28 svar
1362 visningar
Markos96 8 – Fd. Medlem
Postad: 30 sep 2019 19:52

Linjär algebra

Beräkna arean av den triangel som har ett hörn i (2,3,4) och ett andra hörn är spegelbilden till punkten P i planet 4x-y+z=0 och ett tredje hörn som är beläget där planet π skär y-axeln.

P: (0,2,11)
π: 53x-6y+z=6

PATENTERAMERA 5931
Postad: 30 sep 2019 20:10

Hur långt har du kommit? Hur tänker du?

Markos96 8 – Fd. Medlem
Postad: 30 sep 2019 20:17

Jag har försöket att lösa det men det funka inte, jag har två samma problem ! 

PATENTERAMERA 5931
Postad: 30 sep 2019 20:23
Markos96 skrev:

Jag har försöket att lösa det men det funka inte, jag har två samma problem ! 

Vi brukar bara ta ett problem per tråd.

PATENTERAMERA 5931
Postad: 30 sep 2019 20:26

Har du räknat ut hörnen i triangeln?

Markos96 8 – Fd. Medlem
Postad: 30 sep 2019 20:26

okej! 

Om du kan hjälpa mej med den andra ! Om du kan det! 

Markos96 8 – Fd. Medlem
Postad: 30 sep 2019 20:27
PATENTERAMERA skrev:

Har du räknat ut hörnen i triangeln?

Nej faktiskt !

dr_lund 1177 – Fd. Medlem
Postad: 30 sep 2019 20:30

Spegelbild i ett plan brukar kunna lösas med projektion. Har du testat det?

Markos96 8 – Fd. Medlem
Postad: 30 sep 2019 20:35
dr_lund skrev:

Spegelbild i ett plan brukar kunna lösas med projektion. Har du testat det?

Jag är inte säker om det är just den man ska använda projektionsformel och det finns inte lika exempel i boken 

PATENTERAMERA 5931
Postad: 30 sep 2019 20:38

Kan du dela upp vektorn OP i en komposant som är parallell med planet och en komposant som är vinkelrät mot planet?

Markos96 8 – Fd. Medlem
Postad: 30 sep 2019 20:43

PATENTERAMERA skrev:

Kan du dela upp vektorn OP i en komposant som är parallell med planet och en komposant som är vinkelrät mot planet?

Hur ska vi göra det, hoppas att FU förklara till mig i detalj !

PATENTERAMERA 5931
Postad: 30 sep 2019 20:54
Markos96 skrev:

PATENTERAMERA skrev:

Kan du dela upp vektorn OP i en komposant som är parallell med planet och en komposant som är vinkelrät mot planet?

Hur ska vi göra det, hoppas att FU förklara till mig i detalj !

Först behöver vi bestämma en normalvektor n till planet. Hur gör vi det? Hur bestämmer vi en sådan vektor från planets ekvation?

Stakethinder 84
Postad: 1 okt 2019 13:30 Redigerad: 1 okt 2019 13:40

Tänkte visa något väldigt basic som kanske får det att lossna lite.

Det är inte världens finaste bild men det får duga.

En linje i R3 (dvs 3D) kan beskrivas av en godtycklig punkt P0 på linjen, och en vektor i linjens utbredningsriktning. Alla punkter P på linjen kan då beskrivas som

P=P0+V*t

I figuren är P0 benämnd P. Alla punkter P ligger då på den röda linjen. I praktiken är det här ett polygontåg. En punkt P0 är även vektorn till den punkten xy-00=xy. Beskrivningen av en linje är alltså "Gå till en punkt på linjen, följ sedan linjens riktning i t steg för att komma till en specifik punkt på linjen".

 

En av punkterna PR ligger i planet (rektangeln). På andra sidan planet ligger en spegelpunkt S, dvs den är lika långt från planet som P0 fast på andra sidan. 

Hur räknar man då längd? Jo vektorn V har ju en längd, som skalas med faktorn t. Man kan säga att t avgör hur långt man gått längs med linjen.

Vi behöver inte räkna ut avståndet. Vi behöver bara inse att om vi behöver gå V* tplan för att nå planet, så behöver vi gå dubbelt så långt för att nå spegelpunkten.

 

När denna generella beskrivning av en linje har satt sig, finns det någon linje mellan två punkter vi är intresserade av, och vilken vektor har denna linje?

PATENTERAMERA 5931
Postad: 1 okt 2019 13:43
Stakethinder skrev:

Tänkte visa något väldigt basic som kanske får det att lossna lite.

Det är inte världens finaste bild men det får duga.

En linje i R3 (dvs 3D) kan beskrivas av en godtycklig punkt P0 på linjen, och en vektor i linjens utbredningsriktning. Alla punkter P på linjen kan då beskrivas som

P=P0+V*t

I figuren är P0 benämnd P. Alla punkter P ligger då på den röda linjen.

En av punkterna PR ligger i planet (rektangeln). På andra sidan planet ligger en spegelpunkt S, dvs den är lika långt från planet som P0 fast på andra sidan. 

Hur räknar man då längd? Jo vektorn V har ju en längd, som skalas med faktorn t. Man kan säga att t avgör hur långt man gått längs med linjen.

Vi behöver inte räkna ut avståndet. Vi behöver bara inse att om vi behöver gå V* tplan för att nå planet, så behöver vi gå dubbelt så långt för att nå spegelpunkten.

Här skall du förstås välja vektorn V så att den är vinkelrät mot planet, dvs parallell med planets normal.

PATENTERAMERA 5931
Postad: 3 okt 2019 14:24 Redigerad: 3 okt 2019 14:27
PATENTERAMERA skrev:
Markos96 skrev:

PATENTERAMERA skrev:

Kan du dela upp vektorn OP i en komposant som är parallell med planet och en komposant som är vinkelrät mot planet?

Hur ska vi göra det, hoppas att FU förklara till mig i detalj !

Först behöver vi bestämma en normalvektor n till planet. Hur gör vi det? Hur bestämmer vi en sådan vektor från planets ekvation?

Vi kan uppdela vektorn OP i komposanter

OP=p+v, där

p är parallell med planet och v är vinkelrät mot planet.

Om P*är den sökta spegelpunkten, så inses med eller utan eftertanke (rita figur) att

OP*=p-v, vilket även kan skrivas som

OP*=OP-2v.

Det är inte svårt att visa att

v=(OPn)nn2, där punkten indikerar skalärprodukten (dot product) och n är en normalvektor till planet.

Jag antar att du vet hur man räknar ut var planet skär y-axeln; låt den punkten vara B och kalla den i problemet givna punkten A.

Inför nu

a=P*A, och

b=P*B.

Baserat på en från gymnasiet känd formel för en triangels area T får vi

T = 12absinα, där α är vinkeln mellan a och b.

T2 =  14a2b2sin2α=14a2b2(1-cos2α)=14(a2b2-(ab)2), eller

T = 12a2b2-(ab)2

Du borde komma vidare själv nu.

dr_lund 1177 – Fd. Medlem
Postad: 3 okt 2019 14:38

Det föregående inlägg beskriver, är inget annat än projektion, vilket jag också svarade dig tidigare. 

Men du var inte bekant med projektion, vad jag förstår.

Det är i mitt tycke det bästa angreppssättet vid komposantuppdelning av det slag som problemet beskriver.  

Stakethinder 84
Postad: 3 okt 2019 15:46

Hej killar.

Nu var det ett tag sedan jag läste Linjär Algebra. Men vad jag ser så fungerar det här enbart för att planet skär origo. Då tänker jag på följande samband:

OP*=p-v

Det är ju helt rätt, men det blir en spegling i Origo i planets normalriktning. Om t ex P ligger 10 le från origo och planet ligger 10^6 le från origo så är det ganska trivialt att inse att P* ligger väldigt långt bort. Så det fungerar bara om planet skär origo. Nu råkar det göra det i den här uppgiften, men det känns som ett specialfall snarare än en generell lösning.

Snyggt med detaljen hur man räknar ut triangelns area!

PATENTERAMERA 5931
Postad: 3 okt 2019 16:09
Stakethinder skrev:

Hej killar.

Nu var det ett tag sedan jag läste Linjär Algebra. Men vad jag ser så fungerar det här enbart för att planet skär origo. Då tänker jag på följande samband:

OP*=p-v

Det är ju helt rätt, men det blir en spegling i Origo i planets normalriktning. Om t ex P ligger 10 le från origo och planet ligger 10^6 le från origo så är det ganska trivialt att inse att P* ligger väldigt långt bort. Så det fungerar bara om planet skär origo. Nu råkar det göra det i den här uppgiften, men det känns som ett specialfall snarare än en generell lösning.

Snyggt med detaljen hur man räknar ut triangelns area!

Om origo inte ligger i planet så ersätter man bara O med O´i formeln, där O´är en punkt i planet.

Stakethinder 84
Postad: 3 okt 2019 16:39

Ok, så då behöver man hitta en punkt i planet och sedan definierar man 

O´P=p+v,

räknar ut v

Konstaterar att O´P*=O'P-2v

och sedan räkna ut OP*=OO'+O'P*

så har man pegelpunkten P*.

 

Jo, det verkar ju funka. Verkar omständligt och förvirrande. Men whatever floats your boat.

PATENTERAMERA 5931
Postad: 3 okt 2019 16:59
Stakethinder skrev:

Ok, så då behöver man hitta en punkt i planet och sedan definierar man 

O´P=p+v,

räknar ut v

Konstaterar att O´P*=O'P-2v

och sedan räkna ut OP*=OO'+O'P*

så har man pegelpunkten P*.

 

Jo, det verkar ju funka. Verkar omständligt och förvirrande. Men whatever floats your boat.

Om planets ekvation är

rn=c, så kan vi välja

OO´=cnn2

Stakethinder 84
Postad: 4 okt 2019 09:45 Redigerad: 4 okt 2019 09:55

Känns som du utelämnade ca en halv lärobok där. 

Jag utgår från att n är en normalvektor till planet och r är en godtycklig vektor i planet. Stämmer att deras kryssprodukt då hamnar i planet, men det är kanske inte trivialt för nybörjaren. 

 

Sen blir det konstigt. Du motiverar inte dina resonemang vilket gör dem svåra att följa.

cnn2 är ju n multiplicerat med en skalär. 

Så det du gjort är att när du väljer en punkt O' som ligger i planet så har du valt den punkt som om man går i normalens riktning hamnar i origo.

Är inte det lättare att åstadkomma med ansatsen k*n =π ? Och mer tydligt vad det är man gör?

Särskilt som det inte är trivialt att hitta c.

Stakethinder 84
Postad: 4 okt 2019 10:26

Kan ju visa hur jag hade angripit spegelpunkten också.

π : x-z=0        PlanetP:(7, 12, 9)       Punkten

Vi definierar en linje som går genom punkten och som har utbredningsriktning parallellt med planets normal.

L =P + n*t

Om ett plan har ekvationen 

aX+bY+cZ=d

så är vektorn abc en normal till det planet.

 L=7129+10-1*t

 

För ett givet t=tp skär linjen planet. För ett annat t=ts skär linjen Spegelpunkten. Jag kallar den S, andra inlägg kallar den P*.

Avstånd från P till planets skärning är n*t längdenheter, le. Avståndet från planet till spegelpunkten är givetvis lika långt, fast på andra sidan planet. Alltså når vi Spegelpunkten när vi gått dubbelt så långt som vi behöver gå för att nå planet från P.

ts=2tp

Vi gör räkningarna! Börja med att identifiera tp.

7129+10-1*tp ska uppfylla x-z=0, dvs x=z.

7+tp =9-tp2tp=2tp=1

Vi utnyttjar detta i det vi redan resonerat oss fram till.

S=L(ts) =7129+10-1*ts= /ts=2tp=2*1/ =7129+20-2=9127

 

Vi har nu två av tre hörn:

H1:(1,2,3)    (givet)H2: (9,12,7)  (spegelpunkt)H3: ???          (skärning π och given linje)

I framtagandet av spegelpunkten visade jag hur man hittar det tp som ger skärning mellan det planet och den linjen. Återanvänd den kunskapen för att hitta det tredje hörnet.

PATENTERAMERA 5931
Postad: 4 okt 2019 11:51 Redigerad: 4 okt 2019 12:02
Stakethinder skrev:

Känns som du utelämnade ca en halv lärobok där. 

Jag utgår från att n är en normalvektor till planet och r är en godtycklig vektor i planet. Stämmer att deras kryssprodukt då hamnar i planet, men det är kanske inte trivialt för nybörjaren. 

 

Sen blir det konstigt. Du motiverar inte dina resonemang vilket gör dem svåra att följa.

cnn2 är ju n multiplicerat med en skalär. 

Så det du gjort är att när du väljer en punkt O' som ligger i planet så har du valt den punkt som om man går i normalens riktning hamnar i origo.

Är inte det lättare att åstadkomma med ansatsen k*n =π ? Och mer tydligt vad det är man gör?

Särskilt som det inte är trivialt att hitta c.

c får du ju från planets ekvation. Det är en given kvantitet. Hur mera trivialt kan det bli?

Det var inte menat som en fullständig härledning, bara en anvisning om ett sätt att välja punkten i planet.

Stakethinder 84
Postad: 4 okt 2019 12:07
PATENTERAMERA skrev:
Stakethinder skrev:

Känns som du utelämnade ca en halv lärobok där. 

Jag utgår från att n är en normalvektor till planet och r är en godtycklig vektor i planet. Stämmer att deras kryssprodukt då hamnar i planet, men det är kanske inte trivialt för nybörjaren. 

 

Sen blir det konstigt. Du motiverar inte dina resonemang vilket gör dem svåra att följa.

cnn2 är ju n multiplicerat med en skalär. 

Så det du gjort är att när du väljer en punkt O' som ligger i planet så har du valt den punkt som om man går i normalens riktning hamnar i origo.

Är inte det lättare att åstadkomma med ansatsen k*n =π ? Och mer tydligt vad det är man gör?

Särskilt som det inte är trivialt att hitta c.

c får du ju från planets ekvation. Det är en given kvantitet. Hur mera trivialt kan det bli?

Du inser att du ännu inte definierat varken r eller n? Och att olika vektorer resulterar i olika c?

PATENTERAMERA 5931
Postad: 4 okt 2019 12:28
Stakethinder skrev:
PATENTERAMERA skrev:
Stakethinder skrev:

Känns som du utelämnade ca en halv lärobok där. 

Jag utgår från att n är en normalvektor till planet och r är en godtycklig vektor i planet. Stämmer att deras kryssprodukt då hamnar i planet, men det är kanske inte trivialt för nybörjaren. 

 

Sen blir det konstigt. Du motiverar inte dina resonemang vilket gör dem svåra att följa.

cnn2 är ju n multiplicerat med en skalär. 

Så det du gjort är att när du väljer en punkt O' som ligger i planet så har du valt den punkt som om man går i normalens riktning hamnar i origo.

Är inte det lättare att åstadkomma med ansatsen k*n =π ? Och mer tydligt vad det är man gör?

Särskilt som det inte är trivialt att hitta c.

c får du ju från planets ekvation. Det är en given kvantitet. Hur mera trivialt kan det bli?

Du inser att du ännu inte definierat varken r eller n? Och att olika vektorer resulterar i olika c?

Jag utgår från att man känner till standardformen för planets ekvation och att vi har ekvationen given i problemet på det sätt som jag angav.

Tråden gäller ju en universitetskurs i linjär algebra, så jag kanske lägger mig på lite högre abstraktionsnivå än om det hade varit ett gymnasieproblem.

Stakethinder 84
Postad: 4 okt 2019 13:35

Gör inte det. Linjär Algebra är i regel en av de första kurserna man läser på universitetsnivå, och språket kan vara en duktig kalldusch.

Och uppgiften är ju kopierad rakt av. Det är en bild av uppgiften, inte en avskrift.

 

Oavsett, gå gärna in i detalj på hur du härleder ditt  c=rn.

Att utgå från att det är känt att kryssprodukten av två vektorer blir en vektor vinkelrät mot de två vektorerna känns rimligt. Att känna till sambandet mellan ett plans ekvation och dess normal är även det något man behöver ha lärt sig. Sen blir det lurigare.

Om när en normalvektor till planet, och vi känner till planets ekvation på formen αX+βY+γZ=ε, hur översätter man det till ett c?

PATENTERAMERA 5931
Postad: 4 okt 2019 15:17 Redigerad: 4 okt 2019 15:23
Stakethinder skrev:

Gör inte det. Linjär Algebra är i regel en av de första kurserna man läser på universitetsnivå, och språket kan vara en duktig kalldusch.

Och uppgiften är ju kopierad rakt av. Det är en bild av uppgiften, inte en avskrift.

 

Oavsett, gå gärna in i detalj på hur du härleder ditt  c=rn.

Att utgå från att det är känt att kryssprodukten av två vektorer blir en vektor vinkelrät mot de två vektorerna känns rimligt. Att känna till sambandet mellan ett plans ekvation och dess normal är även det något man behöver ha lärt sig. Sen blir det lurigare.

Om när en normalvektor till planet, och vi känner till planets ekvation på formen αX+βY+γZ=ε, hur översätter man det till ett c?

Jag har aldrig använt någon kryssprodukt, eftersom jag inte var säker på att de hade gått igenom denna än.

Planets ekvation brukar, i de läroböcker jag läst, ges som

n(r-r0)=0, där 

n är en normalvektor till planet (ej noll naturligtvis), r är en allmän ortsvektor till en punkt i planet och r0 är ortsvektorn till en given punkt i planet.

Detta kan ju, om man så vill, ses som en definition av vad som menas med ett plan. Dvs planet är alla punkter vars ortsvektorer r uppfyller ekvationen. Jag hoppas att detta är något som alla känner igen.

Det är dock vanligt att ge ekvationen på formen

nr=c (=-nr0), dvs(n1,n2,n3)(x,y,z)=c, ellern1x+n2y+n3z =c.

Om vi får ekvationen för planet på denna sista form så kan vi direkt genom inspektion identifiera en normalvektor n och (den tillhörande) konstanten c. Vilket var allt som krävdes.

Stakethinder 84
Postad: 7 okt 2019 10:22 Redigerad: 7 okt 2019 11:12

Ok, nu hänger jag med på vad du försöker säga. Tänk på att vara lite mer utförlig i dina svar, det är ohyggligt svårt att hänga med när du utelämnar massa detaljer. Det blir förstås inte lättare av att jag blandar ihop symbolerna.

Den största förvirringen i den här tråden är att du återkommer till ett skrivsätt av planets ekvation som varken återfinns i uppgiften eller som jag sett tidigare. 

 

Alla plan jag sett har skrivits på formen ax+by+cz=d

 

Till eleven:

Skalärprodukt ger längden* av en vektor projicerad på en annan. Om man projicerar ner en vektor som är vinkelrät mot planet (dvs en normalvektor) på en vektor i planet så får man en punkt. En punkt har längden noll.

Om vi låter r=(x, y, z) vara en godtycklig punkt i planet och r0=(u, v, w) vara en given punkt i planet så är vektorn dem emellan r-r0 en vektor som ligger i planet.

Sammanfattar vi resonemangen ovan får vi:

n(r-r0)=0

 

Vi utvecklar detta. Skalärprodukt beräknas enligt följande: (a, b, c)(A , B, C) = a*A + b*B + c*C.

Om vi sätter n=(a, b, c) får vin(r-r0)=nr-nr0

nr-r0=(a, b, c)(x-u, y-v, z-w)=a(x-u) + b(y-v) + c(z-w)

= ax - au + by -bv + cz - cw = ax+by+cz -au-bv-cz

Men ax+by+cz = (a, b, c)(x, y, z). Dvs nr

Och -au-bv-cz = -(a, b, c)(u, v, w). Dvs -nr0

Vi har därmed visat att 

n(r-r0)=0     nr-nr0 = 0

Då noch r0 är konstanter får vi 

nr=constant

Vilket kan skrivas som 

ax+by+cz = constant

 

*: Skalärprodukt kan bli negativ. Det betyder att projiceringen har utbredningsriktning motsatt det man projicerat på.

PATENTERAMERA 5931
Postad: 7 okt 2019 14:02
Stakethinder skrev:

Ok, nu hänger jag med på vad du försöker säga. Tänk på att vara lite mer utförlig i dina svar, det är ohyggligt svårt att hänga med när du utelämnar massa detaljer. Det blir förstås inte lättare av att jag blandar ihop symbolerna.

Den största förvirringen i den här tråden är att du återkommer till ett skrivsätt av planets ekvation som varken återfinns i uppgiften eller som jag sett tidigare. 

 

Alla plan jag sett har skrivits på formen ax+by+cz=d

 

Till eleven:

Skalärprodukt ger längden* av en vektor projicerad på en annan. Om man projicerar ner en vektor som är vinkelrät mot planet (dvs en normalvektor) på en vektor i planet så får man en punkt. En punkt har längden noll.

Om vi låter r=(x, y, z) vara en godtycklig punkt i planet och r0=(u, v, w) vara en given punkt i planet så är vektorn dem emellan r-r0 en vektor som ligger i planet.

Sammanfattar vi resonemangen ovan får vi:

n(r-r0)=0

 

Vi utvecklar detta. Skalärprodukt beräknas enligt följande: (a, b, c)(A , B, C) = a*A + b*B + c*C.

Om vi sätter n=(a, b, c) får vin(r-r0)=nr-nr0

nr-r0=(a, b, c)(x-u, y-v, z-w)=a(x-u) + b(y-v) + c(z-w)

= ax - au + by -bv + cz - cw = ax+by+cz -au-bv-cz

Men ax+by+cz = (a, b, c)(x, y, z). Dvs nr

Och -au-bv-cz = -(a, b, c)(u, v, w). Dvs -nr0

Vi har därmed visat att 

n(r-r0)=0     nr-nr0 = 0

Då noch r0 är konstanter får vi 

nr=constant

Vilket kan skrivas som 

ax+by+cz = constant

 

*: Skalärprodukt kan bli negativ. Det betyder att projiceringen har utbredningsriktning motsatt det man projicerat på.

Det är ju alltid svårt att vet vilka förkunskaper som studenterna har. Man måste ju göra en gissning, ibland blir det fel.

Mer om plan i tre dimensioner finns här:

https://brilliant.org/wiki/3d-coordinate-geometry-equation-of-a-plane/

Svara
Close