14. přednáška. Přímka

Podobné dokumenty
1 Analytická geometrie

1. Parametrické vyjádření přímky Přímku v prostoru můžeme vyjádřit jen parametricky, protože obecná rovnice přímky v prostoru neexistuje.

Rovnice přímky. s = AB = B A. X A = t s tj. X = A + t s, kde t R. t je parametr. x = a 1 + ts 1 y = a 2 + ts 2 z = a 3 + ts 3. t R

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

VZÁJEMNÁ POLOHA DVOU PŘÍMEK V ROVINĚ

6. ANALYTICKÁ GEOMETRIE

VZÁJEMNÁ POLOHA DVOU PŘÍMEK

Matematika I, část I Vzájemná poloha lineárních útvarů v E 3

Rovnice přímky v prostoru

2. ANALYTICKÁ GEOMETRIE V PROSTORU Vektory Úlohy k samostatnému řešení... 21

Lingebraické kapitolky - Analytická geometrie

Matematika I, část I. Rovnici (1) nazýváme vektorovou rovnicí roviny ABC. Rovina ABC prochází bodem A a říkáme, že má zaměření u, v. X=A+r.u+s.

Kolmost rovin a přímek

3) Vypočtěte souřadnice průsečíku dané přímky p : x = t, y = 9 + 3t, z = 1 + t, t R s rovinou ρ : 3x + 5y z 2 = 0.

3.2. ANALYTICKÁ GEOMETRIE ROVINY

Parametrická rovnice přímky v rovině

Matematika 1 MA1. 1 Analytická geometrie v prostoru - základní pojmy. 4 Vzdálenosti. 12. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 32

19 Eukleidovský bodový prostor

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V ROVINĚ

M - Příprava na 1. čtvrtletku pro třídu 4ODK

Analytická geometrie. přímka vzájemná poloha přímek rovina vzájemná poloha rovin. Název: XI 3 21:42 (1 z 37)

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

Analytická geometrie lineárních útvarů

Geometrie v R n. z balíku student. Poznamenejme, že vlastně počítáme délku úsečky, která oba body spojuje. (b d)2 + (c a) 2

11. VEKTOROVÁ ALGEBRA A ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ

Geometrie v R n. student. Poznamenejme, že vlastně počítáme délku úsečky, která oba body spojuje. (b d)2 + (c a) 2

A[a 1 ; a 2 ; a 3 ] souřadnice bodu A v kartézské soustavě souřadnic O xyz

S T E R E O M E T R I E ( P R O S T O R O V Á G E O M E T R I E ) Z Á K L A D N Í G E O M E T R I C K É Ú T VA R Y A J E J I C H O Z N A

Analytická geometrie. c ÚM FSI VUT v Brně

8. Parametrické vyjádření a. Repetitorium z matematiky

Analytická geometrie (AG)

M - Příprava na 12. zápočtový test

VEKTORY A ANALYTICKÁ GEOMETRIE PAVLÍNA RAČKOVÁ JAROMÍR KUBEN

Rovnice přímky vypsané příklady. Parametrické vyjádření přímky

Digitální učební materiál

Poznámka. V některých literaturách se pro označení vektoru také používá symbolu u.

Vzorce počítačové grafiky

11. VEKTOROVÁ ALGEBRA A ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ. u. v = u v + u v. Umět ho aplikovat při

VZOROVÝ TEST PRO 3. ROČNÍK (3. A, 5. C)

Cyklografie. Cyklický průmět bodu

Konstruktivní geometrie - LI. Konstruktivní geometrie - LI () Kótované promítání 1 / 44

3. ÚVOD DO ANALYTICKÉ GEOMETRIE 3.1. ANALYTICKÁ GEOMETRIE PŘÍMKY

Odvození středové rovnice kružnice se středem S [m; n] a o poloměru r. Bod X ležící na kružnici má souřadnice [x; y].

Metrické vlastnosti v prostoru

Vybrané kapitoly z matematiky

PŘÍMKA A JEJÍ VYJÁDŘENÍ V ANALYTICKÉ GEOMETRII

FAKULTA STAVEBNÍ MATEMATIKA I MODUL GA01 M01 STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAM GEODÉZIE A KARTOGRAFIE S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

Příklady k analytické geometrii kružnice a vzájemná poloha kružnice a přímky

Analytická metoda aneb Využití vektorů v geometrii

M - Analytická geometrie pro třídu 4ODK

f(x) = arccotg x 2 x lim f(x). Určete všechny asymptoty grafu x 2 2 =

Analytická geometrie

M - Příprava na 4. čtvrtletku - třídy 1P, 1VK.

Dvěma různými body prochází právě jedna přímka.

2. kapitola: Euklidovské prostory

Cvičné texty ke státní maturitě z matematiky

11 Vzdálenost podprostorů

Michal Zamboj. January 4, 2018

Euklidovský prostor. Parametrické rovnice roviny. Obecná rovnice roviny. . p.1/25

X = A + tu. Obr x = a 1 + tu 1 y = a 2 + tu 2, t R, y = kx + q, k, q R (6.1)

s p nazýváme směrový vektor přímky p, t je parametr bodu

7.5.3 Hledání kružnic II

x 2 = a 2 + tv 2 tedy (a 1, a 2 ) T + [(v 1, v 2 )] T A + V Příklad. U = R n neprázdná množina řešení soustavy Ax = b.

Michal Zamboj. December 23, 2016

Zavedeme-li souřadnicový systém {0, x, y, z}, pak můžeme křivku definovat pomocí vektorové funkce.

ANALYTICKÁ GEOMETRIE INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Kapitola 5. Seznámíme se ze základními vlastnostmi elipsy, hyperboly a paraboly, které

Eukleidovský prostor a KSS Eukleidovský prostor je bodový prostor, ve kterém je definována vzdálenost dvou bodů (metrika)

vyjádřete ve tvaru lineární kombinace čtverců (lineární kombinace druhých mocnin). Rozhodněte o definitnosti kvadratické formy κ(x).

Lineární algebra : Metrická geometrie

7 Analytická geometrie v rovině

Je-li dána hranolová nebo jehlanová plocha s podstavou v rovině σ a rovina řezu ρ:

ANALYTICKÁ GEOMETRIE INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

1. Přímka a její části

Euklidovské prostory. Euklidovský prostor dimense 3

[obr. 1] Rozbor S 3 S 2 S 1. o 1. o 2 [obr. 2]

Diferenciální počet 1 1. f(x) = ln arcsin 1 + x 1 x. 1 x 1 a x 1 0. f(x) = (cos x) cosh x + 3x. x 0 je derivace funkce f(x) v bodě x0.

Základní úlohy v Mongeově promítání. n 2 A 1 A 1 A 1. p 1 N 2 A 2. x 1,2 N 1 x 1,2. x 1,2 N 1

= prostorová geometrie, geometrie v prostoru část M zkoumající vlastnosti prostor. útvarů vychází z tzv. axiómů, využívá věty

Řešíme tedy soustavu dvou rovnic o dvou neznámých. 2a + b = 3, 6a + b = 27,

CVIČNÝ TEST 5. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Václav Zemek. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 17 IV. Záznamový list 19

3 Projektivní rozšíření Ēn prostoru E n

4. Statika základní pojmy a základy rovnováhy sil

1.13 Klasifikace kvadrik

Správnost vztahu plyne z věty o rovnosti úhlů s rameny na sebe kolmými (obr. 13).

+ 2y. a y = 1 x 2. du x = nxn 1 f(u) 2x n 3 yf (u)

0.1 Úvod do lineární algebry

Matematika (CŽV Kadaň) aneb Úvod do lineární algebry Matice a soustavy rovnic

17 Kuželosečky a přímky

KONSTRUKTIVNÍ GEOMETRIE

Rozvinutelné plochy. tvoří jednoparametrickou soustavu rovin a tedy obaluje rozvinutelnou plochu Φ. Necht jsou

0.1 Úvod do lineární algebry

( ) ( ) ( ) ( ) Skalární součin II. Předpoklady: 7207

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

Kótované promítání. Úvod. Zobrazení bodu

DERIVACE. ln 7. Urči, kdy funkce roste a klesá a dále kdy je konkávní a

ZÁKLADNÍ PLANIMETRICKÉ POJMY

Dá se ukázat, že vzdálenost dvou bodů má tyto vlastnosti: 2.2 Vektor, souřadnice vektoru a algebraické operace s vektory

Vzdálenosti. Copyright c 2006 Helena Říhová

ZÁKLADNÍ ZOBRAZOVACÍ METODY

Transkript:

14 přednáška Přímka Začneme vyjádřením přímky v prostoru Přímku v prostoru můžeme vyjádřit jen parametricky protože obecná rovnice přímky v prostoru neexistuje Přímka v prostoru je určena bodem A= [ a1 a2 a3 ] a směrovým vektorem u = ( u 1 u 2 u 3 ) Libovolný bod X = [ x y z] leží na dané přímce když vektor AX je rovnoběžný s vektorem u tedy AX = tu kde t je libovolné reálné číslo Z tohoto vztahu dostaneme úpravou X - A= t u X = A+ t u Definice: Rovnici X = A+ tu nazýváme vektorovou rovnicí přímky Dosazením souřadnic bodu a vektoru do této rovnice získáme parametrické rovnice přímky x = a1 + t u1 y = a2 + t u2 z = a + t u 3 3 Poznámka Protože bodů a směrových vektorů pro vyjádření jedné přímky můžeme zvolit nekonečně mnoho můžeme jednu přímku vyjádřit nekonečně mnoha parametrickými rovnicemi Uvažujeme-li přímku jako průsečnici dvou rovin pak je přímka určena rovnicemi obou rovin tj dvěma rovnicemi o jedné až třech proměnných ì a1x+ b1 y+ c1z+ d1 = 0 í îa2 x+ b2 y+ c2 z+ d 2 = 0 Příklad: Určete rovnici přímky která je dána body A= [ 2 1 0 ] B= [- 1 2 3 ] Řešení: Body A B leží na přímce tedy vektor který určují je směrový vektor dané přímky Určíme jeho souřadnice

AB= (-3 1 3 ) Do parametrických rovnic přímky dosadíme souřadnice vektoru AB a např bodu A: x= 2-3t y= 1+ t z= 3t Příklad: Určete parametrické rovnice přímky která je dána jako průsečnice rovin 2x- y- 7= 0 2x+ y- 3z+ 1= 0 Řešení: Normálové vektory rovin nejsou rovnoběžné tedy roviny mají společnou přímku Směrový vektor této přímky je kolmý na oba normálové jeho souřadnice určíme pomocí vektorového součinu i j k u = n n = 2-1 0 1 2 2 1-3 = 3i + 6j+ 4 k Hledaný směrový vektor přímky je u = ( 3 6 4 ) Dále určíme některý bod A= [ x y z ] který leží na průsečnici obou rovin Zvolme například x 0 = 0 Dosazením tohoto čísla do obou rovnic za x dostaneme dvě rovnice -y- 7= 0 y- 3z+ 1= 0 Jejich řešením určíme y0 =- 7 z0 =-2 Hledané parametrické rovnice přímky jsou x = 3t y = - 7+ 6t z = - 2+ 4 t pro t Î( - + ) 0 0 0 Rovnici hledané přímky můžeme také určit jako řešení soustavy dvou rovnic pro tři neznámé pomocí Gaussovy eliminační metody 2x- y = 7 2x+ y- 3z=- 1 Vzhledem k našemu zadání nemusíme koeficiety u neznámých a pravé strany rovnic psát do tabulky ale hned volíme x= t a dosazujeme y=- 7+ 2t 2t- 7+ 2t- 3z=-1 4 z=- 2+ t 3 Parametrická rovnice přímky má tvar x = t y = - 7+ 2t 4 z = - 2+ t pro t Î( - + ) 3 Směrový vektor tohoto řešení je násobkem směrového vektoru z předchozího řešení Obě řešení jsou tedy parametrické rovnice téže přímky 2

Vzájemná poloha dvou přímek Dvě různé přímky a º X = A+ tu a bº X = B+ tv v prostoru mohou být rovnoběžné různoběžné nebo mimoběžné a) Dvě přímky jsou rovnoběžné právě tehdy když jsou rovnoběžné jejich směrové vektory tedy u =l v kde l je vhodné reálné číslo Rovnoběžné přímky leží v jedné rovině a u v b b) Dvě různoběžné přímky leží v jedné rovině Vektor AB který určují body A B obou přímek leží také v této rovině Z vlastnosti komplanárnosti tří vektorů plyne že smíšený součin vektorů u v AB se musí rovnat nule tedy u ( v AB) = 0 A a u v B b c) Dvě mimoběžné přímky neleží v jedné rovině proto smíšený součin vektorů u v AB musí být nenulový tedy u ( v AB) ¹ 0 u a A B v b Odchylka dvou přímek Odchylkou dvou přímek a º X = A+ tu a bº X = B+ tv rozumíme úhel jejich směrových vektorů tedy u v cos j= u v 3

O odchylce dvou přímek mluvíme u různoběžných i mimoběžných přímek Příklad: Určete vzájemnou polohu dvou přímek pº ( x= 2- t y= 5 z= 3 + t) a q º ( x= 2 y= 1- t z= 2 + t) Řešení: Směrové vektory přímek jsou u = (- 1 0 1 ) v = ( 0-1 1 ) Vektory nejsou jeden násobkem druhého proto přímky nejsou rovnoběžné Určíme vektor AB který je určen body A= [ 2 5 3 ] B= [ 2 1 2 ] ležícími na přímkách p a q AB= ( 0-4 - 1 ) Smíšený součin vektorů u v AB je -1 0 1 0-1 1 =-5 0-4 -1 Smíšený součin je nenulový proto jsou dané přímky mimoběžné Přímka a rovina Z obrázku je vidět že vzájemná poloha závisí na vztahu normálového vektoru roviny a směrového vektoru přímky Pokud jsou tyto na sebe kolmé je přímka s rovinou rovnoběžná Jestliže kolmé nejsou přímka a rovina jsou různoběžné Pokud je přímka s rovinou rovnoběžná je třeba zjistit zda přímka v rovině náhodou neleží Zvolíme jeden bod přímky a zkoumáme zda v rovině leží nebo neleží Pokud ano tak celá přímka leží v rovině pokud ne tak je přímka s rovinou rovnoběžná různá V prostoru rozlišujeme tři možné vzájemné polohy roviny a přímky: 1 Přímka p je s rovinou rovnoběžná různá Nemají společný bod 2 Přímka p a rovina jsou různoběžné Přímka rovinu protíná v jednom bodě 3 Přímka p leží v rovině Společnými body jsou všechny body přímky p Poloha kdy přímka leží v rovině je speciální případ jejich rovnoběžnosti 4

Přímka v rovině Jestliže přímka leží v rovině pak směrový vektor této přímky je současně směrový vektor roviny a každý bod přímky je zároveň bodem roviny Příklad: Vypočtěte rovnici roviny určené dvěma různoběžkami pº ( x= 1+ 3t y=- 3+ 2t z= 2-2 t) a q º ( x= 1+ 4t y=-3- t z= 2+ 5 t) Řešení: Směrové vektory p= ( 3 2-1) q = ( 4-1 5 ) daných přímek jsou zároveň směrovými vektory hledané roviny Průsečík přímek B= [ 1-3 2 ] je bod roviny Vektory p q a BX jsou komplanární proto jejich smíšený součin je nula x- 1 y+ 3 z- 2 3 2-1 = 0 4-1 5 Determinant řešíme např rozvojem podle prvního řádku 9( x- 1) - 19( y+ 3) - 11( z- 2) = 0 9x- 9-19y- 57-11z+ 22= 0 9x- 19y- 11z- 44= 0 Průsečík přímky s rovinou Průsečík přímky s rovinou je jediný bod dané přímky který leží v dané rovině tedy jeho souřadnice vyhovují současně rovnici roviny i přímky Výpočet jeho souřadnic bude záviset na zadané rovnici přímky I Přímka je dána parametrickými rovnicemi x = a1 + t u1 y = a2 + t u2 z = a3 + t u3 Pro průsečík přímky s rovinou ax+ by+ cz+ d = 0 hledáme takovou hodnotu parametru t dané přímky pro kterou příslušná x y z vyhovují také rovnici roviny Po dosazení parametrických rovnic přímky do obecné rovnice roviny obdržíme lineární rovnici o jedné neznámé t Při řešení této rovnice mohou nastat tyto případy: - rovnice má právě jedno řešení Þ přímka má s rovinou právě jeden společný bod - rovnice je splněna pro každé t Þ přímka leží v rovině - rovnice nemá řešení Þ přímka je s rovinou rovnoběžná ì a x b y c z d II Přímka je dána rovnicemi dvou rovin 1 + 1 + 1 + 1 = 0 í îa2 x+ b2 y+ c2 z+ d2 = 0 Průsečík s další rovinou určíme řešením soustavy tří rovnic pro tři neznámé Průsečík existuje má-li soustava jediné řešení Jeho souřadnice jsou nalezené kořeny Příklad: Vypočtěte průsečík přímky pº ( x= 1+ t y= 2+ t z= 3 ) s rovinou aº 2x+ 4y+ 4z - 3= 0 Řešení: Parametrické rovnice přímky dosadíme za x y z do rovnice roviny 5

2( t+ 1) + 4( t+ 2) + 12-3= 0 2t+ 2+ 4t+ 8+ 12-3= 0 6t =-18 t =-3 Hledaný průsečík je bod B= [- 2-1 0 ] Vzdálenost bodu od roviny a přímky Vzdálenost bodu od roviny Mějme bod B= [ x y z ] a rovinu danou obecnou rovnicí ax + by + cz + d = 0 Vzdálenost 0 0 0 tohoto bodu od roviny určíme pomocí vzorce: d = B a x + b y + c z + d 0 0 0 2 2 2 a + b + c a d Vzdálenost bodu od přímky Mějme bod B= [ x0 y0 z0 ] u = ( u1 u2 u3 ) x = a1 + t u1 y = a2 + t u2 z = a + t u 3 3 a přímku p danou bodem A = [ a1 a2 a3 ] Její parametrické rovnice jsou a směrovým vektorem 6

Vzdálenost bodu B od přímky je velikost vektoru BX který prochází bodem B a obecným bodem X přímky Tento vektor je kolmý na přímku p Souřadnice tohoto vektoru určíme BX = X - B= ( a1+ t u1 - x0 a2 + t u2 - y0 a3 + t u3- z0 ) Dva vektory jsou na sebe kolmé právě tehdy když jejich skalární součin se rovná nule BX u = 0 Výpočtem tohoto skalárního součinu dostaneme rovnici o jedné neznámé t Rovnici vyřešíme kořen t dosadíme do vektoru a určíme jeho velikost Příklad: Určete vzdálenost bodu B = [ 1 2 8 ] od přímky pº ( x= 1+ 2t y=- t z= 1+ 2 t) Řešení: Vektor BX má souřadnice BX = X - B= ( 1+ 2t- 1 - t- 2 1+ 2t- 8) = ( 2t - t- 2 2t- 7 ) Skalární součin vektoru BX a směrového vektoru u = ( 2-1 2) se musí rovnat nule 4t+ t+ 2+ 4t- 14= 0 9t = 12 4 t = 3 æ 8 4 ö Vektor BX má souřadnice: BX = ç - - - è ø = æ ç è - - ö 2 8 3 3 3 7 8 10 13 a jeho velikost je 3 3 3ø hledaná vzdálenost 64 100 169 d = + + = 37 9 9 9 Odchylka přímek a rovin Odchylka dvou přímek Definice: Odchylka přímek p a q je číslo jî 0p / 2 Odchylka přímky a roviny pro které platí: uv cos j = u v Odchylku přímky a roviny nepočítáme přímo ale využijeme znalostí které již máme Definice: Je-li přímka p kolmá k rovině ρ je jejich vzájemná odchylka φ = π/2 Není-li přímka p kolmá k rovině ρ je jejich odchylka rovna odchylce přímky p a průsečnice p' rovin ρ a ψ kde p Î ψ a ρ ^ ψ 7

Ještě jednodušší je sestrojit kolmici q k rovině ρ a počítat odchylku α přímek p a q Vztah mezi hledanou a získanou odchylkou je: φ = π/2 - α Pro výpočet odchylky φ přímky p a un roviny ρ danou normálovým vektorem můžeme použít vzorec: sin j = cosa = u n Odchylka dvou rovin Definice: Odchylka rovin ρ a ψ je rovna odchylce přímek p a q pro které platí p = (ρ σ) q = (ψ σ) kde σ je rovina kolmá na ρ i ψ Slovy bychom výše uvedenou definici mohli rozepsat takto: Odchylku φ dvou rovin ρ a ψ vypočítáme následujícím způsobem Nejprve najdeme rovinu která je k oběma kolmá (je kolmá k jejich průsečnici) Tato rovina protne roviny ρ a ψ v přímkách p a q Odchylka φ rovin ρ a ψ je rovna odchylce přímek p a q Podobně jako když jsme hledali odchylku přímky a roviny můžeme využít normálových vektorů rovin ρ a ψ Na obr je vidět že přímky r a s svírají úhel stejné velikosti jako p a q Odchylku dvou rovin můžeme tedy snadno určit pomocí jejich normálových vektorů 8