29.07.2013 Views

AKZENT IV - FORSIDE.AKZ

AKZENT IV - FORSIDE.AKZ

AKZENT IV - FORSIDE.AKZ

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

Vektorregning<br />

for<br />

11. årgang.<br />

1. Vektorer side 1 - 23<br />

2. Linjer side 24 - 33<br />

3. Planer side 34 - 37<br />

4. Skæring mellem linje og plan side 38 - 39<br />

A1: Om at tegne rumlige figuer side 40 - 41<br />

A2: Løsning af ligningssystemer side 42 - 45


4.7.2006


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Skalarer og vektorer<br />

1. Vektorer<br />

Hvis indholdet i to spande med henholdsvis 2 liter og 3 liter vand hældes<br />

sammen, har man ialt 5 liter vand; hvis to lodder med masserne 2 kg og 3 kg<br />

smeltes sammen, fås et lod med massen 5 kg. Men fordi afstanden fra A til B<br />

er 2 cm, og afstanden fra B til C er 3 cm, er det ikke sikkert, at afstanden fra<br />

A til C er 5 cm. 1) Hvis et legeme påvirkes af to kræfter, den ene på 2 Newton<br />

og den anden på 3 Newton, vil den samlede kraftpåvirkning sædvanligvis<br />

ikke være 5 Newton.<br />

Ovenstående eksempler skal illustrere, at man må skelne mellem to slags<br />

størrelser, skalarer og vektorer.<br />

En skalar er bestemt ved sin talværdi - måske med tilføjelse af en enhed - og<br />

regning med skalarer er blot regning med reelle tal.<br />

En vektor er derimod en retningsbestemt størrelse, og til fastlæggelse af en<br />

vektor kræves kendskab til både dens talværdi, dens enhed og dens retning.<br />

Som eksempler på skalarer kan nævnes: længde, areal, masse og elektrisk<br />

ladning.<br />

Vektorer benyttes til beskrivelse af bl.a. hastighed, acceleration og kraft,<br />

men også til impuls, impulsmoment og kraftmoment. I matematikken er<br />

vektorer gode til at beskrive parallelforskydninger.<br />

Disse vidt forskellige begreber kan rent regneteknisk behandles ens, og dette<br />

er netop en af årsagerne til indførelsen af det matematiske vektorbegreb.<br />

Pile og vektorer.<br />

Definition :<br />

Ved en pil forstås et linjestykke af en bestemt længde forsynet med en<br />

bestemt retning. Man siger, at linjestykket er orienteret.<br />

Hvis A og B er to punkter i planen, skal pil AB betegne pilen fra A til B.<br />

Punktet A er begyndelsespunktet og B er endepunktet.<br />

pil AB og pil BA kaldes modsat rettede pile eller blot modsatte pile.<br />

1) Prøv at afsætte punkterne A og B 2 cm fra hinanden på et stykke papir og undersøg,<br />

hvilke afstande det er muligt at opnå fra A til C, når C anbringes 3 cm fra B.<br />

Side 1


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

eksempler:<br />

Som et matematisk hjælpemiddel til<br />

beskrivelse af hastigheder kan man bruge en<br />

pil. Dens retning skal angive<br />

bevægelsesretningen, og dens længde skal<br />

udtrykke hastighedens størrelse.<br />

Kører nogle cyklister i samme retning, men<br />

med forskellig fart (størrelse af hastigheden),<br />

angives det som på figuren her til venstre, hvor<br />

pilenes retning er ens mens deres længder, der<br />

angiver cyklisternes fart er forskellig.<br />

For to faldskærmsudspringere<br />

kan deres nedadrettede<br />

hastigheder ligeledes<br />

anskueliggøres med pile. Da de to<br />

udspringere har samme<br />

hastighed, bliver de to pile ens,<br />

d.v.s. samme længde og retning.<br />

Øvelse 1.1: På billedet af faldskærmsudspringerne svarer 1 mm på pilene til 1<br />

m/sek. Bestem udspringernes fart i enhederne m/sek og i km/time.<br />

Side 2<br />

I fysik repræsenteres en kraft<br />

ofte ved en pil, f.eks. når et<br />

legeme påvirkes af en kraft.<br />

Hvis legemet befinder sig et<br />

andet sted, angives kraften med<br />

en anden pil, der har samme<br />

retning og længde, men det<br />

opfattes som samme kraft.<br />

Pilens længde er udtryk for<br />

kraftens størrelse, og pilens<br />

retning angiver kraftens<br />

retning.


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

A<br />

B<br />

C<br />

E<br />

A*<br />

D<br />

B*<br />

C*<br />

E*<br />

D*<br />

Til venstre ses en<br />

parallelforskydning.<br />

Denne kan beskrives ved en<br />

hvilken som helst af pilene<br />

AA∗ BB∗, CC∗, DD∗, EE∗ eller<br />

ved en pil fra et hvilket som<br />

helst punkt P i planen hen til<br />

det punkt P*, hvor P føres<br />

hen ved parallelforskydningen.<br />

Det karakteristiske for alle eksemplerne er, at det er uden betydning,<br />

hvor pilenes begyndelsespunkt er placeret. Det er alene deres retning<br />

og længde, vi bruger til beskrivelserne.<br />

Endnu et eksempel:<br />

Billedet til højre viser tre flyvemaskiner i<br />

formationsflyvning. Med en pil angives en<br />

flyvemaskines hastighed.<br />

Da de tre pile er ens, har de tre maskiner<br />

samme hastighed.<br />

De tre pile angiver altså den samme<br />

hastighed, selv om de er tegnet forskellige<br />

steder.<br />

Det vil da være naturligt at sammenfatte disse tre pile, og for øvrigt alle<br />

andre tænkelige pile, som repræsenterer denne hastighed, til én bestemt<br />

mængde af pile. En sådan mængde af pile kaldes for en vektor.<br />

I flere af de beskrevne eksempler har vektorerne beskrevet hastigheder. Det<br />

kan vi specificere ved at tale om hastighedsvektorer.<br />

Definition:<br />

En vektor er mængden af alle pile, som<br />

har samme retning og samme længde.<br />

Hver pil kaldes en repræsentant<br />

for vektoren.<br />

Side 3


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Øvelse 1.2:<br />

Hvilke af følgende begreber kan beskrives ved vektorer:<br />

1) Rumfang 7) Tid<br />

2) Kraft 8) Energi<br />

3) Masse 9) Hastighed<br />

4) Arbejde 10) Fart<br />

5) Acceleration 11) Temperatur<br />

6) Tryk<br />

Som symbol for en vektor anvendes et lille<br />

bogstav med pil over: a (læses: vektor a).<br />

En repræsentant for vektoren a tegnet fra<br />

et punkt A til et punkt B, betegnes AB,<br />

og vi skriver:<br />

a = AB .<br />

Ved længden af a forstås længden af en vilkårlig<br />

repræsentant for a . Længden af a betegnes ved | a | eller<br />

blot a (det er jo en skalær størrelse).<br />

To vektorer er parallelle, dersom deres retninger<br />

er parallelle. Parallelle vektorer behøver således<br />

ikke at være lige lange, ligesom de heller ikke<br />

nødvendigvis er ensrettede.<br />

På figuren er a , b og c alle parallelle, a er<br />

ensrettet med c , men a er modsat rettet b .<br />

At a og b er parallelle skrives a || b .<br />

To vektorer er ortogonale, dersom deres retninger<br />

er ind byrdes vinkelrette.<br />

At a og b er ortogonale skrives a • b .<br />

Side 4


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Når vi i det foregående har talt om et orienteret linjestykke AB, har det<br />

været underforstået, at A † B.<br />

De hidtil omtalte vektorer har derfor alle<br />

positive længder.<br />

I mange sammenhænge er det imidlertid praktisk at råde over en vektor med<br />

længde 0. Vi udvider derfor mængden af vektorer med nulvektoren.<br />

Der er kun én nulvektor, og den betegnes 0 .<br />

Nulvektoren er uden retning, og ethvert punkt er en repræsentant for<br />

nulvektoren.<br />

Til forskel fra denne uegentlige vektor kaldes en vektor a † 0 for en<br />

egentlig vektor.<br />

Indtil nu har vektorer været tegnet som<br />

liggende i samme plan.<br />

Vektorer kan imidlertid også ligge i<br />

forskellige planer , som på figuren her<br />

ved siden af.<br />

Øvelse 1.3<br />

Hvilke af de 8 vektorer på figuren<br />

(1) har samme længde?<br />

(2) er parallelle?<br />

(3) er ortogonale?<br />

Opgave 1.1<br />

Hvor mange<br />

vektorer er der<br />

repræsentanter for<br />

på denne figur?<br />

Opgave 1.2.<br />

Side 5


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

REGNING MED VEKTORER<br />

Forsøg: Nedenstående forsøg kan laves som introduktion til dette afsnit, eller efter<br />

de følgende sider om vektoraddition.<br />

Figuren nedenfor viser tre snore, der er bundet sammen i punktet P og forbundet til<br />

hver sin kraftmåler (newtonmeter). Prøv med tre kraftmålere og noget snor at<br />

bestemme nogle mulige kombinationer af værdier for de tre kraftmålere A, B. og C.<br />

Lav flere forsøg som ovenfor, hvor vinklerne mellem snorene er anderledes. Det kan<br />

være en god ide at starte med at fastlægge vinklerne mellem snorene ved på forhånd<br />

at tegne tre halvlinjer ud fra et punkt P i nærheden af papirets midtpunkt.<br />

Vektoraddition<br />

Definition:<br />

Lad a og b være to vilkårlige vektorer. Ud fra et vilkårligt punkt A<br />

afsættes en repræsentant for vektor a . Hvis endepunktet kaldes B, så er<br />

a = AB . Ud fra punktet B afsættes vektor b . Hvis endepunktet kaldes<br />

C, så er b = BC:<br />

Vi definerer nu, at summen af vektorerne a og b skal betyde vektoren<br />

AC,<br />

og man skriver summen af to vektorer med et sædvanligt plustegn:<br />

a + b = AC<br />

Det er vigtigt at bemærke, at den definition der her er givet for addition af to<br />

vektorer, ikke afhænger af det udgangspunkt A, man starter med at vælge.<br />

Side 6


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Der gælder at: a + b = b + a<br />

D.v.s. for vektoraddition gælder den kommutative lov.<br />

Øvelse 1.4 Bevis sætningen a + b = b + a geometrisk.<br />

Trekantsuligheden<br />

For to vilkårlige vektorer a og b får vi umiddelbart<br />

ud fra konstruktionen af sumvektoren a + b , at der<br />

gælder: Œ a + b Œ º Œ a Œ + Œ b Œ<br />

Uligheden kaldes for trekantsuligheden.<br />

Som det fremgår af figuren til højre, gælder<br />

lighedstegnet kun når a er ensrettet med b<br />

Indskudsreglen:<br />

For tre vilkårlige punkter A, B og C gælder<br />

AB = AC + CB<br />

AB<br />

er således blevet opdelt i en sum af to vektorer,<br />

AC + CB,<br />

idet C er »indskudt« mellem A og B.<br />

Denne regel gælder generelt og kaldes for<br />

indskudsreglen.<br />

Vektoraddition som en diagonal i et parallelogram.<br />

Hvis vi vælger repræsentanter for to<br />

vektorer a og b , så de begynder i et<br />

fælles begyndelsespunkt 0, vil disse<br />

repræsentanter udspænde et<br />

parallelogram ACBO: Idet AC også er en<br />

repræsentant for b , ses at a + b = OC<br />

øvelse 1.4 slut!<br />

d.v.s. a + b er den diagonal, der begynder, hvor de to vektorer a og<br />

b begynder. Det er denne formulering af vektorsum, der især<br />

finder anvendelse i fysikken ("kræfternes parallelogram").<br />

Side 7


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Eksempel 1.1 Figuren nedenfor viser i fugleperspektiv to personer, der<br />

trækker en båd på en å. Den resulterende kraft r , hvormed båden trækkes,<br />

bestemmes ved vektoraddition r = a + b :<br />

Længden og retningen af sum vektoren bestemmes ved diagonalen i det<br />

parallelogram, hvis sider svarer til a og b (i den forbindelse tales ofte om<br />

»kræfternes parallelogram«).<br />

Eksempel 1.1 slut!<br />

Bevis:<br />

SÆTNING:<br />

For vilkårlige vektorer gælder den associative lov:<br />

Af den første figur ses, at<br />

( a + b ) + c = AB<br />

( a + b ) + c = a + ( b + c )<br />

og af den anden figur ses, at<br />

a + ( b + c ) = AB.<br />

Hermed er det ønskede bevist i to dimmentioner.<br />

Nedenstående figurer viser, at den associative lov:<br />

( a + b ) + c = a + ( b + c ) også gælder for vektoraddition i rummet:<br />

d = ( a + b ) + c d = a + ( b + c )<br />

Side 8<br />

bevis slut!


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Eksempel 1.2:<br />

Denne figur<br />

viser, hvordan man kan addere<br />

de tre vektorer v , w og u .<br />

Facit er vektoren AD .<br />

Eksempel 1.3<br />

Tre kræfter virker på<br />

k 1 , k 2 og k 3<br />

en sten.<br />

Den resulterende kraft k<br />

bestemmes, som vist på figuren,<br />

ved vektoradditionen:<br />

Opgave 1.3.<br />

C<br />

A<br />

¡<br />

w u ¡<br />

¡<br />

v<br />

B<br />

¡ ¡ ¡<br />

v + w + u<br />

Ved et orienteringsløb løber en af konkurrencedeltagerne 600<br />

m mod nord, derefter 500 m mod sydvest og sluttelig 350 m<br />

mod sydøst.<br />

Hvor langt fra udgangspositionen er løberen da?<br />

(Vink: Indtegn en figur på ternet papir, hvor<br />

løbestrækningerne angives ved vektorer)<br />

Side 9<br />

D<br />

Eksempel 1.2 og 1.3 slut!


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Den modsatte vektor.<br />

I forbindelse med reelle tal definerer man det modsatte tal<br />

− a til et givent tal a ved ligningen a + ( − a) = 0 .<br />

Svarende hertil defineres − a på følgende måde:<br />

Den modsatte vektor − a til en given vektor a defineres<br />

ved ligningen a + ( − a ) = 0 .<br />

Læs dette således: den modsatte vektor til vektor a er den vektor, man skal lægge<br />

til vektor a for at få nul-vektoren. Til denne vil vi bruge betegnelsen − a .<br />

Øvelse 1.4. Prøv at give en anden beskrivelse af "den modsatte vektor".<br />

Vektordifferens:<br />

Differensen a − b mellem to givne vektorer a og b defineres som:<br />

a + ( − b ) .<br />

læs dette således: til vektor a skal adderes den modsatte vektor til b .<br />

Denne definition giver umiddelbart at vektoren a − b kan konstrueres<br />

som er vist her:<br />

→<br />

a<br />

→<br />

b<br />

- b →<br />

- b →<br />

En anden metode til bestemmelse af a − b er at afsætte<br />

vektorpilene for a og b ud fra samme punkt.<br />

a − b er da vektorpilen, der går fra spidsen af<br />

vektor b til spidsen af vektor a .<br />

→<br />

a<br />

→<br />

a<br />

- b →<br />

→<br />

b<br />

→<br />

a<br />

a<br />

→<br />

a<br />

-<br />

- a →<br />

→ b →<br />

Opgave 1.4: Ud fra vektorerne a , b og c på figuren her til<br />

højre bestemmes ved indtegning på ternet papir følgende<br />

vektorer:<br />

1) a − c<br />

2) ( b + c ) − a<br />

Side 10


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Multiplikation af vektor med tal<br />

Lad os endnu engang tage vort udgangspunkt i fysikkens brug af vektorer, før<br />

vi definerer de matematiske begreber. Et legeme er påvirket af kraften F .<br />

Den halve kraft i samme retning kan da naturligt skrives som , mens<br />

den dobbelte kraft i modsat retning skrives som − (2 F ) . Denne kraft vil<br />

selvfølgelig være den samme som den modsatte kraft fordoblet, altså 2( − F ) .<br />

1<br />

2 F<br />

Det vil derfor rent matematisk være bekvemt, hvis udtrykket ( − 2)F<br />

tillægges samme betydning, så vi får:<br />

− (2 F ) = 2( − F ) = ( − 2)F<br />

Dette opnås med følgende definition:<br />

Lad der være givet en vektor a og et tal t . Vi kan da gange a med t, altså<br />

danne en ny vektor t a :<br />

Hvis a = 0 , sætter vi t a = 0 uanset værdien af tallet t .<br />

Hvis a † 0 definerer vi vektor t a således :<br />

1) t a har længden |t| | a |<br />

2) for t > 0 er t a og a ensrettede, og for t < 0 er t a og a modsat rettede<br />

3) Er t = 0 , sætter vi t a = 0 .<br />

Specielt følger det af definitionen ovenfor , at:<br />

1 a = a , ( − 1) a = − a og f.eks. ( − 7) a = − 7 a<br />

Definitionerne ovenfor er valgt så snedige, at vi kan regne næsten som om,<br />

der er tale om at gange tal med hinanden.<br />

Bemærk for øvrigt, at der er tradition for ikke at skrive noget gangetegn<br />

mellem t og vektoren a .<br />

Side 11


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Opgave 1.5<br />

Ud fra vektorerne a , b og c på figuren<br />

her til højre bestemmes følgende vektorer:<br />

1) a − b<br />

2) ( a + b ) − 2c<br />

3) 2 a − ½ b<br />

4) a − 2b + 3c<br />

ved indtegning på ternet papir.<br />

Opgave 1.6<br />

Lad A og B være to forskellige punkter i planen. Beskriv følgende punktmængder:<br />

Aufgabe 1.7.<br />

In den Figuren sind die beiden Vektoren x<br />

und y enthalten. Diese drückt man durch<br />

a und b aus! M ist Mittelpunkt der einen<br />

Seite.<br />

Aufgabe 1.8.<br />

In dem Parallelepipeded sucht man<br />

geschlossene Vektorzüge, mit dessen Hilfe<br />

man die Vektoren x = DA und y = EM<br />

durch die Vektoren a , b und c darstellt!<br />

M ist genau die Mitte zwischen D und A.<br />

Side 12<br />

C<br />

→<br />

c<br />

→<br />

b<br />

→<br />

a<br />

→<br />

b<br />

→<br />

a<br />

E<br />

A<br />

→<br />

y<br />

M<br />

M<br />

→<br />

x<br />

→<br />

c<br />

D<br />

→<br />

c


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Koordinater for vektorer.<br />

Forestil dig at du bliver ringet op af en kammerat som ikke har<br />

"Vektorregning for 11. årgang." , for at få dikteret Opgave 1.5 fra forige<br />

side.<br />

Hvordan kan du beskrive de tre vektorer a , b og c ?<br />

Du kunne sige vektor a "en tern til højre og 3 tern op", vektor b "2 tern til<br />

højre og 2 tern nedad" og vektor c "2 tern til venstre og 2 tern nedad".<br />

Når vi har fået indført begrebet "Koordinater for vektorer" vil vi skrive<br />

a = 1 ⎛ ⎞<br />

⎜ ⎟ , b =<br />

⎝<br />

3<br />

⎠<br />

⎛ 2 ⎞<br />

⎜ ⎟<br />

⎝ − 2⎠<br />

og<br />

c =<br />

⎛–<br />

2⎞<br />

⎜ ⎟<br />

⎝–<br />

2⎠<br />

Inspireret heraf kan du diktere Opgave 1.5 således:<br />

I opgaven er der givet tre vektorer a , b og c tegnet på kvadreret papir.<br />

Vektor a har koordinaterne 1 over 3.<br />

Vektor b har koordinaterne 2 over − 2.<br />

Vektor c har koordinaterne − 2 over − 2.<br />

I opgaven er der 4 delopgaver. I den første skal du på ternet papir konstruere<br />

vektoren vektor a minus vektor b. I den anden delopgave skal du først<br />

konstruere vektor a plus vektor b, .. o.s.v.<br />

Ovenstående forudsætter imidlertid at i begge er fortrolige med, hvad der<br />

menes med udtrykket: "Vektor " * " har koordinaterne x over y."<br />

Øvelse 1.5<br />

a) Prøv at beskrive de tre vektorer her ,<br />

dels på din egen måde og dels ved at bruge<br />

formuleringen:<br />

"Vektor "*" har koordinaterne x over y."<br />

b) Bestem ved ved at tegne på ternet papir<br />

vektorerne :<br />

1) a + b<br />

2) ( a − b ) + c<br />

3) 3 a − 1½ b<br />

Side 13<br />

→ a<br />

→<br />

b<br />

→ c


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

I det følgende skal vi præcisere begrebet "Koordinater for vektorer"<br />

og lære at regne med vektorer.<br />

Det er vigtigt, at vi sikrer os en helt entyding sammenhæng mellem en<br />

vektor og dens koordinater.<br />

I et koordinatsystem i planen indføres to<br />

enhedsvektorer, der er ensrettede med henholdsvis<br />

første- og andenaksen.<br />

De to vektorer kaldes basisvektorer, og betegnes<br />

i og j .<br />

Der gælder: i ⊥ j og ⎮ i ⎮ = ⎮ j ⎮ = 1 .<br />

Man udtrykker dette ved at sige at i og j<br />

danner en ortonormeret basis. (orto ~ ret; normeret ~ enhedslængde d.v.s.<br />

længde 1).<br />

En vilkårlig vektor a i planen kan skrives<br />

som en sum af to vektorer og .<br />

a x a y<br />

ax parallel med x-aksen. ay parallel med y-aksen.<br />

Man siger, at a er opløst i komposanter parallelle<br />

med x-aksen og y-aksen.<br />

At denne opløsning er entydig bevises således:<br />

Antag, at der findes en anden opløsning bx og by af a i komposanter.<br />

bx er parallel med x-aksen og by er parallel med y-aksen<br />

Det betyder at a = ax + ay og a = bx + by .<br />

Heraf + = +<br />

a x a y b x b y<br />

Af den sidste ligning får vi<br />

Denne ligning siger at vektoren<br />

Kald denne vektor v .<br />

Ved at se på udtrykket<br />

ved at se på udtrykket<br />

ax - bx = by -<br />

a y<br />

ax - bx er identisk med vektoren by - ay .<br />

ax - bx ses at vektor v er parallel med x-aksen og<br />

by - ay ses at v også er parallel med y-aksen.<br />

Det betyder at v kun kan være nulvektoren 0 .<br />

Af<br />

ax - bx = 0 fås ax = bx . Og tilsvarende fås at by = ay .<br />

Dvs. at vektorerne og er entydigt bestemte.<br />

a x a y<br />

Side 14


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

eller<br />

Opgave 1.9.<br />

Side 15


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Vektorer i rummet.<br />

Vektorer i rummet kan på tilsvarende måde som i<br />

planen udtrykkes ved koordinater. Blot skal<br />

plangeometriens to dimensioner udvides med en tredje<br />

dimension. I rumgeometrien kan vektorer udtrykkes<br />

ved koordinater i et retvinklet 3-dimensionalt<br />

koordinatsystem. Dette består af 3 tallinjer som står<br />

vinkelret på hinanden i det fælles nulpunkt O.<br />

Vi indfører som i plangeometrien basisvektorer<br />

i , j og k , som er indbyrdes ortogonale<br />

enhedsvektorer. Koordinatakserne betegnes med<br />

x-aksen, y-aksen og z-aksen.<br />

Vi vedtager, at koordinatsystemet skal have en bestemt<br />

orientering :<br />

Hvis man tænker sig, at man kigger ned på den plan,<br />

som x- og y-aksen danner, fra z-aksens positive del, skal<br />

omløbsretningen fra i til j være positiv, d.v.s. mod<br />

uret.<br />

Ligesom i planen kan en vilkårlig vektor a entydigt<br />

opløses i komposanterne ax , ay og az parallelle med<br />

koordinatakserne.<br />

Vektor a kan derfor angives ved<br />

a = a x + a y + a z = a 1 i + a 2 j + a 3 k<br />

⎛ a ⎞<br />

1<br />

⎜ ⎟<br />

og dermed: a = ⎜ a2 ⎟.<br />

⎜ a ⎟<br />

⎝ 3 ⎠<br />

Opgave 1.10.<br />

I et koordinatsystem i planen er der givet punkterne<br />

A(3, − 2), B(5, 2) og C(1,6)<br />

Find koordinaterne til det punkt D , som opfylder at firkanten ABCD<br />

bliver et parallelogram, med punkterne i den nævnte rækkefølge.<br />

I rummet er der givet punkterne<br />

A(3, − 2,4), B(5, 2,0) og C(1,6 ,2)<br />

Find på tilsvarende måde som i to dimentioner, koordinaterne til det punkt<br />

D i rummet , som opfylder at firkanten ABCD bliver et parallelogram, med<br />

punkterne i den nævnte rækkefølge.<br />

Side 16


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Opgave 1.11.<br />

STEDVEKTORER<br />

Side 17


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Også i rummet vil der til ethvert punkt P svare netop én stedvek tor OP.<br />

Koordinatsœttet for punktet P er identisk med Koordinatsœttet for<br />

stedvektoren OP.<br />

Opgave 1.12.<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜-4<br />

⎟ ⎜ -1 ⎟<br />

Stedvektoren for H : ⎜ 3 ⎟ for C : ⎜ 6 ⎟.<br />

⎜ 7 ⎟ ⎜ 4 ⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

a) Bestem koordinaterne for H og C.<br />

b) Bestem koordinaterne til alle<br />

kassens hjørner.<br />

c) Beregn koordinaterne til vektorerne<br />

BC , CD , BD samt BE.<br />

d) Beregn kassens rumfang.<br />

Aufgabe 1.13.<br />

a) Drücke die Kantenvektoren AC, BD, AD des<br />

Tetraeders als Summe mit Hilfe<br />

der Vektoren a , b , c aus.<br />

b) Berechne die Kantenvektoren in a) aus:<br />

Side 18


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Opgave 1.14.<br />

Indtegn stedvektorerne til følgende punkter ,<br />

og C = (6, − 2, 9) i ovenstående tredimensionale koordinatsystem.<br />

Side 19<br />

A = (5, 8, 4) B = (3, 4, − 4)


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

REGNING MED KOORDINATER<br />

Også ved multiplikation af en vektor med et tal kan vi regne med<br />

a = 3 ⎛ ⎞<br />

⎜ ⎟<br />

⎝ − 1⎠<br />

koordinater. Ganger vi vektor med t = 2<br />

får vi<br />

Såvel første- som andenkoordinaten skal altså multipliceres med t.<br />

Side 20


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Øvelse 1.9<br />

Øvelse 1.10<br />

Side 21<br />

Øvelse 1.9 slut!<br />

Øvelse 1.10 slut!


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Eksempel 1.4<br />

I planen er givet punkterne P(-2,3) og Q(6,5).<br />

Midtpunktet af linjestykket PQ er<br />

REGNING MED KOORDINATER I 3 DIMENSIONER.<br />

Lad A(a1 ,a2 ,a3 ) og B(b1 ,b2 ,b3 ) være to punkter i et<br />

rumligt koordinatsystem med<br />

begyndelsespunkt O. Koordinaterne for de to<br />

stedvektorer er<br />

⎛<br />

⎜<br />

OA = ⎜<br />

⎜<br />

⎝<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎠<br />

a1 a2 a3 ⎛<br />

⎜<br />

OB = ⎜<br />

⎜<br />

⎝<br />

Koordinaterne for AB kan bestemmes således<br />

AB = OB − OA =<br />

⎛ ⎞<br />

⎜b1<br />

− a1⎟ ⎜b2<br />

− a ⎟<br />

2 ⎜ ⎟<br />

⎜b3<br />

− a3⎟ ⎝ ⎠<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎠<br />

b1 b2 b3 Koordinaterne for AB er differensen mellem<br />

punktet B's koordinater og punktet A's koordinater:<br />

AB =<br />

⎛ ⎞<br />

⎜b1<br />

− a1⎟ ⎜b2<br />

− a ⎟<br />

2 ⎜ ⎟<br />

⎜b3<br />

− a3⎟ ⎝ ⎠<br />

Eksempel slut !<br />

Midtpunktet M af linjestykket AB, med koordinatsættene A(a1 ,a2 ,a3 ) og<br />

B(b1 ,b2 ,b3 ) , kan bestemmes ved vektorregning.<br />

Midtpunktet M har de samme koordinater som<br />

stedvektoren OM , der kan bestemmes således<br />

OM = OA + ½ AB =<br />

Vi har dermed<br />

⎛<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎝<br />

a 1<br />

a 2<br />

a 3<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎠<br />

+ 1<br />

2<br />

⎛ ⎞<br />

⎜b1<br />

− a1⎟ ⎜b2<br />

− a ⎟<br />

⎜ 2⎟<br />

⎜b3<br />

− a3⎟ ⎝ ⎠<br />

= 1<br />

2<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ a1 + b1 ⎟<br />

⎜ a2 + b ⎟<br />

⎜ 2 ⎟<br />

⎜ a3 + b3 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

Midtpunktet M af linjestykket AB, A(a1 ,a2 ,a3 ) og B(b1 ,b2 ,b3 ) , har<br />

koordinaterne: M( a 1 + b 1<br />

2<br />

, a 2 + b 2<br />

2<br />

Side 22<br />

, a3 + b3 )<br />

2


Vektorregning 11 årgang 4. udgave<br />

Længden af en vektor.<br />

Længden af en vektor i planen kan beregnes ud fra vektorens koordinater.<br />

For en vilkårlig plan vektor<br />

a = a ⎛ ⎞<br />

⎜ 1⎟<br />

= a<br />

⎜a2⎟<br />

x + ay ⎝ ⎠<br />

vil vektorens komposanter danne en<br />

a x og a y<br />

retvinklet trekant med hypotenusen ⎮ a ⎮ og<br />

kateterne ⎮a1⎮.og ⎮a2⎮ Heraf fås<br />

Denne formel kan generaliseres til tre dimensioner<br />

For en vilkårlig rumlig vektor<br />

a =<br />

⎛<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎝<br />

a1 a2 a1 vil vektorens projektion i xy-planen være<br />

en plan vektor med længden a 2<br />

1 + a22 .<br />

⎮ a ⎮ er da længden af hypotenusen i en<br />

retvinklet trekant med katetelængderne<br />

a 2<br />

1 + a22 og ⎮ a3⎮ fås:<br />

Opgave 1.15<br />

Punkterne A, B, C og D har koordinaterne<br />

A=(-l,0,4) , B=(3,7,-l) , C=(6,-l,0) og D=(l,4,-5).<br />

Bestem koordinaterne til AB , DB , AC og CD .<br />

Beregn desuden afstandene ⎮AB⎮ , ⎮AC⎮ , ⎮AD⎮ , ⎮BC⎮ , ⎮BD⎮ og ⎮CD⎮.,<br />

idet f.eks. afstanden mellem A og B , betegnes ⎮AB⎮ og kan bereges som<br />

længden af vektor AB .<br />

Tegn endelig en vellignende perspektivtegning, hvor de 6 linjestykker mellem<br />

punkterne tegnes.<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎠<br />

Side 23


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

2. Linjer<br />

I plangeometrien kan vi angive en linje ved hjælp af en ligning.<br />

F.eks. y = − 2x + 8 eller 2x + y − 8 = 0 . ( tegn denne linje.)<br />

Denne måde at angive en linje, kan ikke overføres til 3-dimensioner. Her vil<br />

en ligning som y = − 2x + 8 nemlig fremstille en plan - nemlig den plan hvis<br />

skæring med x-y-planen netop er linjen fra før.<br />

Figuren viser planen y = − 2x + 8.<br />

I det følgende vil vi imidlertid bruge en anden måde at angive linjer på.<br />

Vi vil angive linjer ved hjælp af parameterfremstillinger. Denne metode kan<br />

direkte overføres til 3-dimensioner.<br />

En parameterfremstilling for linjen y = − 2x + 8 i planen kan se sådan ud:<br />

⎛x⎞<br />

⎛0⎞<br />

⎛ 1 ⎞<br />

⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ + t ⎜ ⎟<br />

⎝y⎠<br />

⎝8⎠<br />

⎝ − 2⎠<br />

, t ∈ R.<br />

Denne linje i x-y-planen vil i rummet have følgende parameterfremstilling:<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜0⎟<br />

⎜ 1 ⎟<br />

= ⎜8⎟<br />

+ t ⎜ − 2⎟<br />

⎜0⎟<br />

⎜ 0 ⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

, t ∈ R.<br />

Side 24


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

En ret linje l i planen kan karakteriseres<br />

ved hjælp af et punkt Po (xo , yo ) på linjen<br />

og en retningsvektor r .<br />

Retningsvektoren skal være en egentlig<br />

vektor, der er parallel med linjen.<br />

Idet P betegner et vilkårligt punkt på<br />

linjen l , ser vi at linjen l er<br />

punktmængden<br />

⎧<br />

⎨ P ⎮ P .<br />

⎩<br />

⎮ oP = t⋅ r , t∈R ⎫ ⎬<br />

⎭<br />

Vi kalder udtrykket PoP = t ⋅ r , t ∈R , for en parameterfremstilling for<br />

linjen l , og tallet t kaldes parameteren.<br />

Hvis r = skriver vi parameterfremstilling for linjen<br />

r ⎛ ⎞<br />

⎜ x⎟<br />

⎜ry⎟<br />

⎝ ⎠<br />

Opgave 2.1.<br />

l :<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x<br />

⎟<br />

⎜y<br />

⎟<br />

⎝ ⎠<br />

= x ⎛ ⎞<br />

⎜ o⎟<br />

⎜yo⎟<br />

⎝ ⎠<br />

+ t r ⎛ ⎞<br />

⎜ x⎟<br />

⎜ry⎟<br />

⎝ ⎠<br />

y<br />

O<br />

.<br />

, t ∈ R.<br />

.<br />

P o<br />

→<br />

r<br />

.<br />

P<br />

l<br />

x<br />

l på formen:<br />

Tegn linjen l : y = x + 2 og linjen m : y = 2x - 1 i samme koordinatsystem<br />

og aflæs skæringspunktet.<br />

Indtegn vektoren rl = på linje<br />

1 ⎛ ⎞<br />

⎜ ⎟ l og r på linje<br />

⎝<br />

1<br />

m =<br />

⎠<br />

1 ⎛ ⎞<br />

⎜ ⎟<br />

⎝<br />

2<br />

⎠<br />

Beregn linjernes skæringspunkt (1 .<br />

Skriv en parameterfremstilling for l og en parameterfremstilling for m.<br />

1) løsning af 2 ligninger med to ubekendte : Se appendiks 2.<br />

Side 25<br />

m.


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

Eksempe 2.1.<br />

En linje kan have mange<br />

parameterfremstillinger, som ser<br />

forskellige ud. Linjen m hvor<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜ 3 ⎟ ⎜ − 2⎟<br />

m : ⎜y⎟<br />

= ⎜½<br />

⎟ + t ⎜ 1 ⎟ t ∈ R.<br />

⎜z⎟<br />

⎜2½⎟<br />

⎜ 3 ⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

kan også fremstilles ved<br />

eller<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

=<br />

=<br />

⎛ ⎞<br />

⎜2⎟<br />

⎜1⎟<br />

⎜4⎟<br />

⎝ ⎠<br />

+ t<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 10⎟<br />

⎜ 7 ⎟<br />

⎜ 22 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜<br />

4<br />

⎟<br />

⎜ − 2⎟<br />

⎜ - 6⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 1⎟<br />

+ t ⎜ ½ ⎟<br />

⎜ 1½⎟<br />

⎝ ⎠<br />

Linjer i rummet.<br />

t ∈ R.<br />

t ∈ R.<br />

S = (3 1 1<br />

; − ; 0) , Q = (4; 0; 1)<br />

3 3<br />

P 0 = (3; ½; 2½) , R = (0; 2; 7)<br />

I eksemplerne ovenfor bruges at linjen går gennem punkterne (3; ½, 2½) og<br />

(2, 1, 4) samt (–10, 7, 22).<br />

Som retningsvektor kan en hvilken som helst vektor parallel med<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 4⎟<br />

⎜ ⎟<br />

⎜ − 6⎟<br />

⎝ ⎠<br />

r =<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 2⎟<br />

⎜ 1 ⎟<br />

⎜ 3 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

bruges. I det andet eksempel er − 2 = − 2· r brugt som retningsvektor.<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 1⎟<br />

I det tredje eksempel er ⎜ ½⎟<br />

= ½⋅ r brugt som retningsvektor.<br />

⎜ 1½⎟<br />

⎝ ⎠<br />

Af hensyn til de praktiske beregninger er det en god idé at 'forlænge'<br />

retningsvektoren , så dens koordinater kommer til at bestå af hele tal.<br />

'forlænge' betyder at gange vektoren med et tal forskelligt fra nul.<br />

Det er tilladt at 'forlænge' retningsvektoren i en parameterfremstilling.<br />

Men det er ikke tilladt at 'forlænge' stedsvktorerne.<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 3 ⎟<br />

⎜ ⎟<br />

⎜2½⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 2 ⎟<br />

⎜ ⎟<br />

⎜ 4 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 10⎟<br />

⎜ 7 ⎟<br />

⎜ 22 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

Altså ½ , 1 henholdsvis i ovenstående parameterfremstillinger.<br />

Side 26


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

Eksempel 2.1 fortsat.<br />

At f.eks. punktet Q (4; 0; 1) ligger på linjen m vises på følgende måde:<br />

⎛ ⎞<br />

⎜4⎟<br />

⎜0⎟<br />

⎜1⎟<br />

⎝ ⎠<br />

=<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 3 ⎟<br />

⎜½<br />

⎟<br />

⎜2½⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 2⎟<br />

+ t ⎜ 1 ⎟<br />

⎜ 3 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⇔<br />

4 = 3 + t·( − 2)<br />

0 = ½ + t·1<br />

1 = 2½ + t·3<br />

⎫<br />

⎪<br />

⎬<br />

⎪<br />

⎭<br />

⇔ t = − ½<br />

Så punktet Q er punktet på linjen m svarende til t = − ½ i den valgte<br />

parameterfremstilling.<br />

eksempel 2.1 slut.<br />

Opgave 2.2.<br />

Bestem værdierne for t svarende til punkterne<br />

S = (3 1 1<br />

; −<br />

3 3 ; 0) , P0 = (3; ½; 2½) og R = (0; 2; 7)<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

=<br />

Opgave 2.3.<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 3 ⎟<br />

⎜½<br />

⎟<br />

⎜2½⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 2⎟<br />

+ t ⎜ 1 ⎟<br />

⎜ 3 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

t ∈ R for linjen m.<br />

i parameterfremstillingen :<br />

Prøv om du kan bevise, at det er den samme linje de tre parameterfremstillinger<br />

i eksempel 2.1 fremstiller.<br />

Eksempel 2.2.<br />

Vi ønsker at finde en parameterfremstilling for den linje, der går gennem<br />

punkterne A(7,–l,3) og B(3,4,–6).<br />

Vi kan som retningsvektor for linjen bruge<br />

Vi har nu to mulige parameterfremstillinger:<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

=<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 7 ⎟<br />

⎜ − 1⎟<br />

⎜ 3 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

+ t<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 4⎟<br />

⎜ 5 ⎟<br />

⎜ - 9⎟<br />

⎝ ⎠<br />

t Õ R<br />

og<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

AB =<br />

=<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜ 3 − 7 ⎟ ⎜ − 4⎟<br />

⎜ 4 − ( − 1) ⎟ = ⎜ 5 ⎟<br />

⎜ − 6 − 3 ⎟ ⎜ − 9⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 3 ⎟<br />

⎜ 4 ⎟<br />

⎜ − 6⎟<br />

⎝ ⎠<br />

+ t<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 4⎟<br />

⎜ 5 ⎟<br />

⎜ - 9⎟<br />

⎝ ⎠<br />

Hvis vi kun ønsker at fremstille linjestykket AB, må vi indskrænke<br />

parameteren t til kun at ligge mellem 0 og 1:<br />

D.v.s. linjestykket AB får parameterfremstillingen:<br />

t Õ R<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜ 7 ⎟ ⎜ − 4⎟<br />

⎜y⎟<br />

= ⎜ − 1⎟<br />

+ t ⎜ 5 ⎟ , 0 º t º 1<br />

⎜z⎟<br />

⎜ 3 ⎟ ⎜ - 9⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

Her svarer værdien t = 0 til punktet A og t = 1 til punktet B.<br />

For t = ½ fås midtpunktet.<br />

eksempel 2.2 slut.<br />

Side 27


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

Parallelle linjer.<br />

En nødvendig og tilstrækkelig betingelse for, at de to forskellige linjer er<br />

parallelle, er at retningsvektorerne for de to linjer er parallelle.<br />

Hvorvidt de to retningsvektorer opfylder denne betingelse, kan afgøres ved at<br />

undersøge, om de to talsæt for retningsvektorerne er proportionale.<br />

Eksempel 2.3.<br />

er parallelle, fordi talsættene for<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜ -2⎟<br />

⎜ -4⎟<br />

retningsvektorerne er proportionale, idet: ⎜ 0 ⎟ = ½ ⎜ 0 ⎟ .<br />

⎜ 1 ⎟ ⎜ 2 ⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

At l og m ikke er sammenfaldende ses ved, at punktet A(4,–l,3), der ligger på<br />

l ikke ligger på m, idet<br />

Skærende linjer<br />

⎛<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎝<br />

8<br />

3<br />

1<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜-<br />

4 ⎟<br />

+ s ⎜ 0 ⎟<br />

⎜ 2 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

=<br />

⎛<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎝<br />

4<br />

-1<br />

3<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎠<br />

ikke har en løsning.<br />

eksempel 2.3 slut<br />

Dersom to linjer, givet ved parameterfremstillinger med parametrene t<br />

henholdsvis s, skærer hinanden, findes der netop ét talpar (t0 ; s0 ) for t og s ,<br />

for hvilket de to parameterfremstillinger giver det samme punkt P0 , altså<br />

skæringspunktet.<br />

Eksempel 2.4.<br />

Givet to linjer l og m med parameterfremstillingerne<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

l : ⎜y⎟<br />

= ⎜ 4 ⎟ + t ⎜ − 2⎟<br />

t Õ R . m : ⎜y⎟<br />

= ⎜ 0 ⎟ + t ⎜ 1 ⎟ t Õ R .<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛<br />

⎜<br />

2<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎜ − 3 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 1 ⎟<br />

⎜<br />

⎝<br />

2<br />

⎟<br />

⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 9 ⎟<br />

⎜ − 3⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 2 ⎟<br />

⎜ − 3⎟<br />

⎝ ⎠<br />

Linjerne er ikke parallelle, da talsættene for de to retningsvektorer ikke er<br />

proportionale.<br />

Vi vil derfor undersøge, om linjerne skærer hinanden. D.v.s. vi skal<br />

undersøge, om der findes ét talpar (t0 ; s0 ) for t og s, der er løsning til<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 2 ⎟<br />

⎜ 4 ⎟<br />

⎜ − 3 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

+ t<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 1 ⎟<br />

⎜ − 2⎟<br />

⎜ 2 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

=<br />

Side 28<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 9 ⎟<br />

⎜ 0 ⎟<br />

⎜ − 3⎟<br />

⎝ ⎠<br />

+ s<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 2 ⎟<br />

⎜ 1 ⎟<br />

⎜ − 3⎟<br />

⎝ ⎠


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

Dette betyder, at der skal være én værdi for t sammen med én værdi for s,<br />

der er løsning til de tre ligninger<br />

(1): 2 + t = 9 + 2s (2): 4 – 2t = s (3): –3 + 2t = –3 – 3s<br />

Dette gøres ved først at løse to af ligningerne:<br />

t = 3 s = –2<br />

og derpå indsættes det fundne løsningspar (t, s) = (3, –2) som kontrol i den<br />

tredje ligning:<br />

Ved indsættelse i den tredje ligning får vi − 3 + 2·3 = − 3 − 3·( − 2) ⇔ 3 = 3,<br />

som er sandt.<br />

Altså skærer linjerne l og m hinanden!<br />

Skæringspunktets koordinater findes ved enten at indsætte t = 3 i<br />

parameterfremstillingen for l :<br />

eller s = –2 i parameterfremstillingen for m.<br />

Skæringspunktet er altså P(5,–2,3).<br />

eksempel 2.4 slut.<br />

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________<br />

Repetition af løsning af to ligninger med to ubekendte *) ved hjælp af<br />

Lige Store Koefficienters Metode:<br />

Princippet er, at man ved multiplikation med en passende faktor<br />

forskellig fra nul -, kan opnå lige store koefficienter på nær<br />

fortegn for en af de ubekendte:<br />

Lad os løse ligningssystemet<br />

Den nederste ligning multipliceres<br />

t − 2s = 7<br />

med 2, og vi får, at<br />

4t + 2s = 8<br />

Ved addition fås, at<br />

5 t = 15<br />

så . t = 3<br />

t − 2s = 7<br />

2t + s = 4<br />

Den øverste ligning multipliceres med<br />

− 2t + 4s = − 14<br />

− 2, og vi får, at<br />

2t + s = 4<br />

Ved addition fås, at<br />

Samlet (t , s) = (3, − 2)<br />

5 s = − 10<br />

så s = − 2.<br />

*) mere om løsning af to ligninger med to ubekendte i appendiks 2 side 42 og 43.<br />

Side 29


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

Opgave 2.4.<br />

Givet to linjer l og m med parameterfremstillingerne<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

l : ⎜y⎟<br />

= ⎜ 4 ⎟ + t ⎜ 3 ⎟ t Õ R . m : ⎜y⎟<br />

= ⎜ 5⎟<br />

+ t ⎜ 2⎟<br />

t Õ R.<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 5 ⎟<br />

⎜18⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 1 ⎟<br />

⎜ − 2⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 0⎟<br />

⎜ 8⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 2⎟<br />

⎜ 1⎟<br />

⎝ ⎠<br />

Undersøg om linjerne skærer hinanden og find i givet fald deres<br />

skæringspunkt.<br />

Indtegn evt. linjerne i et 3–D koordinatsystem.<br />

(Et eksempel på såkaldte vindskæve linjer, d.v.s. linjer der ikke skærer<br />

hinanden og heller ikke er parallelle findes på side 8 .)<br />

Opgave 2.5.<br />

Bestem en parameterfremstilling for den rette linje l gennem punkterne<br />

A(–3,4,l) og B(3,8,–l).<br />

Vis desuden at punktet C(12,14,–4) ligger på l .<br />

Undersøg om linjen l skærer x-aksen.<br />

⎛ ⎞<br />

⎜1⎟<br />

Tips: brug at ex = ⎜0⎟<br />

er en mulig retningsvektor for førsteaksen til<br />

⎜0⎟<br />

⎝ ⎠<br />

en parameterfremstilling for x-aksen.<br />

Eksempel 2.5.<br />

Her skal vises hvordan man kan undersøge om tre punkter ligger på linje.<br />

I dette tilfælde punkterne P(3, − 1, 7) Q(1, − 2, 3) R(7, 1, 15) .<br />

Metode I:<br />

Her bruges, at de tre punkter ligger på linje, hvis og kun hvis PQ og PR er<br />

parallelle, da de to pile PQ og PR starter i samme punkt P.<br />

De tre punkter P(3, − 1, 7) Q(1, − 2, 3) R(7, 1, 15) ligger på linje idet:<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜ 1 − 3⎟<br />

⎜ − 2⎟<br />

⎜ 7 − 3⎟<br />

PQ = ⎜ − 2 − ( − 1) ⎟ = ⎜ − 1⎟<br />

; PR = ⎜ 1 − ( − 1) ⎟<br />

⎜ 3 − 7⎟<br />

⎜ − 4⎟<br />

⎜15<br />

− 7⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

=<br />

⎛ ⎞<br />

⎜4⎟<br />

⎜2⎟<br />

⎜8⎟<br />

⎝ ⎠<br />

så PQ = − ½ PR ,<br />

Dette viser at de to vektore PQ og PR er parallelle.<br />

Side 30


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

Metode II:<br />

Først finder man en parameterfremstilling for linjen gennem to af punkterne.<br />

Derefter undersøger man om det tredie punkt ligger på denne linje:<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜ 3 ⎟ ⎜ − 2⎟<br />

⎜y⎟<br />

= ⎜ − 1⎟<br />

+ t ⎜ − 1⎟<br />

er linjen gennem P og Q.<br />

⎜z⎟<br />

⎜ 7 ⎟ ⎜ − 4⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜7<br />

⎟ ⎜ 3 ⎟ ⎜ − 2⎟<br />

R(7, 1, 15) ligger på denne linje idet ⎜1<br />

⎟ = ⎜ − 1⎟<br />

+ − 2⋅ ⎜ − 1⎟.<br />

⎜15⎟<br />

⎜ 7 ⎟ ⎜ − 4⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

Konklusion: De tre punkter ligger på linje.<br />

Vindskæve linjer.<br />

Eksempel 2.5 slut!<br />

To linjer l og m siges at være vindskæve dersom linjerne ikke er<br />

parallelle og de ikke skærer hinanden.<br />

Eksempel 2.6. Vi ser på to linjer m og n i rummet med<br />

parameterfremstillingerne<br />

m :<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

=<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 1 ⎟<br />

⎜ 3 ⎟<br />

⎜ 3½⎟<br />

⎝ ⎠<br />

+ t<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 2⎟<br />

⎜ 6 ⎟<br />

⎜ − 5⎟<br />

⎝ ⎠<br />

n :<br />

Vi ønsker at afgøre, om linjerne er vindskæve.<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

=<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 4½⎟<br />

⎜ 4 ⎟<br />

⎜ 2 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

+ t<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 3 ⎟<br />

⎜ 2 ⎟<br />

⎜ − 2⎟<br />

⎝ ⎠<br />

Parameterene i de to linjers parameterfremstilling må ikke hedde det<br />

samme. Derfor ændrer vi den ene parameterbetegnelse t til et andet<br />

bogstav f.eks. s. Her vælger vi at bruge bogstavet s til parameteren i .<br />

parameterfremstillingen for n .<br />

Vi skal nu, på tilsvarende måde som i eksempe 2.4 side 28-29, prøve at<br />

finde<br />

en løsning til ligningssystemet<br />

I:<br />

II:<br />

III:<br />

1 − 2t = 4½ + 3 s<br />

3 + 6t = 4 + 2s<br />

3½ − 5t = 2 − 2s<br />

De to første ligninger omskrives til I: 6s + 4t = –7 II: 2s – 6t = –l .<br />

Løsningen til disse to ligninger med to ubekendte er: s = − og<br />

23<br />

22<br />

Vi skal nu undersøge om disse værdier er løsning til den sidste ligning.<br />

Side 31<br />

t = − 2<br />

11


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

Vi indsætter i III: 3½ − 5t = 2 − 2s :<br />

og ser at ligningen bliver falsk.<br />

Altså findes der ikke nogen<br />

parameterværdier for s og t, der<br />

passer i alle tre ligninger.<br />

Linjerne skærer altså ikke<br />

hinanden.<br />

Da retningsvektorerne for m og n<br />

ikke er parallelle er linjerne<br />

m og n vindskæve.<br />

Et nærbillede af situationen er vist<br />

her ved siden af.<br />

Opgave 2.6.<br />

Vis at linje l med parameterfrenstillingen<br />

skærer linjen n fra eksempel 2.6.<br />

Opgave 2.7.<br />

Venstre side : 3½ − 5⋅( − 2<br />

97<br />

) = ... =<br />

11 22<br />

Hųjre side : 2 − 2·( − 23 45<br />

) = ... =<br />

22 11<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

=<br />

Eksempel 2.6 slut!<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 1½⎟<br />

⎜ 2 ⎟<br />

⎜ 4 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 3⎟<br />

+ t ⎜ 4 ⎟<br />

⎜ 6 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

Undersøg, om linjerne l og m givet ved nedenstående parameterfremstillinger<br />

er vindskæve eller skærer hinanden.<br />

Hvis de skærer hinanden skal skæringspunktet findes.<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜ 4 ⎟ ⎜ 0 ⎟<br />

⎜x⎟<br />

⎜ 0⎟<br />

⎜ 2⎟<br />

l : ⎜y⎟<br />

= ⎜ 4 ⎟ + t ⎜ 3 ⎟ t Õ R. m : ⎜y⎟<br />

= ⎜ 5⎟<br />

+ t ⎜ 1⎟<br />

t Õ R.<br />

⎜z⎟<br />

⎜12⎟<br />

⎜ − 2⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎜ 3⎟<br />

⎜ 1⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

Det er svært at tegne to vindskæve<br />

linjer på et to-dimensionalt stykke<br />

papir. Man kan dog give figuren<br />

perspektiv ved at lade linjerne skære et<br />

rumligt legeme.<br />

Her er valgt en kasse.<br />

Som man ser, skærer linjerne l og n<br />

hinanden, mens linjerne l og m er<br />

vindskæve.<br />

Side 32


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

Oversigt over linjer i planen og i rummet.<br />

To linjer l og m er givet ved<br />

l : går gennem P1 og har en retningsvektor r1 m : går gennem P2 og har en retningsvektor r2 Hvis de to linjer er linjer i planen,<br />

kan de ligge på tre forskellige måder i forhold til hinanden:<br />

r 1 ⎥⎪ r 2<br />

r 1 i r 2<br />

1) linjerne er sammenfaldende<br />

2) linjerne er parallelle, men forskellige<br />

3) linjerne er ikke parallelle. De skærer hinanden.<br />

Hvis de to linjer er linjer i rummet,<br />

kan de ligge på fire forskellige måder i forhold til hinanden:<br />

r 1 ⎥⎪ r 2<br />

r 1 i r 2<br />

1) linjerne er sammenfaldende<br />

2) linjerne er parallelle, men forskellige<br />

3) linjerne er ikke parallelle, men de skærer hinanden.<br />

4) linjerne skærer ikke hinanden, og er ikke parallelle.<br />

de er altså vindskæve.<br />

Beregning af afstanden mellem vindskæve linjer kommer først i 12 årgang.<br />

Side 33


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

3 Planer<br />

Planers parameterfremstilling.<br />

En plan i rummet kan fastlægges ud fra et punkt og to egentlige, ikkeparallelle<br />

vektorer. De to vektorer siges at udspænde den pågældende plan.<br />

Lad P0 være et vilkårligt punkt i planen αααα og<br />

a og b to egentlige, ikke-parallelle vektorer i<br />

planen.<br />

For ethvert punkt P i αααα findes der to tal s og<br />

t, så<br />

P 0 P = s⋅a + t⋅b<br />

Når s og t uafhængigt af hinanden gennemløber<br />

de reelle tal, vil punktet P gennemløbe<br />

planen αααα .<br />

D.v.s.<br />

Planen er således bestemt ved P0 , der ligger i planen, og vektorerne a og<br />

b ; der udspænder planen.<br />

Det er vigtigt at bemærke, at ethvert punkt i planen helt entydigt er fastlagt<br />

ud fra parametrene s og t.<br />

Med P0 = (x0 , y0 , z0 ) for det faste punkt i planen og P = (x, y, z) for det<br />

»løbende« punkt,<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x<br />

− x0⎟ ⎛a<br />

⎞ ⎛<br />

1 b ⎞<br />

1<br />

bliver P0P = s⋅a + t⋅b til ⎜y<br />

− y ⎟<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

0 = s⋅ a2 eller<br />

⎜ ⎟<br />

⎜ ⎟ + t⋅⎜b2⎟<br />

⎜z<br />

− z0⎟ ⎜a<br />

⎟ ⎜<br />

3 b ⎟<br />

3<br />

⎝ ⎠<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

=<br />

⎛<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎝<br />

x0 y0 z0 ⎞<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎠<br />

⎛<br />

⎜<br />

+ s⋅⎜<br />

⎜<br />

⎝<br />

En parameterfremstilling for planen gennem P0 = (x0 , y0 , z0 ) og<br />

udspændt af vektorerne<br />

er<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜a1⎟<br />

a = ⎜a<br />

⎟<br />

⎜ 2⎟<br />

⎜a3⎟<br />

⎝ ⎠<br />

=<br />

⎛<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎝<br />

x0 y0 z0 ⎞<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎠<br />

og<br />

⎛<br />

⎜<br />

+ s⋅⎜<br />

⎜<br />

⎝<br />

a1 a2 a3 ⎛ ⎞<br />

⎜b1⎟<br />

b = ⎜b<br />

⎟<br />

⎜ 2⎟<br />

⎜b3⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎞ ⎛<br />

⎟ ⎜<br />

⎟ + t⋅⎜<br />

⎟ ⎜<br />

⎠ ⎝<br />

b1 b2 b3 ⎞<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎠<br />

Side 34<br />

hvor<br />

a1 a2 a3 ⎞ ⎛<br />

⎟ ⎜<br />

⎟ + t⋅⎜<br />

⎟ ⎜<br />

⎠ ⎝<br />

s Õ R og t Õ R<br />

b1 b2 b3 ⎞<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

En parameterfremstilling for en plan angives ofte som et system af tre<br />

ligninger:<br />

x = x 0 + sa 1 + tb 1<br />

Eksempel 3.1.<br />

Planen med<br />

parameterfremstillingen<br />

x = 2 − 3s + 5t<br />

y = 1 + s − 2t<br />

z = − 4 + 2s + t<br />

går gennem punktet (2, 1, − 4) og<br />

de to vektorer, der "udspænder<br />

planen"<br />

er<br />

Opgave 3.1.<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜ − 3⎟<br />

⎜ 5⎟<br />

⎜ 1⎟<br />

og ⎜ − 2⎟.<br />

⎜ 2⎟<br />

⎜ 1⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

Eksempel 3.1 Slut!<br />

x = y 0 + sa 2 + tb 2<br />

x = z 0 + sa 3 + tb 3<br />

Eksempel 3.2.<br />

Planen gennem punkterne<br />

A(4,1,0), B(3, 2, 2) og C(1, 2, − 1) kan angives<br />

ved parameterfremstillingen<br />

hvor<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜4⎟<br />

= ⎜1⎟<br />

⎜0⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 1⎟<br />

⎜ 1⎟<br />

= AB og<br />

⎜ 2⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜ − 1⎟<br />

⎜ − 3⎟<br />

+ s⋅⎜<br />

1⎟<br />

+ t⋅⎜<br />

1⎟<br />

⎜ 2⎟<br />

⎜ − 1⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 3⎟<br />

⎜ 1⎟<br />

= AC<br />

⎜ − 1⎟<br />

⎝ ⎠<br />

og (4, 1, 0) er punktet A´s koordinater.<br />

Eksempel 3.2 Slut!<br />

a) Angiv en parameterfremstilling for den plan β der går gennem Q(3;-2;8)<br />

x = 2 − 3s + 5t<br />

og er parallel med planen α: y = 1 + s − 2t .<br />

z = − 4 + 2s + t<br />

b) Angiv parameterfremstillingen for en linje gennem Q parallel med α .<br />

(der er mange løsninger.)<br />

Opgave 3.2.<br />

Angiv en parameterfremstilling for planen gennem punkterne A, B og C, når<br />

1) A = (1,3,-2) , B = (-1,-2,-3) og C = (0,0,4)<br />

2) A = (2,2,3) , B = (2,2,-1) og C = (-1,2,3) .<br />

Aufgabe 3.3.<br />

Eine Ebene sei durch de Punkte P, Q, R bestimmt. Gib eine.<br />

Parameterdarstellung der Ebene an.<br />

a)<br />

b)<br />

P(4;0;1), Q( − 1;0; − 2), R(2;2;1)<br />

P(2;1; − 1), Q(3;1; − 1), R(2;1;0)<br />

Side 35<br />

Anleitung: Bestimme PQ, PR


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

Eksempel 3.3.<br />

x = 2 − 3s + 6t<br />

y = 1 + s − 2t<br />

z = − 4 + 2s − 4t<br />

ser ud som<br />

en parameterfremstilling for en<br />

plan. Da de to vektorer<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜–3⎟<br />

⎜ 6⎟<br />

⎜ 1⎟<br />

og ⎜ − 2⎟.<br />

⎜ 2⎟<br />

⎜ − 4⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

er parallelle så<br />

fremstiller ovenstående en linje<br />

gennem punktet (2, 1, − 4) med<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 3⎟<br />

⎜ 1⎟<br />

⎜ 2⎟<br />

⎝ ⎠<br />

retningsvektoren .<br />

Det vises tydeligt ved følgende<br />

omskrivning:<br />

x = 2 – 3s + 6t = 2 − 3·(s – 2t)<br />

y = 1 + s − 2t = 1 + 1·(s – 2t)<br />

z = – 4 + 2s – 4t = − 4 + 2·(s – 2t)<br />

som med u = (s – 2t) giver<br />

Opgave 3.4.<br />

x = 2 – 3u<br />

y = 1 + u<br />

z = – 4 + 2u<br />

Eksempel 3.3 Slut!<br />

Eksempel 3.4.<br />

De tre punkter<br />

A(4,1,0), B(3, 2, 2) og C(1, 5, 8)<br />

fastlægger ikke en plan fordi de tre<br />

punkter ligger på linje. Det ses af at<br />

de to vektorer<br />

er parallelle.<br />

AB =<br />

⎛<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎝<br />

− 1<br />

1<br />

2<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ − 3 ⎟<br />

og AC = ⎜ 3 ⎟<br />

⎜ 6 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

Eksempel 3.4 Slut!<br />

En plan kan fastlægges enten ved<br />

to skærende linjer, to parallelle<br />

linjer, en linje og et punkt, som<br />

ikke ligger på linjen, eller ved tre<br />

punkter, der ikke ligger på linje:<br />

Undersøg om følgende parameterfremstillinger fastlægger en plan eller<br />

en linje eller kun et punkt ?<br />

a)<br />

b)<br />

c)<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

x = 4 + 2s + 6t<br />

y = 2 + s - 3t<br />

z = - 6 - 3s - 9t<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 8⎟<br />

= ⎜ 1⎟<br />

⎜ − 7⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜0⎟<br />

⎜0⎟<br />

+ s⋅⎜0⎟<br />

+ t⋅⎜0⎟<br />

⎜0⎟<br />

⎜0⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

x = 2 + 3s + 4t<br />

y = 1 + 2s + 3t<br />

z = 3 + 4s + 5t<br />

d)<br />

e)<br />

f)<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

Side 36<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 2⎟<br />

= ⎜ 1⎟<br />

⎜ − 3⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜0⎟<br />

= ⎜0⎟<br />

⎜0⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜ − 2⎟<br />

⎜ − 6⎟<br />

+ s⋅⎜<br />

1⎟<br />

+ t⋅⎜<br />

3⎟<br />

⎜ 2⎟<br />

⎜ 6⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜ − 2⎟<br />

⎜ 1⎟<br />

+ s⋅⎜<br />

2⎟<br />

+ t⋅⎜<br />

− 1⎟<br />

⎜ 10⎟<br />

⎜ − 5⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

x = 2 - 3s + 6t<br />

y = 1 + s - 2t<br />

z = - 4 +2s - 4t


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

Opgave 3.5.<br />

En plan skærer koordinatakserne i punkterne<br />

(4,0,0) , (0,5,0) og (0,0,7).<br />

Bestem en parameterfremstilling for denne plan.<br />

Opgave 3.6.<br />

Find en parameterfremstilling for den plan, der går gennem punktet (3,-1,7) og som<br />

er parallel med planen gennem punkterne<br />

A = (1,2,3) , B = (-1,3,4) og C = (1,-4,2).<br />

Opgave 3.6 slut!<br />

I en plan α er givet tre punkter A, B og C, der ikke ligger på linje. Desuden er<br />

der givet punktet D, der ikke ligger i planen α.<br />

Linjen gennem A og B og<br />

linjen gennem C og D vil ligge vindskævt, da der ikke findes nogen plan, der<br />

indeholder de fire punkter. Punkterne A, B, C og D er vinkelspidser i<br />

4 trekanter, der i rummet afgrænser et<br />

legeme. Dette legeme kaldes et tetraeder<br />

(firflade) men også en tresidet pyramide.<br />

De 4 vinkelspidser kaldes tetraedrets<br />

hjørnespidser, de 4 trekanter dets<br />

sideflader. Tetraedrets 6 trekants-sider<br />

AB, BC o.s.v kaldes dets kanter.<br />

Kanterne AB og CD kaldes modstående.<br />

Også BC og AD såvel som AC og BD er<br />

modstående kanter.<br />

Såfremt alle sidetrekanter er ligesidede, kaldes tetraedret regulært.<br />

Tetraedret er et eksempel på et polyeder (mangeflade), der defineres som et<br />

legeme, begrænset af et endeligt antal plane polygoner. For andre polyedre<br />

benyttes betegnelserne hjørnespidser, kanter og sideflader som for tetraedret.<br />

Opgave 3.7.<br />

Vis at punkterne A(4,3,0), B(8,13,0) og C(2,17,0) ikke ligger på linje.<br />

Angiv en parameterfremstilling for planen α , som indeholder de tre<br />

punkter A, B og C. Brug at de tre punkter alle ligger i x-y-planen til at<br />

angive en simplere parameterfremstilling for α.<br />

De tre punkter A, B og<br />

C danner sammen med D(5,7,10) et tetraeder.<br />

Angiv en parameterfremstilling for planen β,<br />

som indeholder de tre<br />

punkter A, B og D.<br />

Bestem projektionen D af punktet D på planen .<br />

∗ α<br />

Side 37


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

4 Skæring mellem linje og plan.<br />

Til slut skal vi se på skæring mellem linje og plan i form af en<br />

enkelt opgave.<br />

Når både linje og plan er givet ved parameterfremstilling<br />

kræver det at man kan løse 3 ligninger med 3 ubekendte.<br />

Hvordan det kan gøres er vist i appendiks 2.<br />

Opgave 4.1.<br />

Punkterne A(0,0,0) B(6,6,0)<br />

C(0,12,0) og D(3,6,3) danner<br />

et tetraeder.<br />

a) Planen som indeholder de tre punkter A, B og C kan have<br />

parameterfremstillingen:<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

A<br />

=<br />

⎛ ⎞<br />

⎜0⎟<br />

⎜0⎟<br />

⎜0⎟<br />

⎝ ⎠<br />

B<br />

D<br />

. D*<br />

⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />

⎜6⎟<br />

⎜ 0⎟<br />

+ s⋅⎜6⎟<br />

+ t⋅⎜12⎟<br />

⎜0⎟<br />

⎜ 0⎟<br />

⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />

Linjen gennem punkt D vinkelret på denne plan kan have<br />

parameterfremstillingen:<br />

⎛ ⎞<br />

⎜x⎟<br />

⎜y⎟<br />

⎜z⎟<br />

⎝ ⎠<br />

=<br />

⎛ ⎞<br />

⎜3⎟<br />

⎜6⎟<br />

⎜3⎟<br />

⎝ ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜0⎟<br />

+ u⋅⎜0⎟<br />

⎜1⎟<br />

⎝ ⎠<br />

Beregn skæringspunktet D mellem denne linie og planen<br />

∗<br />

som indeholder de tre punkter A, B og C og<br />

bestem derved projektionen D af D på planen som<br />

∗<br />

indeholder Ç ABC.<br />

Side 38<br />

C


Vektorregning 11 årgang. 4. udgave.<br />

b) Bestem tilsvarende projektionerne A af<br />

∗ , B ∗ og C ∗<br />

punkterne A, B og C på planerne som indeholder<br />

ÇBCD, ÇACD henholdsvis ÇABD,<br />

idet det oplyses at:<br />

⎛ ⎞<br />

⎜1⎟<br />

⎜ ⎟<br />

⎜1⎟<br />

⎝ ⎠<br />

vektor 1 er vinkelret på planen der indeholder BCD<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 1 ⎟<br />

⎜ ⎟<br />

⎜ − 1⎟<br />

⎝ ⎠<br />

vektor 0 er vinkelret på planen der indeholder ACD<br />

og<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ 1 ⎟<br />

⎜ − 1⎟<br />

⎜ 1 ⎟<br />

⎝ ⎠<br />

vektor er vinkelret på planen der indeholder ABD.<br />

Side 39<br />

Ç<br />

Ç<br />

Ç


Appendiks 1: Om at tegne rumlige figurer<br />

Om at tegne rumlige figurer<br />

Når man løser en matematikopgave korrekt, indeholder besvarelsen<br />

forklaringer til regningerne. Ofte kan en god tegning sige mere end mange<br />

ord. Det gælder specielt i opgaver af geometrisk art.<br />

I undervisningsministeriets forord til de vejledende eksamensopgaver for<br />

obligatorisk niveau står der: "I opgaver omhandlende geometriske<br />

problemstillinger lægges der vægt på, at besvarelsen indeholder en<br />

illustrerende figur .. ".<br />

Det er sjældent noget problem at tegne gode figurer til plangeometriske<br />

opgaver.<br />

Det er noget vanskeligere med rumlige figurer.<br />

En del rumlige opgaver kan<br />

bekvemt illustreres ved<br />

simple plane figurer uden<br />

"rumvirkning"<br />

Som eksempel ses på figur l. et<br />

plant snit gennem en kugle K<br />

og dens tangentplan α i<br />

punktet P<br />

α<br />

fig. 1.<br />

To linjer i rummet kan også tegnes "plant".<br />

Hvis linjerne skærer hinanden, kan man markere<br />

skæringspunktet.<br />

Hvis linjerne derimod er vindskæve, kan man "afbryde" den<br />

bageste linje og derved skabe en rumlig fornemmelse:<br />

Mange af tegningerne i nogle af afsnittene om rumgeometri er tegnet i perspektiv<br />

for at lette forståelsen.<br />

Forståelsen af perspektivet blev udviklet af 1400-tallets malere, der ønskede at<br />

kunne give en realistisk fremstilling af rumlige figurer på det to-dimensionale<br />

lærred.<br />

side 40


Appendiks 1: Om at tegne rumlige figurer<br />

Det er imidlertid ikke ganske<br />

let at tegne i perspektiv.<br />

Hverken i det daglige eller<br />

ved eksamen har man tid til<br />

at pusle med perspektivet.<br />

Vi vil derfor tillade os at "snyde", og<br />

f.eks. tegne en plan som et<br />

parallelogram; normalvektoren kan<br />

så give den rumlige fornemmelse.<br />

En linje l, der skærer<br />

planen, tegnes som om den<br />

ses lige fra siden<br />

(l1 er linjens projektion på planen)<br />

Vi kan også på simpel vis<br />

tegne en linje l "over"<br />

planen, en linje m i<br />

planen og en linje n<br />

"under" planen<br />

fig. 5.<br />

fig. 3.<br />

fig. 4.<br />

side 41


Appendiks 2:. løsning af ligningssystemer.<br />

Løsning af 2 ligninger med to ubekendte ved hjælp af<br />

Substitutionsmetoden.<br />

Princippet i denne metode er at udtrykke den ene ubekendte ved den<br />

anden.<br />

Lad os løse ligningssystemet<br />

2x + 3y = 9<br />

x + 4y = 2.<br />

Af den anden ligning fås: x = 2 − 4 y,<br />

hvilket indsættes i den første<br />

ligning, så man får, at<br />

2x + 3y = 9 ⇔ 2(2 − 4y) + 3y = 9 ⇔ y = − 1<br />

x = 2 − 4y ⇔ x = 6.<br />

, og vi opnår da, at<br />

således at løsningen til ligningssystemet er (x, y) = (6, − 1) .<br />

Løsning af 2 ligninger med to ubekendte ved hjælp af<br />

Lige Store Koefficienters *) Metode.<br />

Princippet er, at man ved multiplikation med en passende faktor, som<br />

er forskellig fra nul, kan opnå lige store koefficienter på nær fortegn for<br />

mindst en af de ubekendte.<br />

Lad os løse ligningssystemet:<br />

Den øverst ligning multipliceres<br />

2x − 6y = 2<br />

med 2, og vi får, at<br />

2x + 2y = 3<br />

Ved subtraktion fås, at<br />

− 8y = − 1<br />

1<br />

så y =<br />

8 .<br />

Samlet<br />

x − 3y = 1<br />

2x + 2y = 3<br />

Den øverst ganges med 2 og den nederste<br />

2x − 6y = 2<br />

med 3, og vi får, at<br />

6x + 6y = 3<br />

Ved addition fås, at<br />

(x, y) = ( 11 1<br />

,<br />

8 8 )<br />

På side 29 er der et andet gennemregnet eksempel.<br />

8x = 11<br />

11<br />

så x =<br />

8 .<br />

* koefficient: en konstant faktor til en ubekendt el. foranderlig størrelse.<br />

Side 42.


Appendiks 2:. løsning af ligningssystemer.<br />

Løsning af 2 ligninger med to ubekendte ved hjælp af<br />

determinantmetoden *) .<br />

hvor<br />

D = a ⎮ 1<br />

⎮a2<br />

⎮<br />

b 1<br />

b 2<br />

⎮ = a<br />

⎮ 1⋅b2 − a2⋅b1 ⎮<br />

Eksempel: Skæringspunktet S mellem de to linjer med<br />

ligningerne<br />

* Se formel (26) side 4 i Matematisk Formelsamling.<br />

Side 43.


Appendiks 2:. løsning af ligningssystemer.<br />

Løsning af tre ligninger med tre ubekendte.<br />

Fællesmængde (skæring) mellem plan og linie, hvor begge er givet ved<br />

parameterfremstillinger<br />

Vi ønsker at finde fællesmængden for<br />

planen αααα :<br />

⎛ x⎞<br />

⎛ 2 ⎞ ⎛ 3 ⎞ ⎛− 4⎞<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎜ y⎟<br />

= ⎜ 4 ⎟ + s⎜<br />

7 ⎟ + t ⎜ 2 ⎟<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎝ z ⎠ ⎝−<br />

3⎠<br />

⎝−1⎠<br />

⎝ 3 ⎠<br />

og linjen l :<br />

⎛ x ⎞ ⎛6<br />

⎞ ⎛−<br />

7⎞<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎜ y⎟<br />

= ⎜4<br />

⎟ + u⎜<br />

− 4⎟<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎝ z ⎠ ⎝0<br />

⎠ ⎝ 7 ⎠<br />

Vi skal altså løse vektorligningen (finde værdier for de variable s, t og u.):<br />

⎛ 2 ⎞ ⎛ 3 ⎞ ⎛− 4⎞<br />

⎛6<br />

⎞ ⎛−<br />

7⎞<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎜ 4 ⎟ + s⎜<br />

7 ⎟ + t ⎜ 2 ⎟ = ⎜4<br />

⎟ + u⎜<br />

− 4⎟<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎝−<br />

3⎠<br />

⎝−1⎠<br />

⎝ 3 ⎠ ⎝0<br />

⎠ ⎝ 7 ⎠<br />

Dette svarer til at løse ligningssystemet:<br />

Først reduktion:<br />

⎧ 2<br />

⎪<br />

⎨ 4<br />

⎪<br />

⎩−<br />

3<br />

Så:<br />

+ 3s<br />

+ 7s<br />

− s<br />

− 4t<br />

=<br />

+ 2t<br />

=<br />

+ 3t<br />

=<br />

6<br />

4<br />

0<br />

− 7u<br />

− 4u<br />

+ 7u<br />

⇔<br />

⎧3s<br />

⎪<br />

⎨7s<br />

⎪<br />

⎩−<br />

s<br />

⎧ 2<br />

⎪<br />

⎨ 4<br />

⎪<br />

⎩−<br />

3<br />

− 4t<br />

+ 2t<br />

+ 3t<br />

+ 3s<br />

+ 7s<br />

− s<br />

+ 7u<br />

=<br />

+ 4u<br />

=<br />

− 7u<br />

=<br />

− 4t<br />

=<br />

+ 2t<br />

=<br />

+ 3t<br />

=<br />

4<br />

0<br />

3<br />

6<br />

4<br />

0<br />

( 1 )<br />

( 2)<br />

( 3)<br />

− 7u<br />

− 4u<br />

+ 7u<br />

Vi kan gange ligningerne (1), (2) og (3) igennem med forskellige faktorer for<br />

at opnå et lige stort antal u er i ligningerne (overvej, hvilke faktorer, der er brugt her)<br />

⎧12s<br />

⎪<br />

⎨49s<br />

⎪<br />

⎩−<br />

4s<br />

−16t<br />

+ 14t<br />

+ 12t<br />

+ 28u<br />

= 16<br />

+ 28u<br />

=<br />

0<br />

− 28u<br />

= 12<br />

⇒<br />

− 37s<br />

45s<br />

− 30t<br />

+ 26t<br />

=<br />

=<br />

16<br />

12<br />

(4)=(1)-(2)<br />

(5)=(2)+(3)<br />

hvor ligning (4) er fremkommet ved at trække ligningerne (1) og (2) fra<br />

hinanden, mens ligning (5) er fremkommet ved at lægge (2) og (3) sammen.<br />

Vi har altså nu to ligninger med to ubekendte, som vi kan løse<br />

som vi plejer,<br />

Side 44.


Appendiks 2:. løsning af ligningssystemer.<br />

f.eks. med determinantmetoden:<br />

⎛<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎜<br />

⎝<br />

16<br />

12<br />

− 37<br />

− 37<br />

45<br />

− 37<br />

⎛ 776 −1164<br />

⎞<br />

⎜<br />

⎟<br />

⎝ 388 388 ⎠<br />

( s,<br />

t ) =<br />

,<br />

= , = ( 2,<br />

− 3 )<br />

45<br />

− 30<br />

26<br />

− 30<br />

26<br />

45<br />

16<br />

12<br />

− 30<br />

Indsætter vi de fundne værdier s = 2 og t = − 3,<br />

i ligning (1) : 3s − 4t + 7u = 4,<br />

får vi:<br />

3⋅2 − 4⋅( − 3) + 7u = 4 ⇔ ....... ⇔ u = − 2<br />

D.v.s.<br />

Den samlede løsning til ligningssystemet :<br />

er (s, t, u) = (2, − 3, − 2)<br />

26<br />

⎞<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎟<br />

⎠<br />

⎧ 2<br />

⎪<br />

⎨ 4<br />

⎪<br />

⎩−<br />

3<br />

+ 3s<br />

+ 7s<br />

Indsætter vi de fundne værdier s = 2 , t = − 3 og u = − 2 i<br />

parameterfremstillingerne for αααα og l får vi:<br />

⎛ x ⎞ ⎛ 2 ⎞ ⎛ 3 ⎞<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎜ y⎟<br />

= ⎜ 4 ⎟ + 2⎜<br />

7 ⎟ +<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎝ z ⎠ ⎝−<br />

3⎠<br />

⎝−<br />

1⎠<br />

( − 3)<br />

Det vil altså sige at:<br />

⎛− 4⎞<br />

⎛ 20 ⎞<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎜ 2 ⎟ = ⎜ 12 ⎟<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎝ 3 ⎠ ⎝−<br />

14⎠<br />

og<br />

⎛ x⎞<br />

⎛6<br />

⎞<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎜ y⎟<br />

= ⎜4<br />

⎟ +<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎝ z ⎠ ⎝0<br />

⎠<br />

Linjen l skærer planen αααα i punktet:<br />

Side 45.<br />

− s<br />

( − 2)<br />

− 4t<br />

=<br />

+ 2t<br />

=<br />

+ 3t<br />

=<br />

6<br />

4<br />

0<br />

⎛−<br />

7⎞<br />

⎛ 20 ⎞<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎜−<br />

4⎟<br />

= ⎜ 12 ⎟<br />

⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />

⎝ 7 ⎠ ⎝−14⎠<br />

− 7u<br />

− 4u<br />

+ 7u<br />

S (20, 12, − 14)

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!