Transcript Document
LINEARNA ALGEBRA PROSTORSKA GEOMETRIJA PROSTORSKA GEOMETRIJA Osnovni objekti prostorske geometrije so točke. premice in ravnine. Točke so podane s svojimi koordinatami. Nekoliko presenetljivo so ravnine lažje za obravnavo kot premice, zato se jih lotimo prej. Ravnino lahko opredelimo na različne načine: MATEMATIKA 1 1 LINEARNA ALGEBRA ENAČBA RAVNINE Označimo r ( x , y, z ) r0 ( x0 , y0 , z0 ) n (a, b, c ) Pogoj, da točka (x,y,z) leži na ravnini izrazimo vektorsko: (normala je pravokotna na vse daljice v ravnini) Po komponentah pa dobimo ( d n r0 ax0 by0 cz0 ) PROSTORSKA GEOMETRIJA n r0 r n r r0 = 0 ax by cz d Vsaka linearna zveza med koordinatami točk v prostoru predstavlja ravnino. (1,1, 2) Katero ravnino določa enačba x+y+2z=2?. n (1,1, 2) r0 (0, 0,1) (izberemo točko, ki ustreza enačbi) MATEMATIKA 1 (0, 0,1) 2 LINEARNA ALGEBRA PROSTORSKA GEOMETRIJA RAVNINA SKOZI TRI DANE TOČKE r1 r0 r2 Normala: n (r1 r0 ) (r2 r0 ). Pogoj, da točka r leži na ravnini : (r1 r0 ) (r2 r0 ) (r r0 ) 0 Enačba ravnine skozi točke (1,1,0), (-1,0,2) in (0,0,1): (2, 1,2) (1, 1,1) (x, y, z) (1,1,0) 0 (1,0,1) (x, y, z) (1,1,0) 0 x z 1 MATEMATIKA 1 3 LINEARNA ALGEBRA PROSTORSKA GEOMETRIJA RAZDALJA MED TOČKO IN RAVNINO r1 Razdalja je enaka projekciji vektorja do točke na smer normale. d r1 r0 cos n r1 r0 r0 n (po potrebi vzamemo absolutno vrednost) Po koordinatah: d a( x1 x0 ) b(y1 y0 ) c( z1 z0 ) a 2 b2 c 2 ax1 by1 cz1 d a 2 b2 c 2 (v normirano enačbo ravnine vstavimo koordinate točke) Koliko je točka (0,3,1) oddaljena od ravnine x+y+2z=2? d MATEMATIKA 1 1 0 1 3 2 1 2 12 12 22 3 6 4 LINEARNA ALGEBRA PROSTORSKA GEOMETRIJA Tudi premico lahko opredelimo na različne načine: kot presek dveh ravnin MATEMATIKA 1 5 LINEARNA ALGEBRA PROSTORSKA GEOMETRIJA ENAČBA PREMICE Označimo r ( x , y, z ) r0 ( x0 , y0 , z0 ) s (a, b, c ) r s r0 Pogoj, da točka (x,y,z) leži na premici izrazimo vektorsko: (daljica na premici je vzporedna s smerjo) s r r0 = 0 Po komponentah pa dobimo (a, b, c ) x x 0 , y y0 , z z 0 b z z0 c y y0 , c x x 0 a z z 0 , a y y0 b x x 0 (0, 0, 0), torej b z z0 c y y0 c x x0 a z z0 a y y0 b x x 0 Enačbe lahko uredimo v kanonično obliko: MATEMATIKA 1 x x0 y y0 z z0 a b c 6 LINEARNA ALGEBRA PROSTORSKA GEOMETRIJA PREMICA SKOZI DANI TOČKI r0 r Smer s r1 r0 : Pogoj, da točka r leži na premici : r1 r0 r r0 0 Enačba po komponentah : r1 x x0 y y0 z z0 x1 x0 y1 y0 z1 z0 Enačba premice skozi (1,0,-1) in (2,2,1): s (1, 2, 2), x 1 y z 1 1 2 2 Če je katera od komponent vektorja smeri enaka 0, se enačba premice poenostavi: r0 (1, 1, 2), s (2, 0, 1) MATEMATIKA 1 x 1 z 2 , y 1 2 1 7 LINEARNA ALGEBRA PROSTORSKA GEOMETRIJA PREMICA KOT PRESEK DVEH RAVNIN Skozi točko v ravnini lahko potegnemo nešteto premic. Poljubni dve izmed teh določata točko. Podobno skozi premico v prostoru lahko postavimo nešteto ravnin. Poljubni dve izmed teh ravnin enolično določata premico. Ravnini z normalami n0 in n1 določata premico s smerjo s n0 n1 , za r0 pa vzamemo eno točko iz preseka. MATEMATIKA 1 8 LINEARNA ALGEBRA PROSTORSKA GEOMETRIJA PARAMETRIČNI OPIS PREMICE IN RAVNINE r r0 r1 r r0 t s r0 t r1 r0 , t r2 r r0 r1 MATEMATIKA 1 r r0 t1 r1 r0 t2 r2 r0 , t1 , t2 9