de givna linjerna måste ha formen (t, 0, 0) resp. (0,s,). Dess riktning skulle då ges av såväl (p t, q, r) som (p, q s, r ) som alltså måste vara parallella. Om r 6= kan parallellitetsvillkoret formuleras p t p = q q s = r r Enda möjligheten för t är då t = p p r r och om även r 6= 0är enda möjligheten för s s = q/r Om däremot r =0, så är enda möjligheten att (p t, q, 0) = 0 (p, q s, 0 ) q =0 t = p s = godtcklig Om r =, så i stället (p, q s, ) = 0 (p t, q, ) p =0 s = q t = godtcklig 9. a) Vill ha b, så att följande ekvationssstem för s och t är lösbart ( + t, +t, +t) =(s, +s, b s) varav b = +t = s +t =+s +t = b s +t = s +t =+(+t) +t = b (+t) +t = s t = 7=b 6 b) Från a) kan vi avläsa skärningspunkten: t =i första linjens ekv. ger (, 5, 7) Planets ekv. på parameterform: = 5 + s z 7 + t 4

0. Dela upp e i vinkelräta komposanter, den ena parallell med, den andra vinkelrät mot e :. Lös ut e och e : ½ be =e +e a) be = e +6e ½ e = 8 (be be ) e = 6 (be be ) e θ e e e Linjen består av de punkter vars ortsvektor OP är parallell med den andra komposanten e cos θ e = e e =[relativt basen e, e ] = µ, Alltså svar: µ µ / = t e e + e = 4 (be be ) 6 (be be ) = 6 be 6 be b) Sambandet mellan koordinaterna relativt de olika sstemen fås ur b be + b be = e + e = 8 (be be ) 6 (be be ) ½ b = 8 6 Därför b = 8 + 6 b + b = 0 µ 8 µ 6 + 8 + 6 = 0 4 + 8 = 0 = t = + =0 5

. Linjens ekvation på parameterform: ½ = t, t godtcklig = 4 t OP= OP 0 + tv, där OP 0 = (0, 4), v =(, ) med avseende på den urspr. basen Sambandet mellan na och gamla basvektorer (eftersom OP =(, 0) och PQ =(, ) relativt den gamla basen) : ½ e 0 = e e 0 = e +e ½ e = e 0 e = e + e0 = e0 + e0 Alltså O 0 P 0 = e 4e = e 0 e 0 v = e e = e 0 e 0 e 0 = e 0 e 0 I det na sstemet har vi ekvationen O 0 P = O P 0 + tv där O P 0 = (, ), v =(, ) med avseende på den na basen d.v.s. ½ 0 = t 0 = t, t godtcklig eller ekvivalent 0 = 0 vilket fås ur 0 + = t = 0 +. Alternativ : Utgå från en parameterformekvation och eliminera: OP = OP + s P P + t P P = s +at = +t z = s t t = s = at = a + a z = ( a + a) ( ) Den sista ekvationen är den som efterfrågas: (a ) + z = a Alternativ : Vi söker A, B, C och D, sådana att alla de tre punkternas koordinater uppfller A + B + Cz = D B +C = D A + B + C = D Aa +B + C = D B = D C A = D B C = C ac +(D C)+C = D därdensistaekv.ärekviv.med D = ( a) C Planets ekvation skall alltså ha formen C +( a) C + Cz = ( a) C +( a) + z = a (Fallet C =0ger inte ett plan utan hela rummet.) 6

4. Låt oss bestämma oss för att uttrcka allt i de tre linjärt oberoende vektorerna AB, AD och AE. Vektorn AP kan vi uttrcka på två olika sätt. Å ena sidan AP = t AG för något tal t ³ = t AB + BC + CG ³ = t AB + AD + AE Å andra sidan AP = AD + s v + s v där s,s är tal och v, v är två vektorer som spänner upp planet. Vi kan ta v = AE AD v = AB + BC AD = AB AD Därmed t AB + tad + tae = s AB + µ s s AD + s AE I och med att vektorerna är linjärt oberoende, så måste t = s t = s + s t = s vilket ger t = 7 µ s = 4 7,s = 7 Det sökta förhållandet är alltså :5 Alternativt sätt att formulera (egentligen) samma räkningar: Tänk dig ett koordinatsstem med A som origo och med koordinatalar så att intilliggande hörnen får koordinaterna B :(, 0, 0),D:(0,, 0),E:(0, 0, ) och därmed G :(,, ). Planet skall alltså gå genom (0, 0, /), (, /, 0) och (0,, 0). Dess ekvation blir (ser man direkt med interceptformeln) av tpen A + +z = där A bestäms av att (, /, 0) skall uppflla ekv. + +z = Detta plans skärning med linjen t (,, ) fås ur t + t +t = t = 7 5. Låt v, v, v, v 4 beteckna simmarnas hastigheter, t jk = tidpunkten då simmare j och k stöter ihop. Att, och möts parvis sinsemellan ger (t t ) v = (t t ) v +(t t ) v v = ( λ) v + λv med λ = t t t t Att, och 4 möts parvis sinsemellan ger (t 4 t ) v = (t 4 t ) v +(t 4 t 4 ) v 4 v = ( µ) v + µv 4 med µ = t 4 t 4 t 4 t Vi vill visa att det finns t sådant att (t t ) v = (t 4 t ) v +(t t 4 ) v 4 (t 4 t) v 4 +(t t ) v = (t 4 t ) v ( s) v 4 + sv = v med s = t t t 4 t Detta fås, om vi sätter vi de två uttrcken för v lika och omformar : ( λ) v + λv = ( µ) v + µv 4 λv µv 4 = (λ µ) v λ λ µ v µ λ µ v 4 = v Fallet λ = µ är uteslutet, eftersom det skulle innebära att v och v 4 är parallella. 7