8. série. Stereometrie

Podobné dokumenty
Shodná zobrazení. bodu B ležet na na zobrazené množině b. Proto otočíme kružnici b kolem

Pracovní listy MONGEOVO PROMÍTÁNÍ

Konstrukční úlohy. Růžena Blažková, Irena Budínová. Milé studentky, milí studenti,

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

0 x 12. x 12. strana Mongeovo promítání - polohové úlohy.

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

STEREOMETRIE. Tělesa. Značení: body A, B, C,... přímky p, q, r,... roviny ρ, σ, τ,...

Čtyřúhelník. O b s a h : Čtyřúhelník. 1. Jak definovat čtyřúhelník základní vlastnosti. 2. Názvy čtyřúhelníků Deltoid Tětivový čtyřúhelník

Rozpis výstupů zima 2008 Geometrie

Základní pojmy: Objemy a povrchy těles Vzájemná poloha bodů, přímek a rovin Opakování: Obsahy a obvody rovinných útvarů

Návody k domácí části I. kola kategorie C

3.MONGEOVO PROMÍTÁNÍ. Rovnoběžný průmět 3D těles na rovinu není vzájemně jednoznačné zobrazení, k obrazu neumíme jednoznačně určit objekt v prostoru

Kótované promítání. Úvod. Zobrazení bodu

Kreslení, rýsování. Zobrazení A B. Promítání E 3 E 2

11. VEKTOROVÁ ALGEBRA A ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ

Patří mezi tzv. homotetie, tj. afinní zobrazení, která mají všechny směry samodružné.

Syntetická geometrie I

P R O M Í T Á N Í. rovina π - průmětna vektor s r - směr promítání. a // s r, b// s r,

Antirovnoběžnost. Michal Kenny Rolínek. Ocojde?

ZBORCENÉ PŘÍMKOVÉ PLOCHY ŘEŠENÉ PŘÍKLADY

Mongeovo zobrazení. Osová afinita

Syntetická geometrie II

Kružnice, úhly příslušné k oblouku kružnice

AXONOMETRIE. Rozměry ve směru os (souřadnice bodů) jsou násobkem příslušné jednotky.

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

- shodnost trojúhelníků. Věta SSS: Věta SUS: Věta USU:

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

pro každé i. Proto je takových čísel m právě N ai 1 +. k k p

Syntetická geometrie I

2. Vyšetřete všechny možné případy vzájemné polohy tří různých přímek ležících v jedné rovině.

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie B

Shodná zobrazení v rovině

STEREOMETRIE ZÁKLADNÍ POJMY, METRICKÉ VLASTNOSTI, ODCHYLKY, VZDÁLENOSTI. STEREOMETRIE geometrie v prostoru

9. Planimetrie 1 bod

Axonometrie KG - L ZS MZLU v Brně. KG - L (MZLU v Brně) Axonometrie ZS / 60

9.6. Odchylky přímek a rovin

Vzorce počítačové grafiky

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

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

Užití stejnolehlosti v konstrukčních úlohách

Obrázek 34: Vznik středové kolineace

P L A N I M E T R I E

KONSTRUKTIVNÍ GEOMETRIE

SHODNÁ ZOBRAZENÍ V ROVINĚ GEOMETRICKÁ ZOBRAZENÍ V ROVINĚ SHODNÁ ZOBRAZENÍ

FAKULTA STAVEBNÍ VUT V BRNĚ PŘIJÍMACÍ ŘÍZENÍ PRO AKADEMICKÝ ROK

9.5. Kolmost přímek a rovin

1. MONGEOVO PROMÍTÁNÍ

Urci parametricke vyjadreni primky zadane body A[2;1] B[3;3] Urci, zda bod P [-3;5] lezi na primce AB, kde A[1;1] B[5;-3]

PLANIMETRIE úvodní pojmy

19 Eukleidovský bodový prostor

Sedlová plocha (hyperbolický paraboloid)

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

Několik úloh z geometrie jednoduchých těles

Návody k domácí části I. kola kategorie A

Úlohy domácího kola kategorie B

Klíčová slova: Phytagorova věta, obsahy a obvody rovinných útvarů, úhlopříčky a jejich vlastnosti, úhly v rovinných útvarech, převody jednotek

February 05, Čtyřúhelníky lichoběžníky.notebook. 1. Vzdělávací oblast: Matematika a její aplikace

od zadaného bodu, vzdálenost. Bod je střed, je poloměr kružnice. Délka spojnice dvou bodů kružnice, která prochází středem

Úlohy domácí části I. kola kategorie C

9. Je-li cos 2x = 0,5, x 0, π, pak tgx = a) 3. b) 1. c) neexistuje d) a) x ( 4, 4) b) x = 4 c) x R d) x < 4. e) 3 3 b

Téma 5: PLANIMETRIE (úhly, vlastnosti rovinných útvarů, obsahy a obvody rovinných útvarů) Úhly 1) Jaká je velikost úhlu? a) 60 b) 80 c) 40 d) 30

Metrické vlastnosti v prostoru

Přípravný kurz - Matematika

Úlohy domácí části I. kola kategorie C

Počítání v planimetrii Michal Kenny Rolínek

Extremální úlohy v geometrii

Digitální učební materiál

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

SHODNÁ A PODOBNÁ ZOBRAZENÍ V ROVINĚ

Vzorové řešení 4. série XII. ročníku BRKOSu

PLANIMETRIE 2 mnohoúhelníky, kružnice a kruh

Konvexní útvary. Kapitola 4. Opěrné roviny konvexního útvaru v prostoru

MONGEOVO PROMÍTÁNÍ. bylo objeveno a rozvinuto francouzem Gaspardem Mongem ( ) po dlouhou dobu bylo vojenským tajemstvím

Analytická geometrie lineárních útvarů

ŘEŠENÉ PŘÍKLADY DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE. ONDŘEJ MACHŮ a kol.

PLANIMETRIE, KONSTRUKČNÍ ÚLOHY V ROVINĚ

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

GEOMETRIE PLANIMETRIE Úlohy k rozvoji geometrické představivosti Úlohy početní. Růžena Blažková

Michal Zamboj. January 4, 2018

tečen a osu o π, V o; plochu omezte hranou vratu a půdorysnou a proved te rozvinutí

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.

2) Přednáška trvala 80 minut a skončila v 17:35. Jirka na ni přišel v 16:20. Kolik úvodních minut přednášky Jirka

Klíčová slova: Phytagorova věta, obsahy a obvody rovinných útvarů, úhlopříčky a jejich vlastnosti, úhly v rovinných útvarech, převody jednotek

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

Návody k domácí části I. kola kategorie B

Základní geometrické tvary

Definice Tečna paraboly je přímka, která má s parabolou jediný společný bod,

Klíčová slova: Phytagorova věta, obsahy a obvody rovinných útvarů, úhlopříčky a jejich vlastnosti, úhly v rovinných útvarech, převody jednotek

5 Pappova věta a její důsledky

ROTAČNÍ KVADRIKY. Definice, základní vlastnosti, tečné roviny a řezy, průsečíky přímky s rotační kvadrikou

CVIČNÝ TEST 43. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 13 IV. Záznamový list 15

MATEMATIKA. Problémy a úlohy, v nichž podrobujeme geometrický objekt nějaké transformaci

63. ročník matematické olympiády Řešení úloh krajského kola kategorie B. 1. Odečtením druhé rovnice od první a třetí od druhé dostaneme dvě rovnice

KRUHOVÁ ŠROUBOVICE A JEJÍ VLASTNOSTI

Úlohy krajského kola kategorie B

( ) ( ) 6. Algebraické nerovnice s jednou neznámou ( ) ( ) ( ) ( 2. e) = ( )

DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL

3 Geometrie ve škole. krychle a její obrázek, koule a její stín, průměty trojrozměrného útvaru do roviny

Různostranný (obecný) žádné dvě strany nejsou stějně dlouhé. Rovnoramenný dvě strany (ramena) jsou stejně dlouhé, třetí strana je základna

Transkript:

8. série Stereometrie 1. úloha Vprostoru E 3 jsoudánynerovnoběžnépřímky p,qabody P 1,P 2 p,q 1,Q 2 qtak, že P 1 Q 1 = P 2 Q 2 a P 1 P 2 = Q 1 Q 2 >0.Body A p,b qnazvemesdružené, jestliže AP 1 = BQ 1 a AP 2 = BQ 2.Najdětedvasdruženébody A,Btak,abyjejich vzájemnávzdálenostbylaconejmenší. 1 2. úloha Rozhodněte,zdalze E 3 rozřezatnastejněvelkétetraedry. 2 3. úloha Vtetraedru ABCDnajdětebody K BCD,L ACD,M ABD,N ABC, abydélka KL + LM + MN bylaminimální. 4. úloha Vtetraedru ABCDnajdětebody K BCD,L ACD,M ABD,N ABC, abydélka KL + LM + MN + NK bylaminimální. 5. úloha V E 3 jsoudánydvědisjunktníkoule.najdětemnožinu Mvšechbodůtohotoprostoru, jimiž lze vést přímku, která se dotýká obou koulí. 1 XY značídélkuúsečky XY. 2 Tetraedrjestpravidelnýčtyřstěn.

Řešení 8. série Ve stereometrii se často setkáváme s pojmem mimoběžky, všiměme si tedy několika jejich základních vlastností, ze kterých potom můžeme vycházet při řešení stereometrických úloh. Důkazy jednotlivých tvrzení nejsou obtížné, zkuste je proto nalézt sami pozor na tzv. důkaz kruhem!. Mějme dvě mimoběžky p, q. Pak existuje právě jedna jejichnejkratšíspojnice,tj.úsečka PQtaková,že P p,q qadélka PQ jeminimální. Dále existuje jediná spojnice těchto mimoběžek, která je na obě kolmá a tato spojnice splývá s nejkratší spojnicí. Označme S její střed. Dále existuje právě jedna dvojice rovin p,qtakových,že p p,q qap q.vzdálenosttěchtorovinjerovnadélcenejkratší příčky,kterájenavícnaoběkolmá.osamimoběžekjetakovápřímka o,že pjesouměrně sdruženásqpodleosy o.pročse onedánadefinovatjakopřímka,podlenížjemnožina M = {X E 3 ;X p nebo X q}osověsouměrná?mimoběžky p,qmajíprávě dvěosy,tyjsouspoluspřímkou PQpodvoukolméaprotínajísevbodě S.Rovinujimi určenou nazveme středovou rovinou mimoběžek p, q. Je-li o osou mimoběžek p, q, pak je PSnejkratšíspojnicímimoběžek p,o.úhlemmimoběžek p,qserozumíúhelsevřený jejich kolmými průměty do středové roviny. Takže například protější hrany tetraedru jsou kolmé a jejich nejkratší spojnicí je úsečka spojující jejich středy. 1. úloha Jsou-li p, q mimoběžky, pak značíme-li pruhem kolmý průmět do jejich středové roviny, platíprolibovolnébody K,L p,m,n qekvivalence: KM = LN KM = LN KM LN KM LN Platítotiž KM 2 = KM 2 +d 2 a LN 2 = LN 2 +d 2,kde djevzdálenostpřímek p,q. Stačí tedy vyřešit stejnou úlohu pro p, q, čímž je úloha převedena na následující případ. Jsou-li p, q různoběžky, označme S jejich průsečík. Ze zadání plyne, že jsou trojúhelníky P 1 P 2 Q 1 a Q 2 Q 1 P 2 shodnépodlevětysss.přímky p,qnejsourovnoběžné,takžeoba trojúhelníkyjsousouměrněsdruženépodleosy oúsečky P 2 Q 1,odtud S oakonečně musítaképlatit P 1 S = Q 2 S a P 2 S = Q 1 S. Mějmesdruženébody A,B.Budiž B čtvrtývrcholrovnoběžníka P 1 ABB.Jestliže bod Aprobíhápřímku p,pakbod B probíhápřímku r,kde Q 1 rar o,neboť trojúhelník Q 1 BB jevždyrovnoramennýajehoúhlysenemění.jelikožvždyplatí AB = P 1 B,stačínajítbodpřímky r,kterýjenejblížekbodu P 1 atenzvolitza B ;příslušnýmbodem Bpakbudestředpřeponypravoúhléhotrojúhelníka Q 1 Q 2 B a Abudestředemúsečky P 1 P 2. Aťjsou p,qrůznoběžkynebomimoběžky,budouhledanýmibodystředyúseček P 1 P 2 a Q 1 Q 2.

2. úloha Nelze.Vtetraedruoznačme βuhelsevřenýstěnami.je-li Kstředemhrany AB,aL 1 středemhrany CD,je KLA = β 2 aodtudplyne:sin β 2 = 3.Pro β =360 :6je sin β 2 =0,5apro β=360 :5jesin β. 1. 2=0,5877...,cožjevětšínež 3=0,5773... Tedykdybyšlo E 3 složitztetraedrů,bylabykaždáhranaspolečnáprávě ntetraedrům, kde5 < n <6,cožzjevněnelze. Kdůkazunerovností β < β < βbyločistějšímístokalkulačekanepřesnýchodhadů použít přesného vyjádření: 1 > 1 2+ 2 5 3 > 1 2. 3. úloha Nechť B resp. M,N jebodsouměrněsdruženýsbodem Bresp. M,Npodleroviny ACD.Nechť C resp. N jebodsouměrněsdruženýscresp. N podleroviny AB D. Dostaneme tak vyobrazené těleso, které je symetrické podle osy o, která spojuje středy úseček ADaCB.Zkonstrukcetohototělesaplynerovnost KL + LM + M N = KL + LM + MN,cožjedélka,kteroumámeminimalizovat.Protobuďtoležíbody KLM N napřímce,nebokvůlinekonvexnostitělesaje L M AD.Zdalšího postupu však vyplyne, že druhý případ nebude minimální, ani kdybychom místo délky KL + LN uvažovalidélku KN ;přestonanějnesmímezapomenout. Zkusmetedynajítbody K a N tak,abyjejich vzdálenost byla co nejmenší. Budiž d vzdálenostmimoběžek CDaAB.Uvážíme-lidvěrovnoběžné roviny obsahující tyto mimoběžkyviz předmluva,jejejichvzdálenostrovna dabody K,N ležíkaždýnajinoustranuodpásuurčenéhotěmitorovinami,takžejejichvzdálenost KN nemůžebýtmenšínež d.abybylo KN =d,musí body K, N ležetpřímovezmíněnýchrovinách, tj.namimoběžkách CDaAB.Protože AB CD B C K D L M A B C jetetraedr,budetoutospojnicíspojnicestředůhran CDaAB.Odpovídajícímřešenímjeprotočtveřicebodů K,L,M,N takových,že K = L = středhranycda M= N=středhranyAB. 4. úloha Úlohu budeme řešit podobně jako předchozí, uděláme však o jednu rovinovou symetrii více,čímžzbudepouzeproblémnajítbod Ka K tak,abyjejichvzdálenostbylaco nejmenšíaabypoprovedeníoněch3rovinovýchsymetriípřešelbod Kna K,tj.aby bylbod Kvtrojúhelníku BCDnastejnémmístějakobod K vtrojúhelníku B C D. K vyřešení tohoto problému pak využijeme tvrzení dokázané v první úloze. Označme B,K,M,N body souměrně sdružené s B,K,M,N podle roviny ACD. Označme N o

C,K,N bodysouměrněsdruženésc,k,n podleroviny AB D.Označme D,K bodysouměrněsdruženésd,k podleroviny AB C.Označme B 1 resp. D 1 průsečík přímky rovnoběžné s BD a procházející bodem K s hranami CDresp. CB. Označme C 1 středhrany BD.Označme B 1resp. D 1průsečíkpřímkyrovnoběžnésB D aprocházejícíbodem K shranami C D resp. C B.Označme C 1středhrany B D.Tak dostanemetělesosymetricképodleosy oprocházejícíbodem Aastředem Shrany DB : D o C C 1 S D 1 B 1 B K B 1 B K C 1 D D 1 C Ztétosymetrieplyne: B 1 B 1 = D 1 D 1 aabybylo KK minimální,musíbýtpodle prvníúlohy Kstředemúsečky B 1 D 1 a K středemúsečky B 1D 1.Tedy Kležínatěžnici C C 1aobajsousouměrněsdruženépodleosy otoplatíjendíkytomu,žejebod C 1 jediným bodem úsečky BD, který je souměrně sdružený se sobě odpovídajícím bodem naúsečce B D zrovnapodleosy o.osa ojetakéosoumimoběžek CC 1 a C C 1,takže snadnonahlédneme,že KK musíbýtnejkratšíspojnicítěchtomimoběžek.označíme-li Ojejístřed,pak KOjenejkratšíspojnicímimoběžek CC 1 a AS.Tyjsouvšaksouměrně sdruženépodleosy DX,kde Xjestřed AC. Takže KY jenejkratšíspojnicímimoběžek CC 1 a DX,kde Y jestředúsečky KO. Mámetedydanýtetraedr ABCDabod Kvněmnajdemejakotakovýbodtěžnice CC 1, který je nejblíže k těžnici DX. Celý tetraedr promítneme kolmo do takové roviny, aby body D, X, Y splynuly.úsečka KY jena DXkolmá,jetedyrovnoběžnásprůmětnou. Pravý úhel CKY má jedno rameno rovnoběžné s průmětnou, zůstane tedy pravým úhlem i po promítnutí. Průmět potom musí vypadat tak, jak je to vidět na následujícím obrázku. Je-li AB =1,je CC 1 = 3 2 avýškatetraedrubude v= 2 3. B Naprůmětubudemítúsečka BDdélku vaúsečka AC délku 1.Protobudenaprůmětumít C 1 D délku v/2aúsečka CD délku1/2.vtomtopravoúhlémtrojúhelníku CDC 1 jetedypoměrdélekodvěsenroven v,protojepřepona CC 1 dělenapatou Kvýšky KDvpoměru v 2 =2/3.Bod Kležívedvoupě- K C 1 tináchúsečky CC 1 atomusíplatitnejennatomtoprůmětu, ale i ve skutečnosti. Nyní už snadno dopočítáme řešení, nejlépe, C D=Y =X A uvědomíme-li si, že je nalezené řešení jednoznačné a že bylo za- A

dáníúlohysymetrické.nakonecvyjdejedinéřešení:bod Kresp. L, M, Nležívedvou pětináchtěžnice CC 1 resp. XD, C 1 A, XBměřenoodjejípaty.C 1 jestředhrany BD, Xstředhrany CA.Proty,kterýmsenedařípřehlednénáčrtky,jevúlohách2, 3, 4 a podobných vhodná metoda slepovaných špejlí či sirek. 5. úloha Kouleoznačme K, K,jejichstředy S, S.Mějmebod Xvněoboukoulí.Všechnytečny vedenébodem Xkekouli Ktvořípovrchkužele Q,kterýjebodem Xrozdělennadvě části. Nyní rozlišme několik případů: a Koule K neprotínážádnouztěchtopřímek. Koule K protínáněkterépřímkyvjednéčástikuželeajinéne. c Koule K protínáněkterépřímkyvjednéčástikužele,jinévdruhéčástikužele ajinéne. d Koule K protínávšechnypřímkylzejenvjednéčásti. e Hraniční případy mezia,,c,dnebudeme je počítat do těchto případů. Vpřípadechaadsekoule K nebudedotýkatžádnézezmíněnýchpřímek,neboli X neležívm.vpřípadechackoule K jednuzpřímekprotínáajinoune, budutedypřímkouotáčetkolemosy XStakdlouho,nežpřejdevedruhouavjednom okamžikumuselaprojítpolohou,kdysekoule K pouzedotýkala,čili Xpatřídomnožiny M.rozmyslete si, proč platí poznámka u případud. Hraniční případy se snadno rozeberou. Bode vlastně popisuje část hranice množiny M, zbytek hranice leží na površíchkoulí,alecelásedázařaditmezibodyac,takže Mjeuzavřená. Množina Mbudezřejměinvariantnívůčilibovolnérotacikolemosy SS,takžestačí prozkoumat,jakbudevypadatjejířezlibovolnourovinou,kteráobsahujeosu SS.Vtéto rovině vytnou koule dvě kružnice. Přikreslíme-li všechny jejich 4 společné tečny, rozpadne setímrovinananěkolikoblastíavkaždéznichnestanemaximálnějedenzpřípadůa,,c,d.uvnitřkoulíbod Xnemůžebýt.Situacepakvypadátak,jakjetovidět na obrázku.

a c d c d a S c a d S a Obrázek k řešení páté úlohy. c