Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Forord</strong><br />
Dette kompendiet er skrevet for å kunne brukes i kurset MA-132 Geometri, slik dette er<br />
definert i fagbeskrivelsen vedtatt våren 2007. Jeg har skrevet kompendiet i sin helhet, men har<br />
bygd videre på tidligere versjoner av kurset. Mye av stoffet i kapittel 1 bygger på Hans Erik<br />
Borgersens og Trygve Breiteigs kompendium ”Notater i Geometri” [1]. Mye av stoffet i<br />
kapittel 5 bygger på Hans Erik Borgersens kompendium ”Geometriemner” [2], og jeg har<br />
brukt noe stoff fra Trygve Breiteigs kompendium ”Projektiv geometri” [3] i kapittel 6. Den<br />
viktigste forandringen i forhold til tidligere versjoner av kurset er at det er tatt med et kapittel<br />
om vektorregning. Nytt er også kapitlet om Cabri, og jeg har tatt med små kapitler om<br />
matriser og grupper. Øvingsoppgavene er for en stor del hentet fra kompendiene til Breiteig<br />
og Borgersen, og også fra Alfsen og Hansens kompendium i Fo4 Vektorregning [4]. Dessuten<br />
er det gjengitt en rekke eksamensoppgaver fra de tidligere versjoner av geometri-kurset.<br />
Kompendiet vil bli foreligge både i papirversjon og i elektronisk versjon på internett. Den<br />
elektroniske versjonen vil inneholde lenker til løsningsforslag til de fleste av oppgavene, og<br />
innholdsfortegnelsen vil også fungere som lenker til de forskjellige avsnittene.<br />
Kristiansand, 9. august 2007<br />
Byrge Birkeland<br />
MA-132 Geometri 1 Byrge Birkeland
Innhold<br />
1 Euklidsk geometri.........................................................................................................11<br />
1.1 Grunnbegreper og notasjoner................................................................................11<br />
1.1.1 Punkt.............................................................................................................11<br />
1.1.2 Linje .............................................................................................................11<br />
1.1.3 Parallelle linjer, parallellaksiomet..................................................................11<br />
1.1.4 Stråle.............................................................................................................12<br />
1.1.5 Lengder og avstander....................................................................................12<br />
1.1.6 Linjestykke...................................................................................................12<br />
1.1.7 Vektor...........................................................................................................12<br />
1.1.8 Trekant..........................................................................................................13<br />
1.1.9 Vinkel...........................................................................................................13<br />
1.1.10 Sum og differens av vinkler. Vinkler med fortegn.........................................15<br />
1.1.11 Firkant..........................................................................................................16<br />
1.1.12 Polygoner......................................................................................................16<br />
1.1.13 Geometriske steder, sirkler og ellipser...........................................................16<br />
1.2 Isometrier og kongruens........................................................................................17<br />
1.2.1 Isometrier og rette linjer................................................................................18<br />
1.2.2 Isometrier og parallellitet ..............................................................................18<br />
1.2.3 Isometrier og trekanter..................................................................................18<br />
1.3 Elementære konstruksjoner...................................................................................19<br />
1.3.1 Midtnormalen til et linjestykke......................................................................19<br />
1.3.2 Normalen til en linje i et punkt på linja..........................................................19<br />
1.3.3 Normalen til en linje fra et punkt utenfor linja...............................................19<br />
1.3.4 Halveringslinja for en vinkel.........................................................................20<br />
1.3.5 Likesidet trekant............................................................................................20<br />
1.3.6 Alternativ konstruksjon for å oppreise normalen i et punkt på en linje...........20<br />
1.3.7 Andre vinkler................................................................................................20<br />
1.3.8 Likebeinte trekanter......................................................................................21<br />
1.4 Oppgaver..............................................................................................................21<br />
1.4.1.............................................................................................................................21<br />
1.4.2.............................................................................................................................21<br />
1.4.3.............................................................................................................................21<br />
1.4.4.............................................................................................................................21<br />
1.4.5.............................................................................................................................21<br />
1.4.6.............................................................................................................................22<br />
1.4.7.............................................................................................................................22<br />
1.5 Elementære teoremer............................................................................................22<br />
1.5.1 Toppvinkler...................................................................................................22<br />
1.5.2 Ytre vinkel i trekant ......................................................................................22<br />
1.5.3 Setningen om samsvarende vinkler................................................................22<br />
1.5.4 Summen av vinklene i en trekant...................................................................23<br />
1.5.5 Vinklene i likebeinte trekanter.......................................................................23<br />
1.5.6 Setningen om vinkler med parvis parallelle eller normale vinkelbein.............23<br />
1.6 Similariteter og formlikhet....................................................................................24<br />
1.6.1 Setninger om similariteter.............................................................................24<br />
1.6.2 Transversalsetningen.....................................................................................25<br />
1.6.3 Hvordan man deler et linjestykke i et gitt forhold..........................................26<br />
1.7 Areal.....................................................................................................................26<br />
MA-132 Geometri 2 Byrge Birkeland
1.7.1 Arealet av en trekant.....................................................................................26<br />
1.7.2 Arealet av et parallellogram...........................................................................26<br />
1.7.3 Arealet av et trapes........................................................................................26<br />
1.7.4 Arealet av et polygon....................................................................................27<br />
1.8 Pythagoras’ setning...............................................................................................27<br />
1.8.1 Thabit ibn Qurras’ bevis................................................................................27<br />
1.8.2 Euklids bevis for Pythagoras’ setning............................................................28<br />
1.8.3 Det omvendte av Pythagoras setning.............................................................28<br />
1.9 Oppgaver..............................................................................................................28<br />
1.9.1 (Eksamen i grunnskolen 1993)......................................................................28<br />
1.9.2.............................................................................................................................28<br />
1.9.3.............................................................................................................................28<br />
1.9.4.............................................................................................................................29<br />
1.9.5.............................................................................................................................29<br />
1.9.6 ......................................................................................................................29<br />
1.9.7 ......................................................................................................................29<br />
1.9.8.............................................................................................................................29<br />
1.9.9.............................................................................................................................29<br />
1.9.10...........................................................................................................................29<br />
1.9.11...........................................................................................................................29<br />
1.10 Egenskaper ved sirkler..........................................................................................30<br />
1.10.1 Thales setning om periferivinkler..................................................................30<br />
1.10.2 Tangentene til en sirkel fra et punkt utenfor sirkelen......................................31<br />
1.10.3 Trekant med gitt side og motstående vinkel...................................................31<br />
1.10.4 Sirkelens omkrets og areal. Arealet av sirkelsektorer og -segmenter..............31<br />
1.10.5 Et punkts potens med hensyn på. en sirkel.....................................................31<br />
1.10.6 Mellomproporsjonalen..................................................................................32<br />
1.10.7 Delingsforhold for halveringslinja for en vinkel i en trekant..........................33<br />
1.11 Trigonometriske funksjoner..................................................................................33<br />
1.11.1 Areal av sirkelsektor og sirkelsegment..........................................................34<br />
1.12 Noen egenskaper ved trekanter..............................................................................35<br />
1.12.1 Omsirkelen til en trekant...............................................................................35<br />
1.12.2 Sinussetningen..............................................................................................35<br />
1.12.3 Cosinussetningen eller den utvidede Pythagoras’ setning ..............................35<br />
1.12.4 Herons formel for arealet av en trekant..........................................................35<br />
1.12.5 Innsirkelen til en trekant................................................................................36<br />
1.12.6 Høydene i en trekant.....................................................................................36<br />
1.12.7 Medianene i en trekant..................................................................................36<br />
1.13 Egenskaper ved firkanter.......................................................................................37<br />
1.13.1 Varignons setning .........................................................................................37<br />
1.13.2 Sykliske firkanter..........................................................................................37<br />
1.13.3 Det gylne snitt...............................................................................................37<br />
1.13.4 Regulær tikant og femkant............................................................................38<br />
1.13.5 Papirformat...................................................................................................38<br />
1.13.6 Firkant og trekant med samme areal..............................................................39<br />
1.14 Oppgaver..............................................................................................................39<br />
1.14.1...........................................................................................................................39<br />
1.14.2...........................................................................................................................39<br />
1.14.3 ......................................................................................................................39<br />
1.14.4...........................................................................................................................39<br />
MA-132 Geometri 3 Byrge Birkeland
1.14.5...........................................................................................................................39<br />
1.14.6...........................................................................................................................39<br />
1.14.7...........................................................................................................................39<br />
1.14.8...........................................................................................................................39<br />
1.14.9...........................................................................................................................39<br />
1.14.10 (Eksamen i grunnskolen 1991)..................................................................40<br />
1.14.11 Tangentkonstruksjoner..............................................................................40<br />
1.14.12.........................................................................................................................40<br />
1.14.13.........................................................................................................................40<br />
1.14.14.........................................................................................................................41<br />
1.14.15.........................................................................................................................41<br />
1.14.16.........................................................................................................................41<br />
1.14.17.........................................................................................................................41<br />
1.14.18.........................................................................................................................41<br />
1.14.19.........................................................................................................................41<br />
1.14.20.........................................................................................................................41<br />
1.14.21.........................................................................................................................41<br />
1.14.22.........................................................................................................................41<br />
1.14.23.........................................................................................................................41<br />
1.14.24.........................................................................................................................42<br />
1.14.25.........................................................................................................................42<br />
1.14.26.........................................................................................................................42<br />
1.14.27.........................................................................................................................42<br />
1.14.28.........................................................................................................................42<br />
1.14.29.........................................................................................................................42<br />
1.14.30.........................................................................................................................42<br />
1.14.31.........................................................................................................................42<br />
1.14.32.........................................................................................................................42<br />
1.14.33.........................................................................................................................43<br />
1.14.34.........................................................................................................................43<br />
1.14.35.........................................................................................................................43<br />
1.14.36.........................................................................................................................43<br />
1.14.37.........................................................................................................................43<br />
1.14.38.........................................................................................................................43<br />
1.14.39.........................................................................................................................43<br />
1.14.40.........................................................................................................................43<br />
1.14.41.........................................................................................................................43<br />
1.14.42.........................................................................................................................43<br />
1.14.43.........................................................................................................................43<br />
1.14.44 Lenker til løsningsforslag..........................................................................44<br />
1.15 Eksamensoppgaver i euklidsk geometri.................................................................44<br />
1.15.1 August 2003, oppgave 3................................................................................44<br />
1.15.2 Mai 2002, oppgave 2.....................................................................................44<br />
1.15.3 Mai 2001, oppgave 2.....................................................................................44<br />
1.15.4 Mai 2005, oppgave 3.....................................................................................45<br />
1.15.5 Mai 2000, oppgave 2.....................................................................................45<br />
1.15.6 Mai 2000, oppgave 4.....................................................................................45<br />
1.15.7 Mai 1996, oppgave 4.....................................................................................46<br />
1.15.8 Mai 1999, oppgave 4.....................................................................................46<br />
1.15.9 Mai 2003, oppgave 3.....................................................................................46<br />
MA-132 Geometri 4 Byrge Birkeland
1.15.10 Mai 2007, oppgave 1.................................................................................46<br />
1.15.11 Mai 2007, oppgave 2.................................................................................47<br />
1.15.12 Mai 1994, oppgave 3.................................................................................47<br />
1.15.13 Mai 1996, oppgave 4.................................................................................47<br />
1.15.14 Mai 1997, oppgave 2.................................................................................48<br />
1.15.15 Mai 1999, oppgave 3.................................................................................48<br />
1.15.16 Mai 2001, oppgave 4.................................................................................49<br />
1.15.17 August 2003, oppgave 3............................................................................49<br />
1.15.18 Mai 2005, Oppgave 3................................................................................49<br />
1.15.19 Mai 2006, oppgave 3.................................................................................50<br />
1.15.20 Mai 2006, oppgave 4.................................................................................50<br />
1.15.21 September 2006, oppgave 2.......................................................................50<br />
1.15.22 September 2006, oppgave 3.......................................................................51<br />
1.15.23 September 2006, oppgave 4.......................................................................51<br />
1.15.24 Lenker til løsningsforslag:.........................................................................51<br />
2 Vektorer.......................................................................................................................52<br />
2.1 Algebraiske operasjoner på vektorer...........................................................................52<br />
2.1.1 Eksempel......................................................................................................53<br />
2.2 Vektorprojeksjon og skalarprojeksjon...................................................................53<br />
2.2.1 Eksempel......................................................................................................53<br />
2.3 Oppgaver..............................................................................................................54<br />
2.3.1.............................................................................................................................54<br />
2.3.2.............................................................................................................................54<br />
2.3.3.............................................................................................................................54<br />
2.3.4.............................................................................................................................54<br />
2.3.5.............................................................................................................................54<br />
2.3.6.............................................................................................................................54<br />
2.3.7.............................................................................................................................55<br />
2.3.8.............................................................................................................................55<br />
2.3.9.............................................................................................................................55<br />
2.3.10 Lenker til løsningsforslag:.............................................................................55<br />
2.4 Koordinatsystem...................................................................................................55<br />
2.5 Vektoroperasjoner og koordinater.........................................................................56<br />
2.6 Oppgaver..............................................................................................................56<br />
2.6.1.............................................................................................................................56<br />
2.6.2.............................................................................................................................57<br />
2.6.3.............................................................................................................................57<br />
2.6.4.............................................................................................................................57<br />
2.6.5.............................................................................................................................57<br />
2.6.6.............................................................................................................................57<br />
2.6.7 Lenker til løsningsforslag:.............................................................................57<br />
2.7 Skalarproduktet av to vektorer..............................................................................57<br />
2.7.1 Eksempel......................................................................................................58<br />
2.7.2 Eksempel......................................................................................................58<br />
2.7.3 Eksempel......................................................................................................59<br />
2.8 Koordinatformler for skalarproduktet....................................................................59<br />
2.9 Oppgaver..............................................................................................................60<br />
2.9.1.............................................................................................................................60<br />
2.9.2.............................................................................................................................60<br />
2.9.3.............................................................................................................................60<br />
MA-132 Geometri 5 Byrge Birkeland
2.9.4.............................................................................................................................60<br />
2.9.5.............................................................................................................................60<br />
2.9.6.............................................................................................................................60<br />
2.9.7.............................................................................................................................60<br />
2.9.8.............................................................................................................................60<br />
2.9.9.............................................................................................................................60<br />
2.9.10...........................................................................................................................60<br />
2.9.11...........................................................................................................................61<br />
2.9.12...........................................................................................................................61<br />
2.9.13...........................................................................................................................61<br />
2.9.14...........................................................................................................................61<br />
2.9.15...........................................................................................................................61<br />
2.9.16...........................................................................................................................61<br />
2.9.17...........................................................................................................................61<br />
2.9.18...........................................................................................................................61<br />
2.9.19...........................................................................................................................61<br />
2.9.20...........................................................................................................................62<br />
2.9.21...........................................................................................................................62<br />
2.9.22 Lenker til løsningsforslag:.............................................................................62<br />
2.10 Vektorproduktet....................................................................................................62<br />
2.10.1 Eksempel......................................................................................................63<br />
2.11 Trippelproduktet...................................................................................................63<br />
2.11.1 Eksempel......................................................................................................64<br />
2.11.2 Eksempel......................................................................................................64<br />
2.12 Oppgaver..............................................................................................................64<br />
2.12.1...........................................................................................................................64<br />
2.12.2...........................................................................................................................64<br />
2.12.3...........................................................................................................................64<br />
2.12.4...........................................................................................................................65<br />
2.12.5...........................................................................................................................65<br />
2.12.6...........................................................................................................................65<br />
2.12.7...........................................................................................................................65<br />
2.12.8...........................................................................................................................65<br />
2.12.9...........................................................................................................................65<br />
2.12.10.........................................................................................................................65<br />
2.12.11.........................................................................................................................65<br />
2.12.12.........................................................................................................................65<br />
2.12.13.........................................................................................................................65<br />
2.12.14.........................................................................................................................65<br />
2.12.15.........................................................................................................................66<br />
2.12.16.........................................................................................................................66<br />
2.12.17.........................................................................................................................66<br />
2.12.18 Lenker til løsningsforslag..........................................................................66<br />
2.13 Ligningen for rette linjer og plan...........................................................................66<br />
2.13.1 Eksempel......................................................................................................66<br />
2.13.2 Eksempel......................................................................................................67<br />
2.13.3 Eksempel......................................................................................................68<br />
2.13.4 Eksempel......................................................................................................68<br />
2.13.5 Eksempel......................................................................................................68<br />
2.14 Oppgaver..............................................................................................................68<br />
MA-132 Geometri 6 Byrge Birkeland
2.14.1...........................................................................................................................68<br />
2.14.2...........................................................................................................................68<br />
2.14.3...........................................................................................................................68<br />
2.14.4...........................................................................................................................69<br />
2.14.5...........................................................................................................................69<br />
2.14.6...........................................................................................................................69<br />
2.14.7...........................................................................................................................69<br />
2.14.8...........................................................................................................................69<br />
2.14.9...........................................................................................................................69<br />
2.14.10 Lenker til løsningsforslag..........................................................................69<br />
3 Matriser og geometri....................................................................................................70<br />
3.1 Matriseregning......................................................................................................70<br />
3.1.1 Kolonnevektorer...........................................................................................70<br />
3.1.2 Lineære avbildninger og matriser..................................................................70<br />
3.2 Matriser til noen kjente avbildninger.....................................................................72<br />
3.2.1 Polarkoordinater............................................................................................72<br />
3.2.2 Rotasjoner.....................................................................................................72<br />
3.2.3 Speiling om en linje ......................................................................................73<br />
3.2.4 Homotetier....................................................................................................73<br />
3.2.5 Translasjoner og homogene koordinater........................................................73<br />
3.2.6 Gliderefleksjoner...........................................................................................75<br />
3.3 Oppgaver..............................................................................................................75<br />
3.3.1.............................................................................................................................75<br />
3.3.2.............................................................................................................................75<br />
3.3.3.............................................................................................................................75<br />
3.3.4.............................................................................................................................75<br />
3.3.5.............................................................................................................................75<br />
3.3.6.............................................................................................................................75<br />
3.3.7.............................................................................................................................75<br />
3.3.8.............................................................................................................................76<br />
3.3.9.............................................................................................................................76<br />
3.3.10...........................................................................................................................76<br />
3.3.11...........................................................................................................................76<br />
3.3.12...........................................................................................................................76<br />
3.3.13...........................................................................................................................76<br />
3.3.14 Lenker til løsningsforslag..............................................................................76<br />
4 Grupper i geometri.......................................................................................................77<br />
4.1 Definisjoner..........................................................................................................77<br />
4.1.1 Eksempel: ℤ ................................................................................................77<br />
4.1.2 Eksempel: ℤ n ...............................................................................................77<br />
4.1.3 Eksempel: Symmetrigrupper.........................................................................78<br />
4.1.4 Eksempel: Rotasjoner....................................................................................78<br />
4.2 Oppgaver..............................................................................................................78<br />
4.2.1.............................................................................................................................78<br />
4.2.2.............................................................................................................................78<br />
4.2.3.............................................................................................................................79<br />
4.2.4.............................................................................................................................79<br />
4.2.5.............................................................................................................................79<br />
4.2.6.............................................................................................................................79<br />
4.2.7.............................................................................................................................79<br />
MA-132 Geometri 7 Byrge Birkeland
4.2.8 Lenker til løsningsforslag..............................................................................79<br />
4.3 Permutasjoner.......................................................................................................79<br />
4.3.1 Eksempel......................................................................................................80<br />
4.3.2 Eksempel......................................................................................................80<br />
4.4 Den n-te dihedrale gruppen...................................................................................80<br />
4.4.1 Eksempel: D4 ................................................................................................80<br />
4.5 Undergrupper........................................................................................................81<br />
4.6 Homomorfier og isomorfier..................................................................................81<br />
4.6.1 Eksempel......................................................................................................82<br />
4.6.2 Eksempel......................................................................................................82<br />
4.6.3 Eksempel......................................................................................................82<br />
4.6.4 Eksempel......................................................................................................82<br />
4.6.5 Eksempel......................................................................................................82<br />
4.7 Oppgaver..............................................................................................................82<br />
4.7.1.............................................................................................................................82<br />
4.7.2.............................................................................................................................83<br />
4.7.3.............................................................................................................................83<br />
4.7.4.............................................................................................................................83<br />
4.7.5.............................................................................................................................83<br />
4.7.6.............................................................................................................................83<br />
4.7.7 Lenker til løsningsforslag..............................................................................83<br />
5 Isometrier og similariteter.............................................................................................84<br />
5.1 Fikspunkt og fikslinjer..........................................................................................84<br />
5.2 Fire typer av isometrier.........................................................................................84<br />
5.2.1 Speilinger om en rett linje.............................................................................84<br />
5.2.2 Rotasjon om et punkt.....................................................................................84<br />
5.2.3 Translasjon....................................................................................................85<br />
5.2.4 Gliderefleksjon..............................................................................................85<br />
5.3 Klassifikasjon av isometrier..................................................................................86<br />
5.3.1 Isometrier med fikspunkt...............................................................................86<br />
5.4 Isometrier uten fikspunkt......................................................................................87<br />
5.5 Oppgaver..............................................................................................................88<br />
5.5.1.............................................................................................................................88<br />
5.5.2.............................................................................................................................88<br />
5.5.3.............................................................................................................................88<br />
5.5.4.............................................................................................................................88<br />
5.5.5.............................................................................................................................88<br />
5.5.6.............................................................................................................................88<br />
5.5.7 Fra Eksamen mai 2000, oppgave 3b..............................................................89<br />
5.5.8 Fra eksamen mai 1995, oppgave 2 b,c,d........................................................89<br />
5.5.9.............................................................................................................................89<br />
5.5.10...........................................................................................................................89<br />
5.5.11...........................................................................................................................89<br />
5.5.12...........................................................................................................................90<br />
5.5.13 Eksamen i MA-104 27.mai 2005...................................................................90<br />
5.5.14 Eksamensoppgave mai 1998, oppgave 2........................................................90<br />
5.5.15...........................................................................................................................91<br />
5.6 Symmetrigruppen til en plan begrenset figurer......................................................91<br />
5.7 Oppgaver..............................................................................................................93<br />
5.7.1 Eksamensoppgave mai 1997, oppgave 3........................................................93<br />
MA-132 Geometri 8 Byrge Birkeland
5.7.2 Eksamen mai 1998, oppgave 2......................................................................94<br />
5.7.3 Eksamen mai 1999, oppgave 2......................................................................94<br />
5.7.4 Eksamen mai 2001, oppgave 3......................................................................95<br />
5.7.5 Eksamen august 2003, oppgave 2..................................................................95<br />
5.7.6 Mai 2005, oppgave 1.....................................................................................96<br />
5.7.7 Mai 2007, Oppgave 4....................................................................................96<br />
5.7.8 Lenker til løsningsforslag..............................................................................96<br />
5.8 Klassifikasjon av similariteter...............................................................................97<br />
5.8.1 Eksempel: Von Kochs snøflakkurve..............................................................97<br />
5.9 Oppgaver..............................................................................................................99<br />
5.9.1.............................................................................................................................99<br />
5.9.2.............................................................................................................................99<br />
5.9.3.............................................................................................................................99<br />
5.9.4.............................................................................................................................99<br />
5.9.5.............................................................................................................................99<br />
5.9.6 Lenker til løsningsforslag:.............................................................................99<br />
5.10 Bandmønstre.........................................................................................................99<br />
5.10.1 Symmetrigruppen r1....................................................................................101<br />
5.10.2 Symmetrigruppen r11m..............................................................................101<br />
5.10.3 Symmetrigruppen r11g................................................................................101<br />
5.10.4 Symmetrigruppen r1m.................................................................................102<br />
5.10.5 Symmetrigruppen r2....................................................................................102<br />
5.10.6 Symmetrigruppen r2mm..............................................................................102<br />
5.10.7 Symmetrigruppen r2mg...............................................................................102<br />
5.11 Oppgaver............................................................................................................102<br />
5.11.1.........................................................................................................................102<br />
5.11.2.........................................................................................................................104<br />
5.12 Dobbeltperiodiske mønstre, fliselegging.............................................................105<br />
5.12.1 Generelt parallellogramnett.........................................................................105<br />
5.12.2 Rektangulært nett........................................................................................105<br />
5.12.3 Sentrert rektangulært nett............................................................................107<br />
5.12.4 Kvadratisk nett............................................................................................107<br />
5.12.5 Heksagonalt nett..........................................................................................108<br />
5.12.6 Andre emner om flislegging........................................................................110<br />
5.13 Oppgaver............................................................................................................111<br />
5.13.1.........................................................................................................................111<br />
6 Tegning av tredimensjonale figurer.............................................................................113<br />
6.1 Parallell-projeksjoner..........................................................................................113<br />
6.2 Sentralprojeksjon og perspektivtegning...............................................................113<br />
6.3 Perspektivtegning med ett fluktpunkt..................................................................118<br />
6.4 Perspektivtegning med to fikspunkt ....................................................................120<br />
6.5 Perspektivtegning med tre fluktpunkt..................................................................121<br />
6.6 Oppgaver............................................................................................................125<br />
6.6.1 Eksamen mai 2007, oppgave 3....................................................................125<br />
6.6.2 Mai 2006, oppgave 1...................................................................................127<br />
6.6.3 September 2006, oppgave 1.........................................................................128<br />
6.6.4 Mai 2005, oppgave 2...................................................................................129<br />
7 Innføring i Cabri.........................................................................................................129<br />
7.1 Pek på - menyen .................................................................................................130<br />
7.2 Punkt-menyen.....................................................................................................131<br />
MA-132 Geometri 9 Byrge Birkeland
7.3 Linje-menyen......................................................................................................132<br />
7.4 Sirkel-menyen.....................................................................................................133<br />
7.5 Konstruksjons-menyen........................................................................................134<br />
7.6 Transformasjonsmenyen.....................................................................................137<br />
7.7 Makro-menyen....................................................................................................138<br />
7.8 Spørsmåls-menyen..............................................................................................141<br />
7.9 Menyen for numeriske størrelser og beregninger.................................................142<br />
7.10 Diverse-menyen..................................................................................................144<br />
7.11 Format-menyen...................................................................................................146<br />
7.12 Øvingsoppgaver..................................................................................................148<br />
7.12.1 Trekant med medianer. Cabri-fil her. Løsning her.......................................148<br />
7.12.2 Omsirkel med makro. Cabri-fil her. Løsningsforslag her.............................149<br />
7.12.3 Innsirkel med makro. Cabri-fil her. Løsningsforslag her..............................149<br />
7.12.4.........................................................................................................................149<br />
7.12.5 Speilinger og translasjoner. Cabri-fil her. Løsningsforslag her.....................150<br />
7.12.6 Rotasjoner. Cabri-fil her. Løsningsforslag her.............................................150<br />
7.12.7 Parallellforskyvninger. Cabri-fil her. Løsningsforslag her............................150<br />
7.12.8 Flislegging med regulære sekskanter. Cabri-fil her. Løsningsforslag her......151<br />
7.12.9 Flislegging med regulære sekskanter, kvadrater og likesidede trekanter.......151<br />
7.12.10 Det gylne snitt.........................................................................................152<br />
7.12.11 Ellipse.....................................................................................................152<br />
MA-132 Geometri 10 Byrge Birkeland
1 Euklidsk geometri<br />
Geometri er et gammelt fag med røtter tilbake til den egyptiske og mesopotamiske oldtida.<br />
Euklid forsøkte å bygge opp geometri som en aksiomatisk teori i sitt verk Elementer, dvs.<br />
han gikk ut fra noen får grunnbegreper og aksiomer, og beviste alle setninger ved hjelp av<br />
disse. I denne fremstillingen skal vi ikke forsøke å bygge opp geometri på denne måten. Vi<br />
velger en mer intuitiv tilnærming, og trekker også inn begreper som Euklid ikke hadde med.<br />
En artikkel om geometriens historie finner du for eksempel i Wikipedia:<br />
http://en.wikipedia.org/wiki/Geometry#History_of_geometry<br />
Du kan lese om Euklid i det norske nettleksikonet Wikipedia på følgende adresse:<br />
http://no.wikipedia.org/wiki/Euklid_av_Alexandria<br />
En liten artikkel på norsk om Euklids elementer finner du her:<br />
http://no.wikipedia.org/wiki/Euklids_Elementene<br />
En større artikkel med hele Euklids elementer finner du her:<br />
http://aleph0.clarku.edu/~djoyce/java/elements/toc.html<br />
1.1 Grunnbegreper og notasjoner<br />
1.1.1 Punkt<br />
Et punkt har posisjon, men ingen utstrekning. Vi bruker vanligvis store<br />
bokstaver A, B, C, … som navn på punkter og markerer dem med en<br />
prikk, et kryss eller lignende. Hvor et punkt ligger i planet angis ofte<br />
ved hjelp av punktets koordinater i forhold et kartesisk koordinatsystem,<br />
et begrep som bygger på begrepene lengde, vinkel og<br />
parallellitet, som blir gjennomgått nedenfor. Se figuren til høyre.<br />
1.1.2 Linje<br />
En (rett) linje har posisjon, retning og uendelig utstrekning i begge<br />
retninger i én dimensjon. Linjer gis vanligvis navn med små bokstaver<br />
l, m, n….. Gitt to punkter A og B, da finnes det nøyaktig én linje som<br />
A l<br />
B<br />
ℓ AB , eller skrives bare linja gjennom A og B<br />
går gjennom A og B. Denne noteres av og til ( )<br />
eller linja AB. Tre eller flere punkter som ligger på samme linje, sies å være kollineære. Tre<br />
eller flere linjer som går gjennom samme punkt, sies å være konkurrente.<br />
A B<br />
C<br />
A, B og C er kollineære<br />
l<br />
m<br />
n<br />
l, m og n er konkurrente<br />
1.1.3 Parallelle linjer, parallellaksiomet<br />
To linjer som ikke skjærer hverandre, sies å være parallelle. Vi skriver dette l||m. I euklidsk<br />
geometri gjelder parallellaksiomet. Dette finnes i flere ekvivalente versjoner; her er én:<br />
Parallellaksiomet: Gitt en rett linje l og et punkt P utenfor som ikke ligger på l. Da finnes det<br />
nøyaktig én linje m som går gjennom P og som er parallell med l.<br />
MA-132 Geometri 11<br />
Byrge Birkeland<br />
y<br />
A<br />
1<br />
B<br />
C<br />
x<br />
P(x,y)
En annen versjon er at vinkelsummen i en trekant er 180° ; mer om dette nedenfor. Parallell-<br />
aksiomet virker kanskje opplagt, men det er i en særstilling blant<br />
Euklids aksiomer. På 1800-tallet ble det bygd opp geometrier der<br />
parallellaksiomet ikke gjelder, de ikke-euklidske geometriene, og<br />
disse har vist seg meget nyttige, for eksempel i forbindelse med<br />
relativitetsteorien. Det finnes utallige artikler om ikke-euklidsk<br />
geometri på internett, for eksempel: http://en.wikipedia.org/wiki/Non-<br />
Euclidean_geometry.<br />
1.1.4 Stråle<br />
En stråle er del av linje som er bestemt ved et startpunkt og ved at den<br />
er ubegrenset i én av de to mulige retningene. Den har uendelig<br />
utstrekning. Hvis A er et endepunkt på en stråle og B er et punkt på<br />
strålen, snakker vi om strålen fra A gjennom B.<br />
1.1.5 Lengder og avstander<br />
Alle har en intuitiv forståelse av hva avstander og lengder er for noe. I matematikken kan vi<br />
2<br />
2 2 +<br />
+<br />
definere en avstandsfunksjon i planet ℝ som en funksjon d : ℝ × ℝ →ℝ<br />
0 , der ℝ 0 betyr<br />
mengden av reelle tall ≥ 0 , altså en funksjon som tilordner et ikke-negativt reelt tall d(P,Q) –<br />
avstanden mellom P og Q - til hvert par (P,Q) av punkter i planet. Funksjonen må ha<br />
følgende egenskaper:<br />
a. d ( PQ , ) ≥ 0<br />
b. d ( PQ , ) = 0 hvis og bare hvis P = Q.<br />
c. d ( PQ , ) = d ( QP , )<br />
d. d ( PQ , ) d ( PR , ) d ( RQ , )<br />
mellom P og Q.<br />
≤ + med likhet hvis og bare hvis R ligger på linjestykket PQ<br />
Tenk over hva disse kravene betyr: (i) sier at ingen avstander er negative. (ii) sier at to<br />
forskjellige punkter ikke kan ha avstanden 0, men ethvert punkt har avstanden 0 til seg selv.<br />
(iii) sier at avstanden fra P til Q er den samme som avstanden fra Q til P. (iv) sier stort sett at<br />
den korteste vei mellom to punkter P og Q er linjestykket PQ. Den kalles trekantulikheten,<br />
og sier mer presist at lengden av en side i en trekant er lik eller mindre enn summen av<br />
lengdene av de to andre sidene, med likhet bare hvis trekanten er degenerert, slik at det tredje<br />
hjørne ligger på den motstående sida.<br />
1.1.6 Linjestykke<br />
Et linjestykke er en del av en linje som er begrenset av to<br />
endepunkter A og B, nemlig den delen av linja gjennom A og B<br />
B<br />
som ligger mellom A og B. Vi lar AB både betegne linjestykket fra<br />
A til B (eller fra B til A) og lengden av dette linjestykket, som kan A<br />
defineres som avstanden mellom dets endepunkter. Det vil da framgå av sammenhengen hva<br />
som menes.<br />
1.1.7 Vektor<br />
MA-132 Geometri 12<br />
Byrge Birkeland<br />
A<br />
P<br />
m<br />
l<br />
Parallellaksiomet<br />
B
En vektor kan vi i vårt geometrikurs oppfatte som et orientert<br />
linjestykke. Det betyr at av de to endepunktene på linjestykket,<br />
for eksempel A og B, er det ene utpekt som startpunkt<br />
<br />
og det<br />
andre som endepunkt. Vektoren fra A til B noteres<br />
<br />
AB . Vi<br />
<br />
identifiserer to vektorer AB og CD hvis de er parallelle og<br />
like lange og har samme retning. Det betyr at hvis vi flytter CD<br />
B<br />
A<br />
slik at C faller sammen med<br />
A, så vil D falle sammen med B. Vektorbegrepet er imidlertid mye mer omfattende enn dette,<br />
og er et av de nyttigste begreper i<br />
matematikken og fysikken. Vi skal komme<br />
tilbake til vektorregning i et seinere kapittel.<br />
C<br />
C<br />
Du kan definere summen av to vektorer ved<br />
<br />
at AB+ BC = AC , og differensen mellom to<br />
<br />
vektorer ved at AB− AC = CB . Se figuren.<br />
A<br />
a+b<br />
a<br />
b<br />
B A<br />
b<br />
a<br />
a-b<br />
B<br />
Når du har en avstandsfunksjon, kan du<br />
<br />
definere produktet av et tall og en vektor: t⋅ AB= AC , der C er et punkt på linja AB som er<br />
= t , og slik at C ligger på samme eller motsatt side av A i forhold til B etter som<br />
slik at AC<br />
AB<br />
t>0 eller t
33toppunkt i O, kan vi skrive ∠ O uten å bli misforstått. Eller vi kan gi vinkelen navn som<br />
u,v, w, αβθ…. , , , Vi markerer ofte vinkler med små sirkelbuer i ulike format, gjerne slik at<br />
vinkler som er like store, får samme format.<br />
At to vinkler ∠ AOB og ∠ CPD er like store, betyr at den ene vinkelen kan legges oppå den<br />
andre. Med andre ord: Hvis ∠ CPD flyttes slik at P faller i O og PC dekker strålen OA, så vil<br />
strålen PD dekke strålen OB. Det forutsetter at de to vinklene er orientert på samme måte, i<br />
motsatt fall må vi la strålen PD dekke OB. Størrelsen av en vinkel måles på flere ulike måter.<br />
For et gitt punkt O i planet tenker man seg at planet deles i 360 like store vinkler, alle med O<br />
som felles toppunkt. Størrelsen av en slik vinkel defineres som 1 grad, eller 1° . En rett<br />
vinkel er en vinkel på 90° , som dekker et kvart omløp. Hvis A, O og B ligger på en rett linje,<br />
er ∠ AOB = 180°,<br />
og ∠ AOB kalles en like vinkel, og er altså et halvt omløp.<br />
Alternativt kan du definere størrelsen av ∠ AOB ved hjelp av begrepet lengde på følgende<br />
måte: Slå en sirkel med sentrum i O og radius r. Finn lengden b av den delen av sirkelbuen<br />
som ligger innenfor ∠ AOB . Forholdet b<br />
vil da være uavhengig av r, og bare avhengig av<br />
r<br />
vinkelen, og kan derfor tas som et mål for vinkelens størrelse. En vinkel som gir forholdet 1,<br />
kalles en radian. Siden lengden av en hel sirkel er 2π ganger radius, vil en hel omdreining<br />
tilsvare en vinkel på 2π , mens en rett vinkel er π og en like vinkel er π . Vinkler målt i<br />
2<br />
radianer kalles også absolutt vinkelmåling, fordi det ikke avhenger av det tilfeldige valget av<br />
360 som antall grader i en hel omdreining. Dette henger for øvrig historisk sammen med at<br />
babylonerne antok at et år var 360 dager. Til gjengjeld bygger absolutt vinkelmåling på<br />
begrepet buelengde, som er relativt avanserte i forhold til elementær geometri. I elementær<br />
geometri brukes mest grader, men i matematikken for øvrig er det mest vanlig å måle vinkler i<br />
radianer.<br />
Vi har en rekke definisjoner som involverer vinkler:<br />
En spiss vinkel er en vinkel som er mindre enn 90° . En stump vinkel er en som ligger<br />
mellom 90° og 180° . To vinkler som til sammen utgjør en like vinkel, kalles nabovinkler.<br />
To vinkler hvis bein er forlengelser av hverandre, kalles toppvinkler.<br />
Spiss vinkel Stump vinkel Rett vinkel Like vinkel Nabovinkler Toppvinkler<br />
I en trekant ABC kalles vinklene ∠BAC, ∠ ABC og ∠ BCA for indre vinkler, og noteres som<br />
regel bare ∠A, ∠ B og ∠ C . De indre vinklene i en trekant omtales ofte bare som vinklene i<br />
trekanten. Nabovinkelen til en vinkel i en trekant, kalles en ytre vinkel i trekanten. Når to<br />
linjer overskjæres av en tredje linje, oppstår 8 vinkler. Disse kan grupperes i fire sett av<br />
samsvarende vinkler. På figuren nedenfor er samsvarende vinkler markert med samme<br />
format på vinkelmerket.<br />
A<br />
C<br />
Indre<br />
vinkler Ytre vinkel<br />
B<br />
Samsvarende<br />
vinkler<br />
MA-132 Geometri 14<br />
Byrge Birkeland<br />
m<br />
l
Når vinkelen mellom to rette linjer l og m er 90° , sies l å være en normal til m, eller m er en<br />
normal til l. To vinkler som til sammen utgjør en rett vinkel sies å være komplementvinkler<br />
til hverandre. To vinkler som til sammen utgjør en like vinkel, sies å være supplementvinkler<br />
til hverandre<br />
Normaler<br />
90.0 °<br />
l<br />
m<br />
Normaler<br />
Komplementvinkler<br />
Supplementvinkler<br />
Man inndeler også trekanter i flere typer etter egenskaper ved vinklene i trekanten: En spiss<br />
eller spissvinklet trekant er en trekant der alle vinklene er mindre enn 90° . En stump eller<br />
stumpvinklet trekant er en trekant der en av vinklene er større enn 90° . Ett rettvinklet<br />
trekant er en trekant der en av vinklene er 90° . De hosliggende sidene til den rette vinkelen<br />
kalles kateter, mens den motstående sida kalles hypotenusen. En likesidet trekant er en<br />
trekant der alle sidene er like. Også alle vinklene blir da like, nemlig 60°, jfr. setning 1.5.4.<br />
En likebeint trekant er en trekant der to av sidene er like. To av vinklene blir da også like.<br />
Spissvinklet trekant Stumpvinklet<br />
trekant<br />
Rettvinklet<br />
trekant<br />
Likesidet<br />
trekant<br />
Likebeint<br />
trekant<br />
1.1.10 Sum og differens av vinkler. Vinkler med fortegn.<br />
Du kan definere summen av to vinkler med samme toppunkt:<br />
Hvis ∠ AOB og ∠ COD er to vinkler med samme toppunkt,<br />
flytter vi (jfr. avsnittet om isometrier nedenfor) den siste slik at<br />
vinkelbeinet OC faller sammen med OB. Punktet D vil da flyttes D<br />
til et punkt E, og vi kan forutsette at dette ligger ∠ EOD ikke<br />
dekker ∠ AOB Vi definerer da ∠ AOB+∠ COD =∠ AOE . Du<br />
C E<br />
kan også definere differansen mellom en vinkel og en mindre<br />
vinkel: Hvis ∠ AOB >∠ COD , flytter vi den siste vinkelen slik<br />
at linja OC dekker linja OA og slik at OD flyttes til en stråle OF<br />
som ligger innenfor ∠ AOB . Differansen ∠AOB−∠ COD er da O<br />
v<br />
v<br />
v<br />
u-v<br />
u<br />
B<br />
F<br />
definert som ∠ BOF . Se figuren nedenfor. For vinkler som ikke<br />
har felles toppunkt, må vi først flytte den ene vinkelen slik at de<br />
A<br />
to vinklene får felles toppunkt før vi kan bruke definisjonen fra det tilfellet at de har felles<br />
toppunkt.<br />
Når vi har definert differensen mellom to vinkler, melder spørsmålet seg om hvordan vi skal<br />
forstå et mulig negativt fortegn på en vinkel eller hva det vil si at en vinkel er 0. Svaret er at vi<br />
setter ∠ AOA = 0,<br />
mens vi regner en vinkel ∠ AOB for å være positiv hvis strålen OA må<br />
dreies i retning motsatt urviserne for å dekke OB, negativ hvis den må dreies i samme retning<br />
som urviserne. Vi har da at ∠ AOB =−∠ BOA . Etter den definisjonen vil to stråler OA og OB<br />
0,180° og en negativ i intervallet<br />
kunne definere to vinkler, en positiv i intervallet [ ]<br />
[ 0, − 180°<br />
] , eller egentlig en hel rekke vinkler som skiller seg fra hverandre ved et helt<br />
MA-132 Geometri 15<br />
Byrge Birkeland<br />
u+v
multiplum av 360° . I geometri underforstås det som regel at en vinkel ligger i intervallet<br />
[ 0,180° ] .<br />
1.1.11 Firkant<br />
En firkant er bestemt av fire punkter, hjørnene i firkanten. Vi skriver for eksempel firkanten<br />
ABCD eller ABCD . Vanligvis forutsettes det at hjørnene i firkanter nummereres i positiv<br />
omløpsretning, altså mot urvisernes omløpsretning. Sidene i firkanten ABCD er linjestykkene<br />
AB, BC, CD og DA. Vi forutsetter vanligvis at disse sidene ikke har andre felles punkter enn<br />
hjørnene. To sider kan altså ikke skjære hverandre. Linjestykkene AC og BD kalles<br />
diagonalene i firkanten. Hvis to av sidene i en firkant er parallelle, kalles firkanten for et<br />
trapes. Hvis to og to av sidene er parallelle, kalles firkanten for et parallellogram. Hvis alle<br />
sidene i et parallellogram er like, har vi en rombe. Hvis alle de indre vinklene i et<br />
parallellogram er rette, har vi et rektangel. Et rektangel der alle sidene er like, kalles et<br />
kvadrat.<br />
Firkant<br />
Diagonaler<br />
Trapes Parallelogram Rombe Rektangel Kvadrat<br />
1.1.12 Polygoner<br />
Figurer med tre hjørner er trekanter, med fire hjørner er det firkanter. Dette kan selvsagt<br />
fortsettes: Figurer med fem hjørner er femkanter, figurer med seks hjørner er sekskanter osv.<br />
Generelt er en figur som definert ved hjelp av n hjørner en n-kant eller et polygon (av gresk<br />
poly=mange, gon=hjørne) eller en mangekant med n hjørner. Spesielt ser vi på regulære nkanter.<br />
Det er en n-kant der alle sider er like lange og alle vinkler er like store:<br />
Regulære polygoner kan innskrives i en sirkel. Vi får en rekke med n kongruente likebeinte<br />
trekanter. Vinkelen ved sirkelens sentrum må være 360°<br />
n , og dermed blir de to andre vinklene<br />
( )<br />
360<br />
180°− = 90°−<br />
. De indre vinklene i n-kanten blir dermed 180°− n og de ytre<br />
1<br />
360° 180°<br />
°<br />
2 n n<br />
vinklene 360°<br />
n . Det siste kan du også innse ved å tolke de ytre vinklene som retningsendringer<br />
fra å kommer fra en side til den neste: Etter n retningsendringer må du ha endret retning<br />
360° .<br />
1.1.13 Geometriske steder, sirkler og ellipser<br />
Ved hjelp av begrepene avstand og lengde kan vi nå definere en rekke nye begreper, som<br />
bygger på begrepet åpent utsagn fra logikken. Et utsagn i logikken er en språklig eller<br />
matematisk formulert setning som enten er sann eller gal. Sannhetsverdien av et utsagn kan<br />
altså ikke være gjenstand for diskusjon: ”Det er fint vær i dag” er derfor ikke et utsagn i denne<br />
forstand, mens ”2>3” eller ”2
med et element fra M, kalles S(x) for et åpent utsagn om elementene i mengden M. Vi kan da<br />
danne oss delmengder av M ved å se mengden av de x fra mengden M som er slik at S(x) er et<br />
sant utsagn eller mengden av de x fra mengden x som er slik at S(x) er et usant utsagn. Disse<br />
| ( ) x| ¬ Sx ( ) .<br />
mengdene skrives hhv. { x Sx } og { }<br />
I geometri er som regel mengden M lik planet, og S(x) er en eller annen geometrisk egenskap,<br />
x| Sx ( ) kalles ofte det geometriske<br />
ofte uttrykt ved hjelp av avstandsbegrepet. Mengden { }<br />
sted for de punkter som har egenskapen S. Ved hjelp av avstandsbegrepet kan vi nå definere<br />
det mest kjente geometriske stedet i geometrien, en sirkel: En sirkel med sentrum i punktet C<br />
og med radius r er det geometriske stedet for de punktene som har avstanden r til C eller<br />
2<br />
○ Cr , = P∈ ℝ | dCP ( , ) = r . Sirkler tegnes som kjent med passer, der spissen settes i<br />
( ) { }<br />
punktet C og avstanden r utspennes av beina på passeren. Linjal og passer er de eneste to<br />
redskapene som er tillatt i klassisk euklidsk geometri. Det tilsvarer at punkter, rette linjer og<br />
sirkler er de fundamentale objektene.<br />
Vi tar med et annet kjent eksempel på geometrisk sted, en<br />
ellipse. En ellipse er det geometriske stedet for de punkter hvis<br />
avstander til to oppgitte punkter har en bestemt sum. Se figuren.<br />
Ellipser kan ikke konstrueres med passer og linjal<br />
1.2 Isometrier og kongruens<br />
2 2<br />
En isometri eller kongruensavbildning er en avbildning (funksjon) ϕ : ℝ → ℝ som<br />
( P Q ) ( PQ)<br />
bevarer avstander. Det betyr at ( ) ( )<br />
d ϕ , ϕ = d , for alle punkter P,Q i planet. Du<br />
kan tenke på en isometri på følgende måte: Tenk på planet som et papirark som er ubegrenset<br />
i alle retninger (eller på et endelig papirark som er stort nok til å inneholde de figurene du er<br />
interessert i). Å bruke en isometri tilsvarer å flytte arket uten å strekke eller på annen måte<br />
deformere det. Men du kan snu arket. En plan figur er rett og slett en delmengde av planet.<br />
Hvis ϕ er en isometri, og F1 og F2 er plane figurer slik at ϕ ( F1) = F2,<br />
sies F1 og F2 å være<br />
kongruente, og vi skriver F1 ≅ F2.<br />
Etter modellen ovenfor kan du tenke deg at F1 og F2<br />
ligger i hver sin kopi av planet. Så kan du flytte og eventuelt snu den ene kopien og legge den<br />
oppå den andre slik at figurene nøyaktig dekker hverandre. Sagt på en annen måte: Du kan<br />
klippe den ene figuren ut, og om nødvendig snu den, da vil den nøyaktig kunne dekke den<br />
andre figuren. Hvis du må snu den, kalles isometrien motsatt, ellers kalles den direkte. Hvis<br />
hjørnene i et polygon er regnet opp i<br />
C'<br />
rekkefølge mot urviserne, vil de tilsvarende<br />
hjørnene i et kongruent polygon bli regnet<br />
opp i samme rekkefølge hvis isometrien er<br />
C<br />
direkte, ellers vil de bli regnet opp i<br />
Direkte isometri<br />
B'<br />
rekkefølge med urviserne.<br />
A'<br />
Kongruens er et sentralt begrep i<br />
elementær geometri. Vi har følgende fire<br />
setninger om kongruenser, som vi her skal<br />
godta uten noen form for bevis, dvs. vi skal<br />
se på dem som aksiomer i teorien.<br />
A B<br />
MA-132 Geometri 17<br />
Byrge Birkeland<br />
r1<br />
Motstatt isometri<br />
P Q<br />
r1+r2=d, konstant<br />
B"<br />
A"<br />
r2<br />
C"
1. (SSS side-side-side) Hvis to trekanter har parvis like lange sider, er de kongruente.<br />
2. (SVS side-vinkel-side) Hvis to sider og vinkelen mellom dem er like i to trekanter, så er<br />
trekantene kongruente.<br />
3. (VSV vinkel-side-vinkel) Hvis to vinkler og den mellomliggende sida i to trekanter er<br />
like, så er trekantene kongruente.<br />
4. (SSV side–side–vinkel) Hvis to sider og den motstående vinkelen til den lengste av sidene<br />
er like, så er trekantene kongruente.<br />
A<br />
C<br />
SSS<br />
1.2.1 Isometrier og rette linjer.<br />
Setning 1.2.1. En isometri avbilder en rett linje på en rett linje og bevarer delingsforhold<br />
Bevis. La A og B være to punkter i planet og P et punkt på linjestykket AB mellom A og B. Da<br />
d AB , = d( AP , ) + d PB , . La ϕ være en isometri, og la A’, B’ og P’ være bildene av A,<br />
er ( ) ( )<br />
B og P ved denne isometrien. Da er<br />
d( A', P') + d( P', B' ) = d( ϕ( A) , ϕ( P) ) + d( ϕ( P) , ϕ(<br />
B)<br />
) =<br />
.<br />
d AP , + d PB , = d AB , = d A', B'<br />
( ) ( ) ( ) ( )<br />
Ifølge trekantulikheten må da P’ ligge på linjestykket A’B’ mellom A’ og B’. Tilfellene at A<br />
ligger mellom P og B eller B ligger mellom A og P behandles på tilsvarende måte.<br />
<br />
Vi har også at hvis AP= t⋅AB ϕ A = A', ϕ B = B', ϕ P = P',<br />
vil AP ' '= t⋅AB ' '.<br />
Det<br />
, og ( ) ( ) ( )<br />
følger ved et bevis som ligner på det ovenstående.<br />
1.2.2 Isometrier og parallellitet<br />
Setning 1.2.2. En isometri avbilder parallelle linjer på parallelle linjer<br />
Bevis: La l og m være parallelle linjer, og la l’ og m’ være bildene av l og m ved en isometri<br />
ϕ . Hvis l’ og m’ ikke er parallelle, finnes det et punkt C som er felles for l’ og m’. Men C må<br />
( ) ( )<br />
være bildet av et punkt A på l og B på m, og ( ) ϕ( ) ϕ(<br />
)<br />
A=B. Det strider mot at l og m er parallelle.<br />
1.2.3 Isometrier og trekanter<br />
B<br />
A<br />
C<br />
SVS<br />
d AB , = d A , B = d CC , = 0.<br />
Da må<br />
Setning 1.2.3. En isometri er entydig bestemt ved virkningen på en trekant.<br />
Bevis. La ABC være en trekant som avbildes på en trekant A’B’C’ ved<br />
en isometri ϕ . La P være et punkt. Da kan vi trekke en parallell med<br />
AC gjennom P som skjærer AB i B” og en parallell med AB gjennom P<br />
<br />
som skjærer AC i C”. Da er AP" = AB" + AC " . Da finnes det reelle tall<br />
<br />
x og y slik at AB" = x⋅AB og AC" = y⋅AC . Men da må<br />
B<br />
A<br />
B B"<br />
MA-132 Geometri 18<br />
Byrge Birkeland<br />
A<br />
C<br />
VSV<br />
B<br />
A<br />
C<br />
C<br />
SSV<br />
C"<br />
B<br />
P
AB ' '= x⋅ AB ' '+ y⋅AC ' ',<br />
siden isometrier bevarer parallellitet og delingsforhold.<br />
Jeg minner om begrepet bijeksjon. En bijeksjon er en funksjon A→ B som er slik at alle<br />
elementer i B er bildet av nøyaktig ett element i A. Et annet ord for en bijeksjoner er en 1-1korrespondanse,<br />
eller en avbildning som er både injektiv (1-1) og surjektiv (på).<br />
Setning 1.2.4. En isometri er en bijeksjon<br />
Bevis. Anta at isometrien ϕ er gitt ved at trekanten ABC avbildes på trekantene A’B’C’. Da<br />
kan vi definere den inverse til ϕ ved at trekanten A’B’C’ avbildes på ABC. Da må ϕ være en<br />
bijeksjon.<br />
1.3 Elementære konstruksjoner<br />
1.3.1 Midtnormalen til et linjestykke<br />
Konstruksjonen går slik: Linjestykket AB er gitt. Du velger en<br />
passende radius i passeren – litt mindre enn lengden AB – og slår<br />
sirkler eller sirkelbuer fra A og B med denne radien. Da er<br />
AD=BD og AC=CB. P.g.a. SSS-kongruenssetningen ovenfor er da<br />
∆ABD ≅∆ ABC . Da er ∠ ACD =∠ BCD og dermed<br />
∆ACE ≅∆ BCE etter kongruenssetningen SVS. Da må AE=BE, og<br />
∠ AEC =∠ BEC . Siden summen av disse vinklene er 180° . Må<br />
hver av dem være 90° . Vi har dermed både at AE=BE og at<br />
∠ AEC = 90°.<br />
Men da er DC midtnormalen på AB.<br />
Midtnormalen på AB er det geometriske sted for de punkter som<br />
har samme avstand fra A og B.<br />
1.3.2 Normalen til en linje i et punkt på linja<br />
Her har vi gitt en linje l og et punkt A på linja. Vi starter med å velge en passende radius i<br />
passeren, og slår en sirkel eller to sirkelbuer med denne<br />
radien, slik at vi får to punkter B og C slik at AB=AC. Så<br />
velger vi en annen større radius og slår sirkler eller sirkelbuer<br />
D<br />
med denne radien fra B og C. Disse har to skjæringspunkt, og<br />
vi kaller det ene av dem D. Da er BD=BC.<br />
m<br />
Kongruenssetningen SSS gir da at ∆BAD ≅∆ ACD . Siden<br />
∠ BAD =∠ CAD , og summen av dem er en like vinkel, må<br />
∠ BAD være en rett vinkel.<br />
B<br />
A<br />
C<br />
l<br />
1.3.3 Normalen til en linje fra et punkt utenfor linja<br />
Konstruksjonen går slik: Slå en sirkel med sentrum i P som<br />
har stor nok radius til å skjære linja l i to punkter A og B.<br />
Velg så en ny radius, og slå sirkler eller sirkelbuer fra A og<br />
B med denne radien. La skjæringspunktet på motsatt side<br />
av l i forhold til P være C. Da er PC normalen til l gjennom<br />
P. Dette kan begrunnes slik: Siden AP=BP og CA=CB,<br />
følger det av kongruenssetningen SSS at ∆ACP ≅∆ PCB<br />
og dermed ∠ APD =∠ CPB . La D være skjæringspunktet<br />
mellom PC og l. Kongruenssetningen SVS gir da at<br />
∆ADB ≅∆ BDP og derfor at ∠ ADP =∠ PDB , Siden disse<br />
vinklene også er supplementvinkler, må de begge være<br />
MA-132 Geometri 19<br />
Byrge Birkeland<br />
A<br />
A<br />
P<br />
D<br />
D<br />
C<br />
E<br />
C<br />
B<br />
B<br />
l
ette vinkler.<br />
Avstanden PD er for øvrig definert som avstanden fra punktet P til linja l. Avstanden<br />
mellom to parallelle linjer er definert som avstanden fra et punkt på den ene linja til den andre<br />
linje.<br />
1.3.4 Halveringslinja for en vinkel<br />
Konstruksjonen går slik: Slå en sirkel eller sirkelbue med sentrum<br />
i vinkelens toppunkt O og med passende radius. La skjæringspunktene<br />
med vinkelbeina være A og B. Velg en radius som er<br />
O<br />
større enn halve avstanden mellom A og B, og slå sirkler fra A og<br />
B med denne radien. La skjæringspunktet være C. Da er OC<br />
halveringslinja for vinkelen. Dette kan begrunnes slik: Siden<br />
OA=OB og AC = BC, følger av kongruenssetningen SSS at<br />
∆OAC ≅∆ OBC . Da må ∠ AOC =∠ BOC , og dette betyr at OC er halveringslinja for<br />
vinkelen AOB.<br />
Halveringslinja for en vinkel er det geometriske stedet for de punkter som har samme avstand<br />
fra vinkelbeina.<br />
1.3.5 Likesidet trekant<br />
Gitt et linjestykke AB. Du skal konstruere en likesidet<br />
trekant der dette linjestykket er en av sidene. Da bruker du<br />
lengden AB som radius og slår sirkler eller sirkelbuer med<br />
radius r og sentrum i A og deretter i B. Du får to skjæringspunkter<br />
C og C’, og altså to mulige løsninger. Vinklene i en<br />
likesidet trekant må være 60°, så du har altså samtidig en<br />
metode til å konstruere en vinkel på 60°.<br />
1.3.6 Alternativ konstruksjon for å oppreise<br />
normalen i et punkt på en linje<br />
Konstruksjonen går slik: Slå en sirkel eller en sirkelbue med<br />
sentrum i det gitte punktet A. La B være et av skjæringspunktene<br />
med linja m. Slå en sirkel eller sirkelbue med samme radius AB og<br />
sentrum i B. Skjæringspunktet med den første sirkelen er C. Slå en<br />
sirkel med sentrum i C og samme radius. Skjæringspunktet med<br />
den første sirkelen er D. Halver vinkelen CAD ved hjelp av<br />
metoden som er gitt ovenfor, jfr. figuren til høyre. Da blir ∆ ABC<br />
og ∆ ACD likesidet, og dermed blir ∠ ABC = 60°<br />
og<br />
∠ CAD = 60°,<br />
AE blir halveringslinje for ∠ DAC . Da må<br />
1<br />
∠ BAE = 60°+ ⋅ 60°= 90°,<br />
så AE blir en normal til linja m.<br />
2<br />
1.3.7 Andre vinkler<br />
Ved hjelp av vinkelhalveringskonstruksjonen og konstruksjonen av en seksti graders vinkel<br />
kan du i prinsippet konstruere enhver vinkel som kan skrives som en endelig sum på formen<br />
⎛ a1 a2<br />
a3an⎞ 60°⋅<br />
⎜a0 + + + + ⋯ +<br />
2 3<br />
n<br />
2 2 2 2<br />
⎟,<br />
der { a i}<br />
er en følge av ikke-negative hele tall. Nedenfor<br />
⎝ ⎠<br />
ser du eksempler.<br />
MA-132 Geometri 20<br />
Byrge Birkeland<br />
C<br />
D<br />
E<br />
B<br />
A<br />
A<br />
C<br />
m<br />
B<br />
A<br />
B<br />
C<br />
C'
15.0 °<br />
45.0 ° 75.0 °<br />
1.3.8 Likebeinte trekanter<br />
Du får som regel oppgitt den sida som ikke er lik noen av de andre, og deretter høyden, eller<br />
lengden av de to like sidene eller de to like vinklene eller toppvinkelen:<br />
Likebeint trekant med<br />
oppgitt side og høyde<br />
1.4 Oppgaver<br />
Likebeint trekant<br />
med oppgitte<br />
sider<br />
MA-132 Geometri 21<br />
Byrge Birkeland<br />
22.5 °<br />
67.5 °<br />
1.4.1<br />
Tegn et linjestykke AB, og oppreis midtnormalen på linjestykket.<br />
Likebeint trekant med oppgitt<br />
side og hosliggende vinkel<br />
1.4.2<br />
Tegn en rett linje og merk av et punkt utenfor linja. Konstruer normalen fra punktet på linja.<br />
1.4.3<br />
Tegn en rett linje, og merk av et punkt på linja. Konstruer normalen på linja i punktet. Halver<br />
den rette vinkelen, så du får en vinkel på 45°. Konstruer en vinkel på 22.5°.<br />
1.4.4<br />
Konstruer en vinkel på 60 grader. Konstruer så vinkler på 30 grader, 15 grader, 75 grader.<br />
1.4.5<br />
Konstruer en likebeint trekant der grunnlinja har lengde 3 cm, og de to like lange sidene er 5<br />
cm. Konstruer så en likebeint trekant der grunnlinja er lengde 3 cm, og høyden er 4 cm.
1.4.6<br />
Konstruer en likebeint trekant der grunnlinja er 4 cm, og vinkelen ved grunnlinja er 67.5° .<br />
Konstruer så en likebeint trekant der toppvinkelen er 30° og de like lange sidene er 4 cm.<br />
1.4.7<br />
Ta for deg kongruenssetning SSV. Finn på et eksempel som viser at ordene ”til den lengste<br />
sida” er nødvendige å ha med.<br />
1.5 Elementære teoremer<br />
Nedenfor gjengir vi en del elementære setninger i euklidsk geometri. Bevisene gjør ikke krav<br />
på å være strenge i aksiomatisk forstand, så de kalles begrunnelser snarere enn bevis.<br />
1.5.1 Toppvinkler<br />
Setning 1.5.1. Toppvinkler er like<br />
Bevis. På tegningen er ∠ u+∠ v = 180°<br />
og<br />
∠ v+∠ w=<br />
180°.<br />
Vi trekker fra, og får ∠u−∠ v = 0<br />
eller ∠ u =∠ v.<br />
1.5.2 Ytre vinkel i trekant<br />
Setning 1.5.2. En ytre vinkel i en trekant er større de to indre<br />
vinklene som ikke dens supplementvinkel.<br />
Bevis. Vi ser på trekanten ABC med den ytre<br />
vinkelen CBD. Vi finner midtpunktet E på BC,<br />
trekker linja AE, og avsetter AE=EF.<br />
∠ AEC =∠ BEF som toppvinkler og dermed<br />
∆AEC ≅∆ BEF etter kongruenssetningen SVS. Men<br />
da er ∠ ACE =∠ EBF . Siden<br />
∠ CBD =∠ CBF +∠ FBG , må<br />
∠ CBD >∠ CBF =∠ C.<br />
På tilsvarende måte vises at<br />
∠ CBD >∠ A.<br />
Denne setningen har som konsekvens setningen om<br />
samsvarende vinkler:<br />
1.5.3 Setningen om samsvarende vinkler<br />
Setning 1.5.3. La l og m være to linjer som overskjæres av en tredje linje n. Da er<br />
samsvarende vinkler like store hvis og bare hvis linjene l og m er parallelle.<br />
Bevis.<br />
B<br />
n<br />
A<br />
v<br />
u<br />
l<br />
m<br />
MA-132 Geometri 22<br />
Byrge Birkeland<br />
A<br />
B<br />
n<br />
v<br />
u<br />
A<br />
l<br />
m<br />
C<br />
D<br />
A<br />
w<br />
v<br />
x<br />
E<br />
C<br />
u<br />
C<br />
B<br />
B<br />
F<br />
G<br />
D
Hvis l og m skjærer hverandre i punktet C, er ∠ u =∠ BAC en ytre vinkel i trekanten ABC og<br />
derfor større enn ∠ v =∠ CBA ifølge forrige setning. Hvis ∠ u og ∠ v er like store, må derfor<br />
l og m være parallelle. Anta så at de er parallelle, men ∠u ≠∠ v.<br />
Vi kan da trekke en linje k<br />
gjennom B slik at vinkelen mellom k og n er u. Da har vi i så fall to ulike paralleller med u<br />
gjennom B. Det er umulig etter parallellaksiomet.<br />
Denne setningen kan brukes til å konstruere en parallell med<br />
en oppgitt linje gjennom et oppgitt punkt. Se figuren til høyre.<br />
Du starter med å trekke en linje m fra et vilkårlig punkt B på<br />
den oppgitte linja og slår sirkler eller sirkelbuer med samme<br />
radius og sentrum i B og P. Korden CD i sirkelen omkring B<br />
bruker vi så som radius i en sirkel med sentrum i<br />
skjæringspunktet F mellom m og sirkelen gjennom P. Da blir<br />
linja. Skjæringspunktet mellom disse to sirklene er E. Vi<br />
trekker så linja PE, som blir parallell med l.<br />
1.5.4 Summen av vinklene i en trekant<br />
Setning 1.5.4. Summen av vinklene i en trekant er 180°<br />
Bevis. Vi trekker en parallell BE med AC gjennom B,<br />
jfr. figuren. ∠ A= u og ∠ EBD er samsvarende vinkler<br />
når linja AD skjærer de to parallelle linjene AC og BE<br />
og dermed like. ∠ CBE er toppvinkel til en vinkel som<br />
er samsvarende med ∠ C = v når linja BC skjærer de<br />
to parallelle linjene AC og BE. Dermed er<br />
∠ CBE =∠ C = v.<br />
Da er<br />
∠ A+∠ B+∠ C =∠ ABC +∠ CBE+∠ EBD = 180°.<br />
Av dette beviset følger også:<br />
Setning 1.5.5. En ytre vinkel i en trekant er summen av de to andre vinklene.<br />
1.5.5 Vinklene i likebeinte trekanter<br />
Setning 1.5.6. Gitt et linjestykke AB. AB er grunnlinje (dvs. den sida som ikke er en av de to<br />
like lange sidene) i en likbeint trekant ABC hvis og bare hvis ∠ CAB =∠ CBA.<br />
Bevis. Anta at AB er grunnlinja i den likebeinte trekanten ABC, der<br />
AC=BC. La M være midtpunktet på AB Da er ∆AMC ≅∆ CMB ifølge<br />
kongruenssetningen SSS. Men da må ∠ MAC =∠ MBC . Omvendt, anta at<br />
∠ BAC =∠ ABC . Vi konstruerer normalen fra C på AB, og antar at<br />
skjæringspunktet er M. Da er ∠ AMC =∠ BMC = 90°.<br />
Etter kongruenssetningen<br />
VSV er da ∆AMC ≅∆ CMB , og da må AC=BC.<br />
1.5.6 Setningen om vinkler med parvis parallelle eller normale<br />
vinkelbein<br />
Setning 1.5.7. Hvis to vinkler har bein som er parvis<br />
parallelle eller står parvis normalt på hverandre, er de like.<br />
MA-132 Geometri 23<br />
Byrge Birkeland<br />
A<br />
u<br />
B<br />
C<br />
v<br />
P<br />
D<br />
C<br />
w<br />
A<br />
l<br />
v<br />
v<br />
B<br />
F<br />
E<br />
E<br />
u<br />
m<br />
C<br />
M<br />
D<br />
B
B<br />
u v<br />
C<br />
A<br />
B'<br />
C'<br />
u<br />
v<br />
A'<br />
A'<br />
B<br />
Bevis. De parallelle vinkelbeina peker enten i samme retning eller i motsatt retning. Setningen<br />
for parvis parallelle vinkelbein følger enkelt av setningen om samsvarende vinkler ved<br />
parallelle linjer i tilfellet da vinkelbeina har samme retning. I tilfelle de har motsatt retning må<br />
du i tillegg bruke at toppvinkler er like store. Se figuren ovenfor.<br />
I det tilfellet at vinkelbeina står parvis normalt på hverandre, kan vi<br />
først bruke setning for parvis parallelle vinkelbein til om<br />
nødvendig å flytte den ene vinkelen slik at de to vinklene har felles<br />
toppunkt. Etter det ser situasjonen ut som på figuren til høyre. Her<br />
er ∠ AOB+∠ BOC = 90°<br />
og ∠ BOC+∠ COD = 90°.<br />
Subtraksjon<br />
gir ∠AOB−∠ COD = 0 eller ∠ AOB=∠ COD .<br />
1.6 Similariteter og formlikhet<br />
2 2<br />
En similaritet eller formlikhetsavbildning er en avbildning ϕ : ℝ → ℝ slik at det finnes et<br />
tall k>0 slik at ( ) ( )<br />
( , ) ( , )<br />
d ϕ P ϕ Q = k⋅ d PQ , der d er avstandsfunksjonen.<br />
M.a.o. blir alle avstander multiplisert med et det samme positive tallet. To plane figurer sies å<br />
være formlike eller similære hvis den er bildet av den andre ved en similaritet. Den ene er da<br />
en forminsket eller forstørret utgave av den andre. Eller du kan oppfatte dem som samme<br />
figur i to ulike målestokker.Eller: Alle vinkler er like, og alle lengder er multiplisert med en<br />
konstant faktor.<br />
Prototypen på en similaritet er en homoteti (eller dilatasjon). En homoteti er bestemt et<br />
homotetisentrum O og en homotetifaktor k ≠ 0 slik at et punkt P avbildes på et punkt Q<br />
<br />
som ligger på strålen OP og slik at OQ= k⋅OP . Se figuren til høyre, der homotetisenteret er<br />
O. Den originale figuren er lengst til høyre, deretter har vi en kopi med homotetifaktor 0,5 og<br />
deretter en kopi med homotetifaktor -0,7.<br />
Similariteter har mange av de samme egenskapene som isometrier, og bevisene for disse<br />
egenskapene er også svært like. Vi tar ikke med alle bevisene.<br />
1.6.1 Setninger om similariteter<br />
Setning 1.6.1<br />
i. En similaritet avbilder en linje på en linje.<br />
ii. En similaritet avbilder parallelle linjer på parallelle linjer<br />
iii. En similaritet er entydig bestemt ved virkningen på en trekant<br />
iv. Enhver similaritet er en bijeksjon<br />
v. En similaritet bevarer vinkler<br />
Bevis for i.:La A og B være to punkter i planet og P et punkt på linjestykket AB mellom A og<br />
d AB , = d( AP , ) + d PB , . La ϕ være en similaritet med faktor k>0, og la A’, B’<br />
B. Da er ( ) ( )<br />
og P’ være bildene av A, B og P ved denne similariteten. Da er<br />
MA-132 Geometri 24<br />
Byrge Birkeland<br />
C'<br />
C<br />
B'<br />
A<br />
E<br />
D<br />
D<br />
v<br />
C<br />
O<br />
u<br />
B<br />
A
( ϕ ϕ ) ( ϕ( ) ϕ(<br />
) )<br />
( ) ( ) ( ) ( )<br />
⋅ ( , ) + ⋅ ( , ) = ⋅ ( , ) = ( ', ')<br />
d A', P' + d P', B' = d A , P + d P , B =<br />
.<br />
k d AP k d PB k d AB d A B<br />
Ifølge trekantulikheten må da P’ ligge på linjestykket A’B’ mellom A’ og B’. Tilfellene at A<br />
ligger mellom P og B eller B ligger mellom A og P behandles på tilsvarende måte.<br />
<br />
Vi har også at hvis AP= t⋅AB ϕ A = A', ϕ B = B', ϕ P = P',<br />
vil AP ' '= t⋅AB ' '.<br />
Det<br />
, og ( ) ( ) ( )<br />
følger ved et bevis som ligner på det ovenstående.<br />
1.6.2 Transversalsetningen<br />
Setning 1.5.2: Transversalsetningen. To linjer l og m skjærer over en vinkel A. Det ene<br />
vinkelbeinet skjærer l i B og m i B’, det andre vinkelbeinet skjærer l i C og m i C’ Da gjelder<br />
AB AC<br />
følgende: l || m ⇔ = .<br />
AB' AC '<br />
Bevis. Hvis l og m er parallelle, har ∆ BCB'<br />
og ∆ BCC ' samme grunnlinje BC og samme<br />
høyde, avstanden mellom l og m. De må da ha samme areal. Derfor må også ∆ AB'C og<br />
∆ ABC ' ha samme areal. ∆ ABC og ∆ AB'C har samme høyde, nemlig avstanden fra C til<br />
AB’. Forholdet mellom deres arealer må da være det samme som forholdet mellom deres<br />
AB<br />
grunnlinjer, altså . Pa samme måte har ∆ ABC og '<br />
AB '<br />
ABC ∆ samme høyde, og forholdet<br />
AC<br />
mellom deres arealer må være det samme som forholdet mellom deres grunnlinjer altså<br />
AC '<br />
.<br />
AB ( ABC) ( ABC)<br />
AC<br />
Men da må = = = .<br />
AB' AB'C ABC' AC '<br />
Anta omvendt at<br />
( AB'C) ( ABC ')<br />
( BB'C) ( BC'C) ( )<br />
( )<br />
AB AC<br />
= . Da har vi<br />
AB' AC '<br />
( )<br />
( )<br />
( )<br />
( )<br />
ABC AB AC ABC<br />
= = = . Da må<br />
AB'C AB' AC' ABC '<br />
= . Men ∆ ABC er felles for disse to trekantene, så vi må også ha at<br />
= . Men disse to trekantene har felles grunnlinje BC, så for å få samme areal<br />
må disse to trekantene også ha samme høyde. Det betyr at avstandene fra B’ og C’ til l er de<br />
samme. Linjene l og m må da være parallelle.<br />
Transversalsetningen er fundamental i studiet av formlikhet. Her er et par konsekvenser:<br />
Setning 1.6.3. To trekanter som har de samme vinkler, er formlike.<br />
B<br />
C<br />
A<br />
B'<br />
B<br />
C<br />
C'<br />
A'=A<br />
B=B'<br />
C<br />
A<br />
C'<br />
A'<br />
MA-132 Geometri 25<br />
Byrge Birkeland<br />
B'<br />
B<br />
A<br />
C'=C<br />
Bevis. Vi kan flytte ∆ ABC rundt på ∆ABC ' ' 'slik<br />
at A faller sammen med A’ eller B faller<br />
sammen med B’ eller C faller sammen med C’. I hvert av tilfellene blir BC || BC, ' ' hhv.<br />
AC || AC ' ',<br />
hhv. AB|| AB ' ' Transversalsetning gir i hvert tilfelle:<br />
A'
AB AC AB BC AC BC<br />
AB AC BC<br />
= , = og = . Vi har da = = , og det betyr<br />
AB ' ' AC ' ' AB ' ' BC ' ' AC ' ' BC ' ' AB ' ' AC ' ' BC ' '<br />
at △ ABC og △ ABC ' ' ' er formlike.<br />
Legg merke til at dette er spesielt for trekanter, det gjelder ikke for polygoner med mer enn tre<br />
hjørner. For eksempel har ethvert rektangel de samme vinklene som et kvadrat, men de er<br />
ikke formlike.<br />
1.6.3 Hvordan man deler et linjestykke i et gitt forhold<br />
La oss si at du har et linjestykke AB som skal deles<br />
i et bestemt forhold, for eksempel 5:3. Da trekker<br />
du først en stråle gjennom A eller B og avsette<br />
5+3=8 like deler langs dette stykket. Fra det siste<br />
A B<br />
punktet trekker du en linje til B. Så trekker du en<br />
parallell med denne gjennom det femte<br />
delingspunktet. Skjæringspunktet med AB blir da<br />
det søkte punktet. Dette følger nå av transversalsetningen.<br />
m<br />
1.7 Areal<br />
Når vi har definert en avstand, lengde og vinkel, kan vi definere arealet<br />
av et rektangel med sider b og h som bh ⋅ . Arealet av andre plane figurer<br />
begrenset av rette linjestykker kan så beregnes ved hjelp av denne<br />
definisjonen. Arealet av en polygon ABC… skrives ofte (ABC…)<br />
1.7.1 Arealet av en trekant<br />
Gitt en rettvinklet trekant ABC. Vi trekker en linje gjennom A<br />
parallell med BC, og en linje gjennom C parallell med AB.<br />
Linjene skjæres i D. Trekantene ABC og ACD blir kongruente<br />
etter setningen om samsvarende vinkler, og kongruenssetning<br />
VSV. De to trekantene har da samme areal, som må være<br />
halvdelen av arealet av rektanglet ABCD, altså 1<br />
2 bh ⋅ . Vi kan nå<br />
finne arealet av en vilkårlig trekant ved å dele den opp i to<br />
rettvinklede trekanter, se figuren nedenfor til høyre. I alle tilfelle<br />
blir arealet 1<br />
2 g⋅ h,<br />
der g er lengden av en av sidene, mens h er<br />
høyden fra det motstående hjørnet.<br />
1.7.2 Arealet av et parallellogram<br />
Arealet av et parallellogram er lengden av en av sidene ganger<br />
avstanden mellom denne og den siden som er parallell med denne.<br />
Det kan du se ved å nedfelle et par normaler og flytte en rettvinklet<br />
trekant slik at du kan sammenligne med arealet av et rektangel, jfr.<br />
figuren til høyre.<br />
1.7.3 Arealet av et trapes<br />
Arealet av et trapes finnes også ved å rekke to normaler, slik at vi får<br />
fram et rektangel med side a og h, der a er den lengste av de parallelle<br />
sidene, og h er avstanden mellom disse. Da har vi et areal som er så<br />
mye større enn arealet av trapeset som arealet av de to skraverte<br />
trekantene på trekanten til høyre. Disse har til sammen et areal på<br />
MA-132 Geometri 26<br />
Byrge Birkeland<br />
D<br />
b<br />
Areal: b h<br />
C<br />
h<br />
A b B<br />
A<br />
g<br />
h<br />
a<br />
b<br />
C<br />
h<br />
b<br />
D<br />
B<br />
h<br />
h
1<br />
2<br />
1 1<br />
( b−a) ⋅ h,<br />
så arealet av trapeset er ah ⋅ − ( a−b) ⋅ h= ( a+ b) ⋅ h.<br />
2 2<br />
1.7.4 Arealet av et polygon<br />
Ethvert polygon kan trianguleres, dvs. det kan deles opp i trekanter.<br />
Dermed kan man i prinsippet beregne ethvert areal som er begrenset<br />
av rette linjer.<br />
1.8 Pythagoras’ setning<br />
Setning 1.8.1: Pythagoras’ setning. I en rettvinklet trekant er kvadratet på hypotenusen lik<br />
summen av kvadratene på hypotenusen.<br />
Denne setningen er eldre enn Pythagoras, og har røtter tilbake<br />
til det gamle Egypt og Babylon, og det finnes utallige bevis<br />
for den. Det hører med til allmenndannelsen å kjenne til noen<br />
av bevisene.<br />
Det første beviset for setningen framgår av følgende figur:<br />
Ideen i beviset er at det samme arealet kan dekkes av fire ganger den aktuelle trekanten, samt<br />
enten kvadratene på de to katetene eller kvadratet på hypotenusen.<br />
Pythagoras’ setning er kanskje den mest kjente av alle setninger i elementær geometri, og er<br />
også kanskje den mest brukte setningen i elementære geometrioppgaver. En<br />
eksamensoppgave i elementær euklidsk geometri er nærmest utenkelig.<br />
1.8.1 Thabit ibn Qurras’ bevis<br />
Les om Thabit ibn Qurras her.<br />
Ideen er her at man dreier<br />
∆ABE 90° om E, og<br />
∆ BDG 90°<br />
om G i negativ<br />
retning, og ser at det samme<br />
arealet som i figuren til<br />
venstre dekkes av kvadratene<br />
på de to katetene, dekkes av<br />
kvadratet på hypotenusen i<br />
figuren til høyre.<br />
E<br />
A B C D A B C D<br />
MA-132 Geometri 27<br />
Byrge Birkeland<br />
F<br />
G<br />
E<br />
c<br />
a b<br />
F<br />
H<br />
G
1.8.2 Euklids bevis for Pythagoras’ setning<br />
La (AB…) bety arealet av polygonet (AB…). □ MLNC og<br />
∆ ANC har samme grunnlinje NC og samme høyde NL, og<br />
MLNC 2 ANC ACKH = 2 ⋅ KBC ;<br />
derfor er ( ) = ⋅ ( ) . Men ( ) ( )<br />
disse har også felles grunnlinje KC og samme høyde KH.<br />
Videre er ∆ ANC og ∆ KBC kongruente, fordi den ene<br />
framkommer av den andre ved rotasjon 90° om punktet C.<br />
MLNC = 2⋅ ANC = 2⋅<br />
KBC = ACKH .<br />
Det følger at ( ) ( ) ( ) ( )<br />
På tilsvarende måte vises at ( AGFB) = ( MBDL)<br />
. Til sammen<br />
gir dette ( ACKH) + ( GFBA) = ( BDNC)<br />
Det motsatte av Pythagoras’ setning gjelder også:<br />
1.8.3 Det omvendte av Pythagoras setning<br />
Setning 1.8.2: Dersom summen av kvadratene på to av sidene i en trekant er lik kvadratet på<br />
den tredje sida, så er vinkelen mellom de to første sidene rett.<br />
2 2 2<br />
Bevis. Anta at trekanten ABC er slik at AC + BC = AB . Vi<br />
konstruerer da en trekant DBC der ∠ BCD er rett, mens DC = AC , jfr.<br />
figuren. Ifølge Pythagoras’ setning har de to trekantene de samme<br />
sidelengdene og må derfor være kongruente ifølge kongruenssetningen<br />
SSS. Men da må ∆ ABC være rettvinklet og ∠ C = 90°.<br />
1.9 Oppgaver<br />
1.9.1 (Eksamen i grunnskolen 1993)<br />
I et parallellogram ABCD er avstanden mellom de parallelle sidene AB og CD 5,0 cm.<br />
Konstruer parallellogrammet når siden AB=9,0 cm og ∠ A = 45°.<br />
Konstruer normalen fra D på AB, og kall det punktet hvor normalen treffer AB, for E. Trekk<br />
diagonalen AC. Kall skjæringspunktet med DE for F. Forklar hvordan du konstruerte<br />
parallellogrammet ABCD. Konstruksjonen og forklaring skal føres på et ark uten ruter.<br />
a. Hvor stor er ∠ B ? Begrunn svaret.<br />
b. Hvor lang er AE? Forklar hvordan du kom fram til svaret.<br />
c. Regn ut AD.<br />
d. Vis at ∆AEF ∼ ∆CDF<br />
.<br />
e. Regn ut arealet av firkanten EBCF.<br />
1.9.2<br />
Tenk deg at du skal legge fliser på et areal som bare skal bestå av regulære mangekanter.<br />
Hvilke kan det bli tale om?<br />
1.9.3<br />
I en femkant er alle vinklene 108° . Må femkanten være regulær? I en trekant er alle vinklene<br />
60°. Er trekanten regulær? Kan du komme med et setning om hva som skal til for at en<br />
mangekant der alle vinklene er like, nødvendigvis er regulær?<br />
MA-132 Geometri 28<br />
Byrge Birkeland<br />
K<br />
H<br />
C<br />
A<br />
G<br />
B<br />
N<br />
M<br />
C<br />
L<br />
F<br />
B<br />
D<br />
A<br />
D
1.9.4<br />
En utvendig vinkel i en mangekant er den vinkelen som framkommer hvis en side forlenges<br />
forbi hjørnet. Forklar hvorfor summen av de utvendige vinklene i en mangekant er 360° .<br />
n −2 ⋅ 180°.<br />
Bruk det til å vise at vinkelsummen i en n-kant er ( )<br />
1.9.5<br />
I en trekant ABC er CE halveringslinja til den utvendige vinkelen til C. Denne halveringslinja<br />
deler motstående side i trekanten utvendig i samme forhold som forholdet mellom de<br />
hosliggende sidene. Det vil si at AE:EB=CA:CB. Bevis det.<br />
1.9.6<br />
Et parallellogram er gitt som på figuren. P er et<br />
punkt på diagonalen AC. EG og FH er parallelle<br />
med sidene i parallellogrammet og går gjennom P.<br />
a. Finn par av trekanter med like stort areal på<br />
figuren.<br />
b. Vis at arealene av de to parallellogrammene<br />
EBFP og HPGD er like store.<br />
1.9.7<br />
To kvadrater er hengslet sammen i det ene hjørnet. Det er<br />
trukket linjestykker mellom hjørner i de to kvadratene, slik<br />
figuren viser. Vis at arealene av de to trekantene som<br />
framkommer, er like store. Konstruer en regulær trekant,<br />
firkant, sekskant, åttekant og 12-kant.<br />
1.9.8<br />
Del ved konstruksjon linjestykket AB = 13 cm i 7 like store stykker.<br />
1.9.9<br />
a. Avsett et nytt linjestykke PS = 16 cm. Punkt Q ligger på PS slik at PQ : QS = 3 : 2, og<br />
punkt R ligger på QS slik at QR : QS = 2 : 3.<br />
b. Konstruer punktene Q og R på PS.<br />
c. Regn ut PR.<br />
1.9.10<br />
Gitt et linjestykke a: |---------------------------|<br />
a. Konstruer 2 a og 5 a .<br />
b. Konstruer en trekant ABC slik at AC = 8 a,<br />
BC = 3 a og ∠C = 90°.<br />
c. Finn AB uttrykt ved a. Kontrollmål!<br />
1.9.11<br />
Lenker til løsningsforslag:<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10<br />
MA-132 Geometri 29<br />
Byrge Birkeland<br />
A<br />
D G<br />
P<br />
C<br />
H<br />
F<br />
E<br />
B
1.10 Egenskaper ved sirkler<br />
En sirkel med sentrum i O og radius r er altså det geometriske sted for de punktene som har<br />
avstanden r fra punktet O. Selve sirkelen omtales også som sirkelperiferien. En bue er en<br />
sammenhengende del av sirkelperiferien.<br />
Korde<br />
Diameter Sekant<br />
Tangent<br />
En korde i en sirkel er et linjestykke med endepunkter på sirkelen. En diameter i en sirkel er<br />
en korde som går gjennom sirkelens sentrum. En radius i en sirkel er et linjestykke fra<br />
sentrum til et punkt på sirkelen. En sekant er en rett linje som skjærer sirkelen. En tangent til<br />
sirkelen er en rett linje som har ett punkt – berøringspunktet eller tangeringspunktet - felles<br />
med sirkelen. Du kan tenke på en tangent som grensestillingen for en sekant når de to<br />
skjæringspunktene nærmer seg hverandre. Vi gjengir en del setninger om sirkler uten bevis:<br />
Setning 1.10.1.<br />
i. Midtnormalen på en korde går gjennom sirkelens sentrum<br />
ii. En radius som står normalt på en korde, halverer korden.<br />
iii. To like buer svarer til like lange korder.<br />
iv. En tangent står normalt på radien til tangeringspunktet.<br />
1.10.1 Thales setning om periferivinkler<br />
La C være en sirkel med sentrum i O. En vinkel med toppunkt i O kalles en sentralvinkel i<br />
sirkelen C, mens en vinkel med toppunkt på C og bein som skjærer C, kalles en<br />
periferivinkel i C.<br />
Setning 1.10.2: Thales setning: Hvis en periferivinkel og en sentralvinkel skjærer av samme<br />
bue, er periferivinkelen halvdelen så stor som sentralvinkelen. Spesielt legger vi merke til at<br />
alle periferivinkler over samme bue er like store.<br />
Bevis. Jfr. figuren. Trekanten AOB er likebeint, og derfor er<br />
∠ OAB =∠ OBA.<br />
∠ AOC er ytre vinkel i ∆ AOB og derfor lik<br />
∠ OAB+∠ OBA= 2 ⋅∠ ABC . Sentralvinkelen ∠ AOC er derfor det<br />
dobbelte av periferivinkelen ∠ ABC .<br />
Et viktig spesialtilfelle er følgende:<br />
Korollar 1.10.3. En periferivinkel som spenner over en diameter i sirkelen, er<br />
rett.<br />
v<br />
v<br />
A<br />
u O<br />
MA-132 Geometri 30 Byrge Birkeland<br />
B<br />
P
1.10.2 Tangentene til en sirkel fra et punkt utenfor sirkelen.<br />
Korollaret etter Thales setning og setningen om at en tangent<br />
står normalt på en radius kan vi bruke til å konstruere<br />
tangenten til en sirkel C med sentrum i O fra et punkt P utenfor<br />
sirkelen, se figuren til høyre.<br />
Vi konstruerer først midtpunktet M på linjestykket O. Så slår vi<br />
en sirkel C2 med sentrum i M og radius OM=MP. De to<br />
sirklene har skjæringspunkter A og B. P.g.a. korollaret til<br />
Thales’ setning er vinklene ∠ OAP og ∠ OBP rette. Men OA<br />
og OB er radier i C, så da må AP og BP være tangenter.<br />
1.10.3 Trekant med gitt side og motstående vinkel<br />
Thales setning er en av de mest brukte<br />
setningene i elementære geometrioppgaver.<br />
La oss se på en annen anvendelse. Du skal<br />
konstruere en trekant, og får oppgitt en side<br />
AB i trekanten og dessuten den motstående<br />
vinkelens størrelse v. Spørsmålet er hvor det<br />
tredje hjørnet kan ligge. Svaret er at det må<br />
ligge på en sirkel der AB er en korde som<br />
spenner over en bue som tilsvarer en sentralvinkel<br />
på 2 ⋅ v . Denne kan forholdsvis lett<br />
konstrueres slik som på figuren til høyre.<br />
Tenk igjennom konstruksjonen!<br />
90-v<br />
v<br />
1.10.4 Sirkelens omkrets og areal.<br />
Arealet av sirkelsektorer og -segmenter.<br />
Å beregne sirkelens areal hører egentlig hjemme i en helt annen matematisk disiplin enn<br />
elementær geometri, nemlig matematisk analyse. Her skal vi derfor bare minne om at<br />
omkretsen av en sirkel er proporsjonal med diameteren: Omkrets = 2⋅π⋅<br />
r,<br />
og at<br />
proporsjonalitetsfaktoren er et irrasjonalt tall som kalles π (pi). De første sifrene i π er<br />
2<br />
3.1415926535897932…. Areal av en sirkel med radius r er π ⋅ r . Opp igjennom historien har<br />
man beregnet størrelsen på π stadig mer nøyaktig, og i våre dager er det ingen grenser hvor<br />
nøyaktig den kan beregnes.<br />
1.10.5 Et punkts potens med hensyn på. en sirkel<br />
Potensen til et punkt P med hensyn på en sirkel er definert slik: Trekk en sekant gjennom P,<br />
og finn avstandene d1 og d2 fra punktet P til hvert av skjæringspunktene med sirkelen. Da er<br />
potensen til punktet med hensyn på sirkelen definert som d1⋅ d2.<br />
For at dette skal ha mening,<br />
må vi vise at potensen er uavhengig av hvilken korde v i trekker.<br />
Setning 1.10.4. La P være et punkt som ikke ligger på en sirkel med radius r og sentrum i O,<br />
og la d være avstanden fra P til O. Hvis P ligger utenfor sirkelen, vil produktet av avstandene<br />
fra P til de to skjæringspunktene mellom sirkelen og en sekant gjennom P som skjærer<br />
sirkelen – punktets potens med hensyn på sirkelen -, være uavhengig av hvilken korde som<br />
2 2<br />
brukes. Hvis P ligger innenfor sirkelen, er potensen r − d . Hvis P ligger utenfor sirkelen, er<br />
2 2<br />
potensen d − r , og potensen er lik kvadratet av lengden av tangentstykket mellom P og<br />
sirkelen.<br />
MA-132 Geometri 31 Byrge Birkeland<br />
63.0 °<br />
C<br />
O<br />
B<br />
A<br />
M<br />
63.0 °<br />
C2<br />
P<br />
63.0 °
A<br />
D<br />
F<br />
O<br />
A O<br />
OP=d PO=d Q<br />
P<br />
r<br />
P<br />
D<br />
E<br />
C<br />
C B<br />
Bevis. Vi ser først på det tilfellet at P ligger innenfor sirkelen, jfr. figuren til venstre nedenfor<br />
Vi trekker to korder AB og CD gjennom P. Da er ∠ ACD og ∠ ABD periferivinkler over<br />
samme bue AD og dermed like, mens ∠ CAB og ∠ CDB er periferivinkler over samme bue<br />
AP DP<br />
CB og dermed like. Derfor er ∆CAP∼ ∆BCP<br />
, og dermed er = og derfor<br />
PC PB<br />
AP⋅ PB= PC⋅ PD . Det viser at potensen er uavhengig av hvilken korde som brukes. Spesielt<br />
kan vi se på en diameter, altså en korde gjennom sentrum O. Hvis der avstanden fra P til O er<br />
2 2<br />
r−d ⋅ r+ d = r − d<br />
potensen definert ved hjelp av denne korden ( ) ( )<br />
La oss så se på det tilfellet at punktet P ligger utenfor sirkelen. Vi finner at ∠ PBD=∠ PCA<br />
AP DP<br />
som periferivinkler over samme bue AD, og dermed at ∆PBD∼ ∆PAC<br />
. Da må = og<br />
PC PB<br />
dermed PA⋅ PB= PD⋅ PC . Spesielt kan vi se på sekanten gjennom sentrum i sirkelen. Da blir<br />
2 2<br />
potensen ( d −r) ⋅ ( d + r) = d − r . La oss så trekke en tangent til sirkelen fra P til<br />
tangeringspunktet T. Da blir ∆ POT rettvinklet, og Pythagoras’ setning gir<br />
2 2 2<br />
PT = d − r = d −r ⋅ d + r . Potensen er altså lik kvadratet av tangentstykket PT. .<br />
( ) ( )<br />
1.10.6 Mellomproporsjonalen<br />
Et gammelt problem er rektanglets kvadratur: Gitt et rektangel med sider a og b, finn et<br />
2<br />
kvadrat med samme areal, altså et kvadrat med side x slik at x<br />
spørsmålet kan besvares ved en av to mulige konstruksjoner:<br />
= a⋅ b eller x = a⋅ b.<br />
Dette<br />
x<br />
D<br />
AC=a CB=b A'C'=a C'B'=b<br />
A O C B A' O' C' B'<br />
I figuren til venstre avsetter vi de to lengdene a og b etter hverandre: AC=a og CB=b på en<br />
linje og finner midtpunktet på linjestykket AB. Vi trekker så en sirkel med denne som<br />
diameter .og oppreiser en normal i punktet C. Denne skjærer sirkelen i D. Nå er<br />
∠ ADB =∠ DCB = 90°<br />
og ∠ CAD =∠ CDB fordi vinkelbeina står parvis normalt på<br />
AC a CD x<br />
hverandre. Da er ∆ ACD og ∆ DCB formlike, og derfor er = = =<br />
CD x CB b<br />
MA-132 Geometri 32 Byrge Birkeland<br />
T<br />
D'<br />
x'<br />
B
På figuren til høyre avsetter vi først a=A’B’ og deretter i motsatt retning b=B’C’ .Så<br />
konstruerer vi en sirkel med A’B’ som diameter. Vi oppreiser en normal i C’; denne skjærer<br />
sirkelen i D’. Vi har da to formlike trekanter ∆ ABD ' ' ' og ∆ DBC ' ' ',<br />
og da er<br />
AB ' ' a BD ' ' x<br />
= = = . Konstruksjonen som løser problemet med rektanglets kvadratur ser<br />
BD ' ' x BC ' ' b<br />
da slik ut:<br />
12.01 cm²<br />
12.01 cm²<br />
1.10.7 Delingsforhold for halveringslinja for en vinkel i en trekant<br />
Setning 1.10.3. Halveringslinja for en vinkel i en trekant skjærer den motstående sida i<br />
samme forhold som de hosliggende sidene i trekanten<br />
Bevis. CD er halveringslinja for ∠ BCA . BE trekkes parallell med<br />
AC. Da er ∠ ACE =∠ CEB som samsvarende vinkler. Da er ∆ CEB<br />
likebeint, og EB=BC. Trekantene ∆ EBD og ∆ ADC er formlike, og<br />
BD EB BC<br />
= = .<br />
AD CA CA<br />
Denne setningen er ofte brukt i elementære geometrioppgaver.<br />
1.11 Trigonometriske funksjoner<br />
La ABC være en rettvinklet trekant, der B er den rette<br />
C'<br />
vinkelen. Hvis AB’C’ er annen rettvinklet trekant der B’C’ er<br />
parallell med BC og dermed ∆ABC ∼ ∆AB'C',<br />
følger det av<br />
C<br />
BC BC ' '<br />
transversalsetningen at = . Det betyr at når vinkelen<br />
AC AC '<br />
A er den ene vinkelen i en rettvinklet trekant, så er forholdet<br />
A B B'<br />
mellom den motstående kateten og hypotenusen uavhengig av trekantens størrelse, og derfor<br />
bare avhengig av vinkelen. Dette forholdet defineres som sinus til vinkelen, og sin A er et<br />
eksempel på en trigonometrisk funksjon. Det finnes flere av dem, nemlig cosinus, tangens,<br />
og mer sjeldent brukt, cotangens, secans og cosecans. De er definert slik:<br />
BC motstående katet AB hosliggende katet<br />
sin A = = , cos A = = ,<br />
AC hypotenus<br />
AC hypotenus<br />
BC motstående katet<br />
1<br />
1<br />
1<br />
tan A = = , cot A = , sec A = , cosec A =<br />
AB hosliggende katet tan A cos A sin A<br />
MA-132 Geometri 33 Byrge Birkeland<br />
A<br />
u<br />
D<br />
E<br />
C<br />
u<br />
B
Disse definisjonene av de trigonometriske funksjonene gir<br />
bare mening når vinkel ligger mellom 0 og 90° . For andre<br />
vinkler defineres funksjonene slik: Tegn en sirkel med<br />
radius 1. For en gitt vinkel v, la den positive x-aksen være<br />
det ene vinkelbeinet. Roter den positive x-aksen vinkelen v<br />
for å få det andre vinkelbeinet. La skjæringspunktet P med<br />
enhetssirkelen ha koordinater x og y. Da er de<br />
trigonometriske funksjonene definert slik<br />
y x<br />
sin v = y, cos v = x, tan v = , cot v = ,<br />
x y<br />
1 1<br />
sec v = , cosec v =<br />
x y<br />
De trigonometriske funksjonene er et viktig verktøy for å finne vinkler i geometrioppgaver.<br />
Grunnen er at verdiene av dem er beregnet i detalj, og er tatt med på de fleste kalkulatorer.<br />
Kalkulatorene inneholder også de inverse til de trigonometriske funksjonene. Det vil si: Gitt<br />
for eksempel at sinv = 0.5,<br />
hvor stor er v? De inverse trigonometriske funksjonene skrives<br />
tradisjonelt Arcsin, Arccos, Arctan osv. i matematikken, men på kalkulatorer skrives de som<br />
−1 −1 − 1<br />
regel som sin ,cos ,tan osv. Nå fins det mange vinkler som har samme verdi av sinus,<br />
eller cosinus eller tangens. For eksempel er sin30°= sin150°<br />
og<br />
cos30°= cos330°= cos( − 30 ° ) . Det har derfor vært nødvendig å velge hvilke intervaller de<br />
inverse trigonometriske funksjonene skal ligge i. Resultatet er Arcsinv∈− [ 90 ° ,90°<br />
] ,<br />
Arccosv∈ [ 0,180 ° ° ] , Arctanv∈ − 90 ° ,90°<br />
.<br />
Studiet av de trigonometriske funksjonene er et ganske omfattende emne, og vi skal ikke gå<br />
inn i alle detaljer. Det er pensum i 2. klasse i videregående skole, og de vanligste formlene<br />
står i matematiske tabeller for videregående skole. I vår sammenheng er det stort sett nok å<br />
kunne definisjonene, forstå de to trigonometriske setningene sinussetningen og<br />
cosinussetningen, og å kunne bruke de trigonometriske funksjonene på kalkulatoren.<br />
1.11.1 Areal av sirkelsektor og sirkelsegment<br />
En sirkelsektor er begrenset av to radier i sirkelen og<br />
buen som begrenses av dem. Et sirkelsegment er<br />
Sirkelsektor Sirkelsegment<br />
begrenset av en korde og den buen som begrenses av<br />
korden. Arealet av en sirkelsektor kan beregnes når du<br />
kjenner vinkelen som buen utspennes. Arealet vil da<br />
forholdet seg til arealet av hele sirkelen som denne<br />
v 2<br />
vinkelen forholder seg til 360° : A= ⋅πr<br />
.<br />
360°<br />
v u<br />
Arealet av et sirkelsegment kan da beregnes som differensen mellom arealet av en sirkelsektor<br />
u 2 1 ⎛u⎞ ⎛u⎞ ⎛ u 1 ⎞ 2<br />
og en trekant: A= ⋅πr −2⋅ r⋅cos⎜ ⎟⋅r⋅ sin⎜ ⎟ = ⎜ ⋅π − sin u⎟r . Her har vi<br />
360° 2 ⎝2⎠ ⎝2⎠ ⎝360° 2 ⎠<br />
brukt formelen sin2v = 2sinvcosv, som er en av de elementære trigonometriske formlene<br />
som du kan finne i matematiske formelsamlinger.<br />
MA-132 Geometri 34 Byrge Birkeland<br />
P<br />
y<br />
1<br />
x<br />
y<br />
v<br />
x
1.12 Noen egenskaper ved trekanter<br />
1.12.1 Omsirkelen til en trekant<br />
Setning 1.12.1. Midtnormalene på sidene i en trekant<br />
skjærer hverandre i ett punkt, trekantens omsenter.<br />
Bevis.. Sentrum i en sirkel som skal gå gjennom A og B, må ligge<br />
like langt fra A og B og derfor på midtnormalen på AB. Det må<br />
også like langt fra B og C og derfor på midtnormalen på BC.<br />
Skjæringspunktet mellom disse normalene ligger da like langt fra<br />
A, B og C og derfor spesielt like langt fra A og C, dvs. på<br />
midtnormalen på AC.<br />
1.12.2 Sinussetningen<br />
Setning 1.12.2: Sinussetningen. I en vilkårlig trekant ABC er lengdene av sidene a=BC,<br />
a b c<br />
b=AC, c=AB og radius i den omskrevne sirkelen R. Da er = = = 2R<br />
sin A sinB sin C<br />
Bevis. Vi trekker en diameter gjennom B og O som skjærer<br />
c<br />
omsirkelen i D. Da er ∆ DAB rettvinklet, så sin ∠ ADB = .<br />
2R<br />
Men ∠ ADB og ∠ C er periferivinkler over samme bue AB og<br />
c c<br />
derfor like. Det betyr at sin C = eller = 2R<br />
. Vi kan<br />
2R<br />
sin C<br />
gjøre akkurat det samme med hjørnene A og B, slik at<br />
a b c<br />
= = = 2 R.<br />
.<br />
sinA sinB sin C<br />
1.12.3 Cosinussetningen eller den utvidede Pythagoras’ setning<br />
Setning 1.11.3: Cosinussetningen. La ABC være en trekant med sider a, b og c motstående<br />
2 2 2<br />
til vinklene A, B og C. Da gjelder c = a + b −2⋅a⋅b⋅ cosC<br />
Bevis. På figuren ser vi at<br />
BD = BC + CD = a+ b⋅ cos( 180°− v) = a−b⋅ cos v og<br />
c<br />
AD = b⋅ sin( 180°− v) = b⋅ sinv.<br />
v b<br />
Pythagoras’ setning gir da:<br />
B a<br />
C<br />
2<br />
c = a−b⋅ cosv 2 2 2 2 2 2 2<br />
+ b ⋅ sin v = a −2a⋅b⋅ cosv+ b cos v+ b sin v =<br />
( ) 2<br />
2 2<br />
a + b − ⋅a⋅b⋅ v<br />
2 cos . Altså er:<br />
2 2 2<br />
c a b 2 a b cosv<br />
= + − ⋅ ⋅ ⋅ .<br />
1.12.4 Herons formel for arealet av en trekant<br />
1<br />
Hvis ABC er en trekant med sider a, b og c, og s = 2 ( a+ b+ c)<br />
er halve<br />
omkretsen, er arealet er gitt ved formelen A= s( s−a)( ⋅ s−b)( ⋅ s− c)<br />
.<br />
Dette er bevist i en oppgave nedenfor.<br />
MA-132 Geometri 35 Byrge Birkeland<br />
A<br />
A<br />
b<br />
D<br />
c<br />
b<br />
c<br />
O<br />
C<br />
a<br />
B<br />
C<br />
a<br />
A<br />
D<br />
B
1.12.5 Innsirkelen til en trekant<br />
Setning 1.12.4. Halveringslinjene for vinklene i en trekant går gjennom ett punkt,<br />
innsenteret, og dette punktet er sentrum i trekantenes innskrevne sirkel eller innsirkel.<br />
Bevis. Halveringslinja for vinkel A består av alle punkter<br />
som har samme avstand til linjene AB og AC.<br />
Halveringslinja for vinkelen B består av alle punkter som<br />
har samme avstand til linjene BA og BC. Skjæringspunktet<br />
har da samme avstand til AB, AC og BC. Spesielt har det<br />
samme avstand til CA og CB, og ligger derfor på<br />
halveringslinja for vinkel C.<br />
Legg merke til at radius i innsirkelen må konstrueres<br />
særskilt. Du må nedfelle normalen fra innsenteret på en av<br />
sidene.<br />
Du kan finne radien i innsirkelen ved å sette opp to uttrykk for arealet av trekanten. Det ene<br />
kan være beregnet ved hjelp av formelen 1<br />
2 g⋅ h eller på annen måte, avhengig av hvilke<br />
opplysninger som er gitt. Det andre uttrykket er summen av arealene av trekanter, alle med<br />
1<br />
2A<br />
radien i innsirkelen som høyde: A= 2 ( a+ b+ c) r.<br />
Vi får da r = .<br />
a+ b+ c<br />
1.12.6 Høydene i en trekant<br />
Setning 1.11.5. Høydene i en trekant skjærer hverandre i ett<br />
punkt.<br />
Bevis. Se figuren til høyre. Vi trekker en linje gjennom C<br />
parallelt med AB, en linje gjennom B parallelt med AC og en<br />
linje gjennom A parallelt med BC. Da får vi fire kongruente<br />
trekanter og en trekant A’B’C’ dere disse parallellene er sidene.<br />
Omsirkelen til ∆ ABC ' ' ' har som sentrum skjæringspunktet<br />
mellom høydene i ∆ ABC .<br />
Høydenes skjæringspunkt kalles trekantens ortosenter.<br />
C'<br />
1.12.7 Medianene i en trekant<br />
En median i en trekant er et linjestykke som forbinder et hjørne med midtpunktet på den<br />
motstående sida.<br />
Setning 1.12.6. Medianene i en trekant skjærer hverandre i ett punkt,<br />
og deler hverandre i forholdet 2:1.<br />
Bevis. La R, S og T være midtpunktene på hhv. AB, BC og CA.<br />
Skjæringspunktet mellom CR og TB er G. Trekantene ABC og ART<br />
må være formlike p.g.a. transversalsetningen. Da må RT:BC=1:2.<br />
Videre må trekantene RGT og CGB være formlike, så<br />
RT:BC=RG:GC=1:2. Da er RG=RC/3.<br />
La så H være skjæringspunktet mellom CR og AS, jfr. den øverste<br />
trekanten på figuren. Vi finner på nøyaktig samme måte som<br />
ovenfor at RH=RC/3. H og G må da være det samme punktet.<br />
Medianenes skjæringspunkt kalles også for trekantens<br />
tyngdepunkt eller gravitasjonssenter. Hvis trekanten er laget av<br />
MA-132 Geometri 36 Byrge Birkeland<br />
A'<br />
C<br />
B<br />
B'<br />
O<br />
A<br />
B'<br />
C<br />
C<br />
C'<br />
C<br />
B<br />
A<br />
T<br />
H<br />
S<br />
A R B<br />
T<br />
G<br />
S<br />
A R B<br />
A'
et homogent materiale, vil den balansere hvis den understøttes i tyngdepunktet.<br />
1.13 Egenskaper ved firkanter<br />
1.13.1 Varignons setning<br />
Setning 1.12.1. Midtpunktene på sidene i en firkant danner hjørnene i et parallellogram.<br />
Bevis. La firkanten være ABCD og midtpunktene være PQRS, jfr.<br />
figuren. Av transversalsetningen følger at SP||BD||RQ, og<br />
PQ||AC||SR.<br />
1.13.2 Sykliske firkanter<br />
En firkant som kan innskrives i en sirkel, kalles en syklisk firkant.<br />
Setning 1.12.2. En firkant er syklisk hvis og bare hvis summen av motstående vinkler i<br />
firkanten er 180° .<br />
Bevis. Anta at firkanten ABCD er syklisk, og at den deler sirkelen i<br />
buene x=DA, y=AB, u=BC og v=CD. Thales’ setning<br />
1<br />
1<br />
A u v ∠ C = x+ y og dermed<br />
∠ = 2 ( + ) og 2 ( )<br />
A C 1 ( u v x y ) 360°<br />
∠ +∠ = + + + = = °. Da må også<br />
∠ B+∠ D = 180°.<br />
2 2 180<br />
1.13.3 Det gylne snitt<br />
Du kan lese en artikkel om det gylne snitt i det norske Wikipedia her<br />
http://no.wikipedia.org/wiki/Det_gylne_snitt<br />
h b<br />
Når et rektangel med sider h og b har en slik form at = , sies rektanglet å være et<br />
b h− b<br />
gyllent rektangel. Da er det altså slik at bredden er mellomproporsjonalen mellom høyden og<br />
differensen mellom høyden og bredden. Denne formen på et rektangel har tradisjonelt av<br />
mange vært ansett som den optimale formen på et lerret som brukes til et maleri. Du vil finne<br />
formen igjen på mange klassiske malerier. Den dukket også opp i romanen ”Da Vinci-koden”.<br />
b h−b b h<br />
Vi snur brøkene på hodet = eller = − 1,<br />
setter<br />
h b h b<br />
h<br />
b = x og får 1<br />
= x − 1 og<br />
x<br />
2<br />
1<br />
x −x− 1= 0.<br />
Dette er en annengradsligning med løsningen x = 2 ( 1± 5)<br />
. Vi må ha et<br />
1<br />
positivt tall som løsning, så 2 ( )<br />
2⋅( 5 −1)<br />
( 5 + 1) ⋅( 5 −1)<br />
x = 1+ 5 ≈ 1.618 , og vi finner<br />
( )<br />
1 1<br />
= = 5 −1 ≈ 0.618 . Den siste verdien går under navnet ψ - psi.<br />
x<br />
2<br />
MA-132 Geometri 37 Byrge Birkeland<br />
A<br />
x<br />
A<br />
S<br />
P<br />
D<br />
B<br />
y<br />
D<br />
Q<br />
v<br />
R<br />
B<br />
C<br />
C<br />
u
La oss nå se på konstruksjonen av det gylne snitt: Vi starter med å konstruere et rettvinklet<br />
trekant ABC, der AB er det gitte sida s og AC er halvdelen av<br />
denne. Etter Pythagoras’ setning er da<br />
D<br />
BC = s<br />
2 2<br />
+ s = 1 2 2<br />
s + 4s = 1s<br />
1<br />
5.<br />
Siden AC = s,<br />
må<br />
C<br />
1<br />
BE BF s<br />
( ) ( )<br />
2 4 2<br />
( )<br />
= = 2 5−1 ≈ 0.618.<br />
Det betyr at ABFD er et gyllent<br />
rektangel.<br />
1.13.4 Regulær tikant og femkant<br />
Konstruksjonen av en regulær tikant henger sammen med det gylne snitt. Vi ser på en regulær<br />
tikant med side s og tar ut en trekant ABC, der A og B er hjørner i tikanten og C er sentrum i<br />
den omskrevne sirkelen, som har radius r. ABC er da en likebeint trekant med toppvinkel<br />
360<br />
1<br />
36<br />
180°− 36° = 72°.<br />
Vi konstruerer så en ny<br />
10<br />
° = °. Vinklene ved grunnlinja blir da ( )<br />
2<br />
likebeint trekant ABD der AB=AD. Da blir ∠ CAD = 72°− 36°= 36°,<br />
slik at også ∆ CAD er<br />
AB s BD r −s<br />
likebeint og AB = AD = CD = s.<br />
Da blir ∆BDA∼ ∆ABC<br />
, og vi får = = = .<br />
AC r AB s<br />
rs er forhold som det gylne snitt. Konstruksjonen av en regulær tikant<br />
Det betyr at paret ( , )<br />
og dermed også femkant går derfor som på figuren til høyre nedenfor.<br />
C<br />
3.6<br />
A<br />
C<br />
B<br />
r<br />
36.0 °<br />
36.0 °<br />
s<br />
D<br />
72.0 °<br />
72.0 °<br />
A B<br />
36.0 ° s<br />
s<br />
1.13.5 Papirformat<br />
Vanlige A4-ark er ikke et gyllent rektangel. Prinsippet for A-formatene er slik: I utgangspunktet<br />
er et A0-ark på 1 m 2 . For å komme fra et papirformat til det neste skal arket bare deles<br />
på midten. Det betyr at kortsida x må være mellomproporsjonalen mellom langsida a og halve<br />
a langsida 2 . Da må<br />
A0-ark må da være gitt ved at<br />
blir da<br />
4 4<br />
( 2 )<br />
2 a 1 2<br />
a a<br />
x = a⋅ 2 = 2a<br />
og x= = 2 2 eller a= 2⋅<br />
x.<br />
Den lengste sida s i et<br />
s m<br />
2<br />
s 2<br />
4 ⋅ = 1 og 2 1.189<br />
2<br />
MA-132 Geometri 38 Byrge Birkeland<br />
2<br />
s = m≅ m.<br />
Den lengste sida i et A4-ark<br />
4 2 2<br />
2<br />
m= m≈ 297 mm , mens kortsida blir ≈ 210mm<br />
.<br />
4<br />
4<br />
4 2<br />
Ta for deg et A4-ark og kontroller at dette stemmer.<br />
A<br />
E<br />
F<br />
B
1.13.6 Firkant og trekant med samme areal<br />
Gitt en firkant ABCD. Du får i oppgave å konstruere en trekant med<br />
samme areal. Løsningen ser du på figuren til høyre. Vi konstruerer en<br />
parallell med diagonalen DB gjennom C. Enhver trekant med<br />
grunnlinje DB og det tredje hjørnet på denne parallellen må da ha<br />
samme areal som trekanten DBC. Spesielt kan vi se på trekanten DBE,<br />
der E er skjæringspunktet mellom parallellen og AD. ∆ ADB er felles<br />
for ABCD og ABDE , og vi må ha<br />
( ABE) = ( ABD) + ( DBE) = ( ABD) + ( DBC) = ( ABCD)<br />
1.14 Oppgaver<br />
1.14.1<br />
Konstruer tangenten til en sirkel fra et punkt utenfor sirkelen.<br />
1.14.2<br />
A og B er to punkter i planet. Konstruer det geometriske stedet for toppunktet til en vinkel på<br />
45° og hvis bein går gjennom A og B.<br />
1.14.3 .<br />
A og B er to punkter i planet med avstand 6 cm. Du skal konstruere en trekant ABC der<br />
∠ C = 30°.<br />
a. Arealet av ∆ ABC skal være 21 cm 2 . Konstruer trekanten.<br />
b. Arealet av ∆ ABC skal være maksimalt. Konstruer ∆ ABC .<br />
1.14.4<br />
Av alle trekanter ABC der størrelsen av ∠ A og BC er gitt, vil den likebeinte trekanten med A<br />
som toppunkt være den som har størst areal. Hvorfor?<br />
1.14.5<br />
De to linjestykkene a og b er lik 4 og 7 cm. Konstruer mellomproporsjonalen mellom a og b<br />
1.14.6<br />
Et rektangel har sider 5 og 9 cm. Konstruer et kvadrat med like stort areal<br />
1.14.7<br />
Du har gitt to kvadrater, Konstruer et nytt kvadrat med areal lik summen av de to.<br />
1.14.8<br />
Gitt en vinkel, der beina skjærer en sirkel og skjærer over buer på henholdsvis x og y (grader).<br />
Uttrykk størrelsen av vinkelen v, i de to tilfellene at vinkelens toppunkt er utenfor eller inni<br />
sirkelen. Se figuren i neste oppgave.<br />
1.14.9<br />
En korde-tangent-vinkel har størrelse v. Vis at den skjærer av en bue på 2v.<br />
MA-132 Geometri 39 Byrge Birkeland<br />
D<br />
E<br />
C<br />
A B
x<br />
y<br />
v<br />
x<br />
v<br />
1.14.10 (Eksamen i grunnskolen 1991)<br />
a. Slå en sirkel med radius 4,0 cm, og kall sentrum i sirkelen S. Sett av to punkter A og B på<br />
sirkelperiferien slik at AB blir 120° .<br />
b. Konstruer en tangent til sirkelen i punkt A og en tangent i punkt B.<br />
Forleng tangentene til de skjærer hverandre. Kall skjæringspunktet for T.<br />
c. Regn ut AT<br />
Forleng linjestykket TS slik at det skjærer sirkelen. Kall dette skjæringspunktet for R.<br />
d. Tangenten i R skjærer forlengelsen av TA i punktet D og TB i punktet C. Vis at trekanten<br />
TSB er formlik med trekant TDR.<br />
e. Regn ut CD.<br />
1.14.11 Tangentkonstruksjoner<br />
a. Slå en sirkel med radius 3,5 cm om et punkt O. Avsett AO=7,0 cm, og konstruer tangenten<br />
til sirkelen gjennom A<br />
b. Trekk ei linje m gjennom A og O. Punktet B ligger på m utenfor sirkelen slik at AB>AO og<br />
1<br />
slik at linja m og tangenten gjennom B danner en vinkel på 67 2 ° . Konstruer denne<br />
tangenten.<br />
c. Tangenten gjennom A og tangenten gjennom B skjærer hverandre i punkt C slik at vinkel<br />
C er spiss. Regn ut ∠ ACB .<br />
1.14.12<br />
Sidene i en firkant ABC har lengder a, b og c., der a er motstående til A osv. Radius i den<br />
omskrevne sirkelen er R. Vis at følgende er uttrykk for arealet T av trekantene ABC:<br />
a.<br />
d.<br />
T = absin C<br />
1<br />
2<br />
abc<br />
T =<br />
4R<br />
1.14.13<br />
I en trekant ABC er følgende oppgitt. Du skal regne ut alle de tre sidene og de tre vinklene.<br />
a. A=4,7 cm, c=6,9 cm og ∠ C = 56°.<br />
b. c=7,2 cm, ∠ A = 51°<br />
og ∠ C = 72°<br />
c. ∠ B = 48°,<br />
a=8,0 cm og c= 5,3 cm.<br />
MA-132 Geometri 40 Byrge Birkeland<br />
y<br />
v
1.14.14<br />
Gitt trekanten<br />
A<br />
b<br />
c<br />
C<br />
a<br />
B<br />
a. Vis at a= b⋅ cosC+ c⋅ cos B<br />
b. Bruk så sinusproporsjonen til å vise at sinA= sinB⋅ cosC+ sinC⋅ cos B<br />
1.14.15<br />
Gitt en trekant ABC.<br />
a. Konstruer en sirkel S1 som går gjennom A og som tangerer linja BC i B<br />
b. Konstruer en sirkel S2 som går gjennom A og tangerer BC i C.<br />
c. Vis følgende: Dersom S1 har radien s og S2 har radien t, så er st=R2, der R er omradius til<br />
ABC.<br />
1.14.16<br />
I en trekant ligger omsenteret på en av sidene i trekanten. Hva kan vi si om denne trekanten?<br />
1.14.17<br />
Forklar at omsenteret og ortosenteret til en stumpvinklet trekant ligger utenfor trekanten.<br />
1.14.18<br />
Gitt en trekant ABC. Konstruer en ny trekant DEF med sider lik medianene i ABC. Undersøk<br />
forholdet mellom arealene av de to trekantene.<br />
1.14.19<br />
Er en trekant med to like lange medianer en likebeint trekant? Begrunn svaret.<br />
1.14.20<br />
Er en trekant med to like lange høyder en likebeint trekant? Begrunn svaret.<br />
1.14.21<br />
Vis at omradien i en trekant kan beregnes som R = abc<br />
4A<br />
, der a, b og c er sidene i trekanten og<br />
A er arealet av trekanten. Vink: Bruk sinussetningen.<br />
1.14.22<br />
En rettvinklet trekant har sider 3, 4 og 5. Regn ut innradien og omradien<br />
1.14.23<br />
Vis Herons formel for arealet av en trekant. Du kan gå fram slik:<br />
1<br />
a. Arealet er T = bc⋅ sin A<br />
2<br />
b. Cosinussetningen gir et uttrykk for cos A.<br />
c. Av a. og b. får du uttrykk for sin A og cos A. Disse settes inn i relasjonen<br />
2 2<br />
sin A+ cos A=<br />
1.<br />
MA-132 Geometri 41 Byrge Birkeland
d. Vis av dette at ( ) 2<br />
2 2 2 2 2 2<br />
T = bc − b + c − a<br />
16 4<br />
2 2<br />
x − y =<br />
e. Bruk konjugatsetningen ( x− y) ⋅ ( x+ y)<br />
1.14.24<br />
Tegn en vilkårlig trekant ABC, og trekk medianen AM. Halver nabovinklene AMB og AMC,<br />
og kall halveringslinjenes skjæringspunkter med AB og AC for henholdsvis P og Q. Bevis at<br />
PQ er parallell med BC.<br />
1.14.25<br />
a. Konstruer trekanten ABC, der AB=7 cm, BC=4 cm og AC= 6 cm.<br />
b. Halveringslinjen for vinkel C deler AB i stykkene x og y. Beregn disse stykkene.<br />
c. Gjenta utregningen når AB=c, BC=a og AC=b.<br />
1.14.26<br />
Konstruer en trekant der du har gitt to sider a og b og lengden av den mellomliggende<br />
vinkelens halveringslinje innefor trekanten. Hva er betingelsen for løsningen?<br />
1.14.27<br />
I trekanten ABC er ∠ C = 90°,<br />
∠ A = 30°<br />
og AB=s. Halveringslinja for ∠ C deler AB i to<br />
stykker. Beregn disse stykkene uten å bruke tilnærmingsverdier.<br />
1.14.28<br />
Konstruer en trekant der forholdet mellom to sider er 3:4., den mellomliggende vinkelen er<br />
75°, og lengden av denne vinkelens halveringslinje innenfor trekanten er 5 cm.<br />
1.14.29<br />
Gitt et trapes ABCD med parallellsidene AB og CD. Diagonalene skjærer hverandre i E, og<br />
sidene AD og BC skjærer hverandre i F. Bevis at den rette linja EF halverer AB og CD.<br />
1.14.30<br />
I en sirkel med radius 5 cm er innskrevet en likebeint trekant ABC. AC og BC er de like lange<br />
sidene, og ∠ C = 45°.<br />
a. Konstruer trekanten, og regn ut sidene, Høyden fra C på AB forlenges til den skjærer<br />
sirkelen i E.<br />
b. Finn arealet av firkanten AEBC<br />
1.14.31<br />
I en trekant ABC er AB=10 cm, BC=6 cm, høyden fra C på AB er 3 3 cm, og ∠ B er spiss.<br />
a. Konstruer trekanten og den innskrevne sirkelen i trekanten.<br />
b. Hvor lang er siden AC?<br />
c. Hvor lang er radius i den innskrevne sirkelen?<br />
1.14.32<br />
a. Konstruer et trapes ABCD der avstanden mellom de parallelle sidene AB og CD er lik et<br />
gitt linjestykke a: |------------------------------|, ∠ BAD = 90°<br />
og ∠ BAC = 30°.<br />
Diagonalene skjærer hverandre i punktet E slik at AE:EC=2:1.<br />
b. Finn diagonalene AC og BD uttrykt ved a.<br />
MA-132 Geometri 42 Byrge Birkeland<br />
.
1.14.33<br />
Konstruer en firkant ABCD der AB=6 cm, BC=4 cm, AD=7,5 cm, CD=5 cm og diagonalen AC<br />
er 8 cm. Halver vinklene B og D, og bevis at halveringslinjene må slkjære hverandre på AC.<br />
Hvor langt ligger dette skjæringspunktet fra A? Undersøk tilsvarende halveringslinjene for<br />
vinklene A og C.<br />
1.14.34<br />
På en linje l er merket av to punkter A og B. En annen linje m skjærer l utenfor AB. Finn det<br />
punktet P på m som gjør vinkelen APB så stor som mulig.<br />
1.14.35<br />
Gitt et kvadrat ABCD med side 4 cm. Finn midtpunktet M på BC, og bestem ved konstruksjon<br />
et punkt P på siden CD slik at vinkelen APM blir så stort som mulig. Regn så ut avstanden CP<br />
både i eksakt form og i cm med to desimaler.<br />
1.14.36<br />
På en 54 m høy holme står et 42 m høyt fyrtårn. Hvor langt fra tårnets fotpunkt i vannflatens<br />
nivå må en ro ut for å se tårnet under størst mulig vinkel, forutsatt at en kunne ha øyet i<br />
vannflaten?<br />
1.14.37<br />
r a. Gitt en sirkel med radius r og et punkt P i en avstand 2 fra sentrum. Konstruer gjennom P<br />
en korde som blir delt av P i forholdet 1:2. Regn ut den minste delen av korden.<br />
b. Gjenta konstruksjonen og beregningen når P har avstanden d fra sentrum. Hva er<br />
betingelsen for at oppgaven kan løses?<br />
1.14.38<br />
a. Gjør ved konstruksjon et gitt rektangel om til et like stort kvadrat.<br />
b. Gjør det samme med en gitt trekant<br />
1.14.39<br />
Gitt en vilkårlig femkant. Konstruer et like stort kvadrat.<br />
1.14.40<br />
Gitt en vilkårlig trekant. Konstruer en linje som er parallell med en av sidene og halverer<br />
trekantens areal.<br />
1.14.41<br />
Hva er den minste mulige verdien et punkts potens kan ha? For hvilke punkter har punktets<br />
potens denne verdien.<br />
1.14.42<br />
Hva er det geometriske sted for alle punkter hvis potens er konstant?<br />
1.14.43<br />
En sirkel med radius 3 cm er gitt. I oppgaven skal du bruke eksakte verdier i svarene der du<br />
får kvadratrøtter, ikke tilnærmingsverdier.<br />
a. Konstruer en sekant som skjærer av buen AB = 90°<br />
av sirkelen. Regn ut lengden av<br />
korden AB.<br />
MA-132 Geometri 43 Byrge Birkeland
. Sett av et punkt C på sekanten utenfor B slik at BC = 2⋅<br />
AB . Regn ut punktet C’s potens<br />
med hensyn på sirkelen, og regn ut lengden av tangentstykket fra C til sirkelen.<br />
c. Konstruer så en trekant ACD slik at hjørnet D ligger på sirkelen og DB blir halveringslinje<br />
for ∠ ADC . Regn ut sidene i trekanten, og finn ∠ C .<br />
1.14.44 Lenker til løsningsforslag<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11<br />
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22<br />
23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33<br />
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43<br />
1.15 Eksamensoppgaver i euklidsk geometri<br />
1.15.1 August 2003, oppgave 3<br />
Linjestykket a er gitt a<br />
Gitt et kvadrat ABCD der AB=a. Punktet E på BC og punktet F på CD ligger slik at<br />
2 3<br />
AE = BF = a.<br />
AE og BF skjærer hverandre i M<br />
3<br />
a. Konstruer kvadratet ABCD.<br />
Beregningene i resten av oppgaven skal være eksakte (uten tilnærmingsverdier) og uttrykkes<br />
ved a.<br />
b. Finn lengden av AM, BE og CE.<br />
c. Vis at firkant MECF er syklisk og konstruer omsirkelen<br />
d. Punktet Q ligger på AD slik at BQ halverer ∠ ABD . Finn lengden av AQ, DQ og BQ.<br />
e. AC skjærer omsirkelen til firkant MECF i punktet P. Finne lengden av AP.<br />
f. Finn lengden av CM.<br />
1.15.2 Mai 2002, oppgave 2<br />
Gitt sirkelen S1 og korden AB på S1. La C være et vilkårlig punkt på S1 forskjellig fra A og B<br />
og slik at lengden AC er større enn lengden BC. La M være midtpunktet på sirkelbuen ACB.<br />
La E ligge på linja gjennom AC slik at C ligger mellom A og E og CE=BC. La ∠ BEC = θ og<br />
S2 omsirkelen til ∆ ABE .<br />
a. Uttrykk ∠ BCA og ∠ BMA ved θ . Grunngi svaret.<br />
b. Grunngi at sentrum til S2 er M.<br />
c. Vis at D er fotpunktet for normalen fra M hvis og bare hvis AD = DC + CB .<br />
Anta nå at D er fotpunktet for normalen fra M, og la F være midtpunktet på AB.<br />
d. Vis at DF er parallell med halveringslinja til ∠ BCA .<br />
1.15.3 Mai 2001, oppgave 2<br />
a. Linjestykket a er gitt: a<br />
I kvadratet ABCD er sida lik a.<br />
1<br />
Punktene P og Q ligger på henholdsvis AB og BC slik at AP = BQ = 3 a.<br />
Konstruer kvadratet ABCD og vis hvordan du finner P og Q ved konstruksjon.<br />
Trekk linjene AC, AQ og DQ.<br />
MA-132 Geometri 44 Byrge Birkeland
Beregningene i resten av oppgaven skal være eksakte (uten tilnærmingsverdier) og uttrykkes<br />
ved a.<br />
b. Regn ut AC, DP og DQ<br />
c. DP og AQ skjærer hverandre i punktet R. Vis at trekant ARP og trekant ABQ er formlike.<br />
Regn ut AR.<br />
d. Diagonalen AC skjærer DQ i punktet S. Regn ut DS og SQ.<br />
e. Konstruer omsirkelen til trekant CDQ.<br />
Omsirkelen skjærer AC i punktet T. Begrunn hvorfor sirkelen også går gjennom R. Regn<br />
ut AT.<br />
1.15.4 Mai 2005, oppgave 3<br />
Et linjestykke a er gitt. _______a________________. I et trapes ABCD er AB og CD de<br />
<br />
parallelle sidene, og AB=3a, BC=2a, ∠ ABC = 60 . Diagonalen BD deler diagonalen AC i<br />
forholdet 3:2.<br />
a. Konstruer trapeset.<br />
I resten av oppgaven skal svarene uttrykkes eksakt ved hjelp av a, ikke ved<br />
tilnærmingsverdier.<br />
b. Beregn avstanden fra hjørnet C til sida AB.<br />
c. Beregn lengden av diagonalen AC.<br />
d. Finn lengden av CD.<br />
e. Finne lengden av diagonalen DB.<br />
f. Kall diagonalenes skjæringspunkt for E. Finn lengdene av DE og EB.<br />
g. Finn til slutt ∠ AED og lengden av AD.<br />
1.15.5 Mai 2000, oppgave 2<br />
a. Linjestykket a er gitt: a<br />
I trekanten ABC er AC=BC, og D er midtpunktet på AB. CD er 2a, og radien i innsirkelen<br />
a er 2 . Kall sentrum i innsirkelen for O. Konstruer trekanten.<br />
Beregningene i resten av oppgaven skal være eksakte (uten tilnærmingsverdier) og uttrykkes<br />
ved a.<br />
b. Innsirkelen tangerer AC i punktet E. Regn ut CE.<br />
c. Vis at trekanten EOC og trekantene DBC er formlike. Regn ut sidene i trekanten ABC.<br />
d. Den rette linjen gjennom A og O skjærer BC i punktet F. Regn ut BF og FC.<br />
e. Høyden CD skjærer sirkelen i et punkt K. Regn ut AK.<br />
f. L er det andre skjæringspunktet mellom AK og sirkelen. Regn ut korden KL.<br />
1.15.6 Mai 2000, oppgave 4<br />
Trekant ABC er gitt. Normalen fra punktet C på sida AB skjærer punktet AB i punktet D.<br />
Omsirkelen til trekant ABC har sentrum O og diameter CE, slik figuren viser.<br />
a. Vis at ∆ ADC og ∆ EBC er formlike<br />
b. Anta at i ∆ ABC er ∠ A større enn ∠ B . Vis at da gjelder ∠ DCE =∠A−∠ B.<br />
MA-132 Geometri 45 Byrge Birkeland
1.15.7 Mai 1996, oppgave 4<br />
Gitt en trekant ∆ ABC og en sirkel S gjennom<br />
C, som har sentrum O. CO skjærer AB i F.<br />
Sirkelen S skjærer BC i D, AC i E og CF i G.<br />
a. La CF være normal på AB. Vis at da er<br />
∠ FAC =∠ EGC og at ∆ ABC og ∆ DEC<br />
O<br />
D<br />
er formlike. Vis at firkant ABDE har en<br />
E<br />
omsirkel.<br />
b. Omvendt, la firkant ABDE ha omsirkel.<br />
Vis at da er ∆ ABC formlig med ∆ DEC .<br />
Undersøk om CF i dette tilfellet er normal<br />
G<br />
på AB.<br />
c. Formuler en setning på grunnlag av punkt<br />
A F<br />
a) og b), som gir en nødvendig og tilstrekkelig betingelse for at firkant ABDE har en<br />
omsirkel. Knytt formuleringen til retningen til tangenten til S i C.<br />
1.15.8 Mai 1999, oppgave 4<br />
En sirkel er omskrevet en firkant ABCD, og diagonalene<br />
AC og BD står normalt på hverandre i punktet P. Ei linje<br />
gjennom P står samtidig normalt på ei av sidene i<br />
firkanten. For eksempel står ei linje gjennom P normalt<br />
på side BC i punktet F. Denne normalen PF skjærer AD i<br />
punktet G. Se figuren.<br />
a. Vis at ∠ DPG =∠ GDP .<br />
b. Vis at AG=GD.<br />
1.15.9 Mai 2003, oppgave 3<br />
Linjestykket a er gitt: a<br />
Gitt et trapes ABCD der AB||CD. AB=2a, og avstanden mellom de parallelle linjene er a.<br />
∠ BAD = 60°.<br />
Normalen til AB i B skjærer CD i E, og BC skjærer AE i forholdet 2:1 målt fra<br />
A. Normalen til AB i A skjærer CD i F.<br />
a. Konstruer trapeset ABCD.<br />
Beregningene i resten av oppgaven skal være eksakte (uten tilnærmingsverdier) og uttrykkes<br />
ved a.<br />
b. Finn lengden av AD, BC og CD.<br />
c. AE og BC skjærer hverandre i punktet H. Finn lengdene av AH og HE.<br />
d. Konstruer omsirkelen til trekant ADF, og finn lengden av radius i omsirkelen.<br />
Konstruer innsirkelen til trekant ABE, og finn lengden av radius i innsirkelen.<br />
e. Punktet T ligger på omsirkelen til trekanten ADF, på buen AD, slik at CT er tangent til<br />
omsirkelen. Finn lengden av CT.<br />
f. AD og BC skjærer hverandre i punktet G. Finn lengden av CG.<br />
1.15.10 Mai 2007, oppgave 1<br />
Et kvadrat ABCD har side lik s, som du velger selv.<br />
MA-132 Geometri 46 Byrge Birkeland<br />
S<br />
B<br />
A<br />
F<br />
P<br />
C<br />
G<br />
C<br />
D<br />
B
E er midtpunktet på AB og F er midtpunktet på BC. Diagonalen BD skjærer AF i H. DE<br />
skjærer AF i G. I oppgaven skal du bruke eksakte verdier og ikke erstatte røtter med<br />
tilnærmingsverdier. De ulike lengdene skal uttrykkes ved s.<br />
a. Tegn kvadratet. Regn ut AF.<br />
b. Hvorfor er trekantene AEG og AFB formlike? Regn ut lengden av AG, GF og DG.<br />
c. Hvor store er vinklene ABD og DBC? Regn ut AH og HF.<br />
d. Hvorfor vil CE gå gjennom H?<br />
1.15.11 Mai 2007, oppgave 2<br />
Gitt en sirkel med radius r og sentrum i S.: |________________________|<br />
I denne sirkelen skal det innskrives en firkant ABCD, der disse kravene skal være oppfylt:<br />
AB skjærer av en bue på 90°. Diagonalen AC er diameter i sirkelen. Diagonalen BD skjærer<br />
diagonalen AC i E, slik at AE : EC = 2 : 1.<br />
I alle utregninger nedenfor skal du bruke eksakte verdier, ikke tilnærmingsverdier, alle uttrykt<br />
ved r.<br />
a. Konstruer sirkelen og firkanten.<br />
b. Hvorfor er DB halveringslinje for ∠D ? Regn ut lengden av sidene i firkanten.<br />
c. Hva blir sidene i ∆SBE ?<br />
d. Regn ut DE.<br />
La høyden fra B på AD skjære AD i T, og høyden fra B på DC skjære DC (forlenget) i R.<br />
e. Hvorfor vil RT gå gjennom S?<br />
1.15.12 Mai 1994, oppgave 3<br />
Gitt et punkt P på en sirkel C og en linje L<br />
som ikke skjærer sirkelen C. Konstruer<br />
sirkler gjennom P som tangerer L og C.<br />
Anta at to slike sirkler tangerer L i T1 og<br />
T2. Vis at tangenten til C i P går gjennom<br />
midtpunktet på T1T2.<br />
1.15.13 Mai 1996, oppgave 4<br />
Gitt en trekant ∆ ABC og en sirkel S<br />
gjennom C, som har sentrum O. CO<br />
skjærer AB i F. Sirkelen S skjærer BC i D, AC<br />
i E og CF i G.<br />
a. La CF være normal på AB. Vis at da er<br />
∠ FAC =∠ EGC og at ∆ ABC og ∆ DEC<br />
er formlike. Vis at firkant ABDE har en<br />
omsirkel.<br />
b. Omvendt, la firkant ABDE ha omsirkel.<br />
Vis at da er ∆ ABC formlig med ∆ DEC .<br />
MA-132 Geometri 47 Byrge Birkeland<br />
A<br />
S<br />
E<br />
F<br />
O<br />
G<br />
C<br />
O<br />
P<br />
C<br />
D<br />
L<br />
B
Undersøk om CF i dette tilfellet er normal på AB.<br />
c. Formuler en setning på grunnlag av punkt a) og b), som gir en nødvendig og tilstrekkelig<br />
betingelse for at firkant ABDE har en omsirkel. Knytt formuleringen til retningen til<br />
tangenten til S i C.<br />
1.15.14 Mai 1997, oppgave 2<br />
Gitt et punkt S i planet og en linje l som ikke går gjennom S. Normalen fra S på l skjærer l i<br />
v<br />
G. R er rotasjon om S en vinkel v. Anta at R ( l) = l'.<br />
v<br />
S<br />
a. Hvorfor er vinkelen mellom l og l’ lik v: ( , ')<br />
S<br />
∠ ll = v?<br />
Utenpå de tre sidene i den spissvinklede trekanten ABC er det tegnet tre likesidede trekanter<br />
∆AC' B, ∆ BA'Cog ∆ CB'A. b. Vis, for eksempel ved å se på en rotasjon om A med rotasjonsvinkel v = 60°,<br />
at<br />
CC' BB'<br />
∠ CCBB ' , ' = 60°.<br />
Kall skjæringspunktet mellom C’C og BB’ for F.<br />
= og at ( )<br />
Vis at omsirkelen til ∆ AC'B går gjennom F.<br />
F kalles trekantens Fermatpunkt.<br />
c. Vis at ∠ AFC = 120°,<br />
og at firkanten AFCB’ er syklisk (dvs. at den har en omsirkel).<br />
Hvorfor er også ∠ CFB = 120°,<br />
og firkanten BA’CF også syklisk?<br />
Anta at symmetrisentrene i de tre likesidede trekantene ∆AC' B, ∆ BA'Cog ∆ CB'A er P, Q<br />
og R henholdsvis.<br />
d. Hvorfor er PQ normalt på BF? Hvorfor er ∆ PQR likesidet?<br />
1.15.15 Mai 1999, oppgave 3<br />
Gitt et linjestykke med lengde a: a<br />
I en sirkel med sentrum O og radius a 2 er det innskrevet en likebeint trekant ABC. AC og<br />
BC er de like lange sidene, og ∠ C = 45°.<br />
a. Konstruer et linjestykke med lengde a 2 .<br />
Konstruer trekanten ABC (Har du ikke konstruert linjestykket med lengden a 2 , kan du<br />
måle lengden av a og – i selve konstruksjonen av trekanten ABC – bruke<br />
tilnærmingsverdien for radius).<br />
Kall fotpunktet for høyden fra C på AB for D<br />
b. Finn sidene i trekantene ABC uttrykt ved a.<br />
Forlengelsen av CD skjærer sirkelen i E.<br />
Punktet F ligger på sirkelen slik at AF er diameter.<br />
c. Vis at firkanten AEFC er et rektangel og at dette har like stort areal som firkanten AEBC.<br />
Forlengelsen av AE og forlengelsen av BC skjærer hverandre i G.<br />
Halveringslinja til vinkel AGC skjærer AC i H.<br />
d. Finn forholdet mellom AH og HC.<br />
MA-132 Geometri 48 Byrge Birkeland
1.15.16 Mai 2001, oppgave 4<br />
Gitt en sirkel med kordene PR og QR, der PR er den korteste, slik figuren viser. S er<br />
midtpunktet på buen fra P til Q via R, og<br />
normalen fra S på QR skjærer QR i T. Punktet<br />
V ligger på forlengelsen av QR slik at VT=TQ<br />
R<br />
og slik at R er mellom V og T.<br />
a. Fullfør konstruksjonen ut fra opplysningene<br />
ovenfor. Trekk PS, PQ, QS, SV og PV. Vis<br />
at trekantene VTS og QTS er kongruente.<br />
b. Vis at ∠ RPS =∠ RVS og at<br />
∠ SPQ =∠ SQP .<br />
c. Vis at trekant PSV er likebeint og at<br />
PR+ RT = TQ .<br />
1.15.17 August 2003, oppgave 3<br />
Linjestykket a er gitt<br />
a<br />
Gitt et kvadrat ABCD der AB=a. Punktet E på BC og punktet F på CD ligger slik at<br />
2 3<br />
AE = BF = a.<br />
AE og BF skjærer hverandre i M<br />
3<br />
a. Konstruer kvadratet ABCD.<br />
Beregningene i resten av oppgaven skal være eksakte (uten tilnærmingsverdier) og uttrykkes<br />
ved a.<br />
b. Finn lengden av AM, BE og CE.<br />
c. Vis at firkant MECF er syklisk og konstruer omsirkelen<br />
d. Punktet Q ligger på AD slik at BQ halverer ∠ ABD . Finn lengden av AQ, DQ og BQ.<br />
e. AC skjærer omsirkelen til firkant MECF i punktet P. Finne lengden av AP.<br />
f. Finn lengden av CM.<br />
1.15.18 Mai 2005, Oppgave 3.<br />
Et linjestykke a er gitt. _______a________________. I et trapes ABCD er AB og CD de<br />
<br />
parallelle sidene, og AB=3a, BC=2a, ∠ ABC = 60 . Diagonalen BD deler diagonalen AC i<br />
forholdet 3:2.<br />
a. Konstruer trapeset.<br />
I resten av oppgaven skal svarene uttrykkes eksakt ved hjelp av a, ikke ved<br />
tilnærmingsverdier.<br />
b. Beregn avstanden fra hjørnet C til sida AB.<br />
c. Beregn lengden av diagonalen AC.<br />
d. Finn lengden av CD.<br />
e. Finne lengden av diagonalen DB.<br />
f. Kall diagonalenes skjæringspunkt for E. Finn lengdene av DE og EB.<br />
g. Finn til slutt ∠ AED og lengden av AD.<br />
MA-132 Geometri 49 Byrge Birkeland<br />
P<br />
Q
1.15.19 Mai 2006, oppgave 3<br />
Gitt en sirkel med radius r. På en diameter AB ligger et punkt C slik at<br />
a. Konstruer figuren nedenfor og tangentene fra C til sirkelen.<br />
b. Tangeringspunktene er D og E. Beregn avstanden CD uttrykt ved r.<br />
c. Finn lengden av korden DE.<br />
d. Korden DE skjærer AB i F. Finn lengden av FB.<br />
3<br />
BC = r<br />
2<br />
1.15.20 Mai 2006, oppgave 4<br />
I en trekant ABC er AB=4a, BC=2a og AC=3a der a er linjestykket |________a__________|.<br />
Alle lengder i oppgaven skal uttrykkes ved hjelp av a.<br />
a. Konstruer trekanten.<br />
b. Finn arealet av ∆ ABC og ∠ A .<br />
c. Halveringslinja for ∠ B skjærer AC i D, og normalen på denne halveringslinja gjennom B<br />
skjærer forlengelsen av AC i E. Finn lengdene av AD, DC og CE.<br />
d. Konstruer innsirkelen til ∆ ABC , og finn radien i denne.<br />
e. Konstruer omsirkelen til ∆ ABC , og finn radius i denne.<br />
f. La midtpunktet på BC være F, og trekk AF. La skjæringspunktet mellom BD og AF være<br />
G, og trekk CG til skjæring med AB i punktet H. Vis så hvordan Cevas setning kan<br />
brukes til å finne lengdene av AH og HB.<br />
g. Beregn avstanden mellom innsenteret og omsenteret ved hjelp av Eulers setning.<br />
1.15.21 September 2006, oppgave 2<br />
a. Bruk svararket til oppgave 2. Ta utgangspunkt i den øverste trekanten ABC, der ∠ B er<br />
rett. Konstruer en parallell med AB gjennom C, og avsett et punkt E på denne parallellen<br />
slik at CB=CE, og slik at A og E ligger på hver sin side av BC. Trekk linja AE, og kall<br />
skjæringspunktet med BC for F. Konstruer en parallell med AB gjennom F, og kall<br />
skjæringspunktet med AC for G. Konstruer til slutt en parallell med BC gjennom G, og<br />
kall skjæringspunktet med AB for H. (Du skal ikke skrive forklaring til konstruksjonen.)<br />
b. Hvorfor er ∆ ABF og ∆ECF formlike?<br />
c. Hvorfor er ∆ ABC og ∆ GFC formlike?<br />
d. Bruk b) og c) til å bevise at FB=GF, slik at □ HBFG er et kvadrat.<br />
Vi skal nå generalisere konklusjonen i oppgave d) til å gjelde trekanter ABC som ikke<br />
nødvendigvis er rettvinklede. Ta utgangspunkt i den nederste figuren på svararket til oppgave<br />
2, der det er tegnet en vilkårlig spissvinklet trekant ABC. Konstruer normalen fra C på AB. La<br />
MA-132 Geometri 50 Byrge Birkeland
fotpunktet for normalen være D. Konstruer en parallell med AB gjennom C, og avsett et punkt<br />
E på denne slik at CE=CD, og slik at E og A ligger på hver sin side av CD.<br />
Trekk AE, og kall skjæringspunktet med BC for F.<br />
Trekk en parallell med AB gjennom F, og kall skjæringspunktet med AC for G.<br />
Trekk en parallell med CD gjennom G, og kall skjæringspunktet med AB for H.<br />
Trekk endelig en parallell med CD gjennom F, og kall skjæringspunktet med AB for I.<br />
e. Vis at □ HIFG er et kvadrat. (Vink: Se på ∆ AFG og ∆ AEC samt på ∆ AIF og ∆ AJE ,<br />
der J er fotpunktet for normalen fra E på AB.)<br />
1.15.22 September 2006, oppgave 3<br />
Gitt to sirkler, 1 C med radius 1 r og sentrum O, og 2 C med radius r2 og sentrum Q, som<br />
berører hverandre utvendig, og slik at r1 > r2.<br />
I tillegg til den felles tangenten gjennom<br />
berøringspunktet har de to sirklene en annen fellestangent som har tangeringspunkter P på 1 C<br />
og T på C 2 . Bruk svarark nr. 1 til oppgave 3..<br />
2<br />
a. Trekk opp QR|| PT slik at R ligger på OP, og bevis at PT = 4rr<br />
1 2(Vink:<br />
Bruk<br />
Pythagoras). Forklar hvordan dette kan brukes til å konstruere et linjestykke med lengden<br />
PT, gitt r 1 og r 2 .<br />
QS QS + r1+ r2<br />
b. La S være skjæringspunktet mellom tangenten PT og linja OQ. Vis at = .<br />
r r<br />
2 1<br />
c. Vis hvordan resultatene ovenfor kan brukes til å konstruere fellestangenten til to sirkler<br />
som berører hverandre utvendig. Bruk svarark nr. 2 til oppgave 3.<br />
d. Konstruer fellestangentene til to vilkårlige sirkler med forskjellige radier som ikke skjærer<br />
eller berører hverandre. Jfr. svarark nr. 3 til oppgave 3. (Vink: Bevis en likhet som<br />
tilsvarer den i oppgave b.)<br />
1.15.23 September 2006, oppgave 4<br />
Gitt et kvadrat ABCD. La E, F, G og H være punkter på hhv, CD,<br />
AB, DA og BC. Vis at hvis GH står normalt på EF, så er GH og<br />
EF like lange.<br />
1.15.24 Lenker til løsningsforslag:<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12<br />
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23<br />
MA-132 Geometri 51 Byrge Birkeland<br />
D<br />
A<br />
G<br />
F<br />
E<br />
J<br />
I<br />
C<br />
H<br />
B
2 Vektorer<br />
Begrepet vektor dukker opp i mange sammenhenger både i matematikk og i fysikk, og står<br />
generelt for et objekt som er bestemt ved en størrelse og en retning. Eksempler fra fysikk er<br />
forflytning, hastighet, akselerasjon, kraft osv.<br />
I geometri skal vi bruke ordet vektor om orienterte rette linjestykker, og vi illustrerer en<br />
vektor ved å tegne en pil, der pilhodet viser orienteringen til linjestykket, og vi identifiserer to<br />
slike orienterte rette linjestykker som er like lange parallelle og ensrettede. På figuren til<br />
<br />
høyre, som er tegnet med Cabri, er AB = a = DC og BC = b = AD . Legg merke til<br />
notasjonene for vektorer: Du bruker enten vektorenes endepunkter med en pil over eller et<br />
navn, som regel en enkel bokstav, enten i fet skrift eller med en pil over.<br />
2.1 Algebraiske operasjoner på vektorer<br />
Summen av to vektorer<br />
<br />
defineres slik: Hvis vektor a<br />
er representert ved AB , og vektor b er representert ved<br />
<br />
BC (altså slik at a slutter der b begynner), så er a+b<br />
<br />
representert ved AC . Vi har altså AB+ BC = AC . En<br />
D<br />
a<br />
C<br />
b<br />
vektor som begynner og slutter i samme punkt,<br />
<br />
0=<br />
AA= BB , vil da virke som nullelement ved denne<br />
b<br />
a+b a-b<br />
addisjonen: AB+ BB = AB . Den kalles derfor for<br />
<br />
B<br />
nullvektoren. Vi ser<br />
<br />
videre<br />
<br />
at AB+ BA= AA = 0 , og<br />
vi definerer derfor − AB = BA . Videre ser vi at<br />
a<br />
<br />
A<br />
AD+ DB = b+ DB = AB = a<br />
<br />
, så differensen<br />
<br />
mellom<br />
to vektorer er definert ved at AB− AD = DB . Husk at a-b er den vektoren du må legge til b<br />
for å få a. Se figuren ovenfor.<br />
Hvis a er en vektor, definerer vi lengden av a som lengden av et av de orienterte rette<br />
linjestykkene som representerer a, og noterer den |a|.<br />
Hvis t ∈ ℝ , altså et reelt tall, og a er en vektor, definerer vi vektoren t ⋅a eller t a ved at dens<br />
lengde er t ⋅ a , og dens retning er parallell med og ensrettet med eller motsatt rettet med<br />
retningen til a etter som t er positiv eller negativ. Omvendt, hvis vektoren a og b er parallelle,<br />
vil det alltid finnes et reelt tall t slik at b = t ⋅a.<br />
Hvis a og b har samme retning, er t>0, ellers<br />
er t
a 1<br />
Vi kan også definere en vektor a dividert på et tall t ≠ 0 ved at = a . En enhetsvektor er<br />
t t<br />
en vektor med lengde 1. Hvis a er en vilkårlig vektor ≠ 0 , kan definere enhetsvektoren i<br />
retning av a som vektoren 1 a , som vi også skriver<br />
a<br />
a<br />
a .<br />
En mengde der det er definert to operasjoner som tilfredsstiller regnereglene ovenfor, kalles et<br />
vektorrom, og dette er det sentrale begrepet i lineær algebra.<br />
2.1.1 Eksempel<br />
Summen av medianvektorene i en trekant er 0. Med medianvektor menes her en vektor fra et<br />
hjørne til midtpunktet av den motstående sida.<br />
A<br />
B'<br />
b<br />
b'<br />
C<br />
c'<br />
C'<br />
a'<br />
a<br />
A'<br />
a-b<br />
Med betegnelser som på figuren har vi:<br />
1 1 a'=b+ (a-b)= a+b 1 b'=-a+ b 1 c'=-b+ a og dermed<br />
( )<br />
( )<br />
2 2 2 2<br />
a'+b'+c'= a+b -a+ b-b+ a=0<br />
1 1 1<br />
2 2 2<br />
2.2 Vektorprojeksjon og skalarprojeksjon<br />
Hvis vi har to vektorer a og b i rommet, kan vi alltid<br />
sørge for at de har felles startpunkt ved om<br />
nødvendig å flytte den ene vektoren. De kan dermed<br />
legges i ett plan, slik som på figuren til høyre. Vi<br />
nedfeller normalen fra C på linja gjennom a.<br />
Fotpunktet for denne normalen er D. Vektoren AD<br />
<br />
er<br />
da parallell med a = AB , og det finnes da et reelt tall<br />
<br />
t slik at AD = t⋅AB Vektoren AD kalles da for<br />
vektorprojeksjonen av b på a, og t kalles for skalarprojeksjonen av b på a.<br />
a ⋅ cos a,b .<br />
Skalarprojeksjonen av b på a er ( )<br />
B<br />
c'<br />
2.2.1 Eksempel<br />
Gitt en terning med hjørner A, B, C, D, A’, B’, C’ og D’. Da er<br />
<br />
<br />
∠ ( AB, CC') = 90 ° , ∠ ( AB, BD ' ') = 135 ° , ∠ ( AB, DC ') = 45°<br />
. Vektorprojeksjonen av AC<br />
<br />
på<br />
<br />
AB er AB<br />
<br />
, av BD '<br />
<br />
på AB er BA , av CC ' på AB er 0 . Skalarprojeksjonen av AC på<br />
<br />
AB er 1, av BD ' på AB er -1, av CC ' på AB er 0.<br />
MA-132 Geometri 53 Byrge Birkeland<br />
b'<br />
a'
2.3 Oppgaver<br />
2.3.1<br />
I trekanten i eksemplet ovenfor lar vi M betegne det punktet på medianen AA’ som er bestemt<br />
<br />
2<br />
ved at AM = AA'<br />
. Vis at de to andre medianene går gjennom punktet M. Formuler den<br />
3<br />
plangeometriske setningen som dermed er bevist.<br />
2.3.2<br />
<br />
La ABCDEF være en regulær sekskant. Uttrykk vektorene CD, DE, EF og FA ved hjelp av<br />
<br />
AB og BC .<br />
2.3.3<br />
Vis at diagonalene i parallellogram halverer hverandre.<br />
2.3.4<br />
I en trekant OPQ er R et punkt på sida PQ som deler PQ slik at PR<br />
= k , der [ ]<br />
PQ 0,1 k ∈ . Vis at<br />
<br />
OR = 1−k<br />
⋅ OP+ k⋅OQ . Forklar hvordan punktet R beveger seg langs PQ når k varierer fra<br />
0 til1.<br />
( )<br />
2.3.5<br />
I trekanten ABC trekker vi halveringslinjene for vinklene. Skjæringspunktene med de<br />
<br />
motstående sidene er hhv. A’, B’ og C’. Uttrykk vektorene AA'<br />
, BB'<br />
og CC ' ved hjelp av<br />
<br />
AB = a og AC = b .<br />
2.3.6<br />
Gitt et tetraeder med hjørner i A, B, C<br />
og D. La vektorene langs sidekantene<br />
<br />
være AB = p, AC = q, AD = r.<br />
Midtpunktet på sida AB kalles M AB ,<br />
midtpunktet på BC kalles M BC osv.<br />
Tyngdepunktet (medianenes<br />
skjæringspunkt) i sideflata ABC kalles<br />
M , tyngdepunktet i sideflata ABD<br />
D<br />
kalles MC osv.<br />
a. Uttrykk alle medianvektorene<br />
<br />
AM A, BM B osv. ved hjelp av p, q<br />
og r.<br />
b. Vis at alle medianene går gjennom<br />
<br />
1<br />
det punktet P som er bestemt ved at AP = ( p+q+r)<br />
c. Bestem delingsforholdene AP: PM A osv. og M ABP: PM CD osv.<br />
A<br />
4<br />
MAD<br />
MA-132 Geometri 54 Byrge Birkeland<br />
MAB<br />
MC<br />
r<br />
MB<br />
D<br />
MD<br />
p<br />
B<br />
MDC<br />
q<br />
MA<br />
MBC<br />
C
2.3.7<br />
La ABCD være en vilkårlig firkant. Merk av midtpunktene E, F, G og H på hver av sidene, og<br />
trekk linjene som forbinder to og to nabopunkter blant disse. Vis at firkanten EFGH alltid er<br />
et parallellogram.<br />
2.3.8<br />
La ABC være en trekant, M midtpunktet på AC og P midtpunktet på BC. Vis at MP er parallell<br />
med AB.<br />
2.3.9<br />
La ABC være en trekant, og trekk medianene i trekanten. Vis at medianene etter en passende<br />
parallellforskyvning danner en trekant.<br />
2.3.10 Lenker til løsningsforslag:<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9<br />
2.4 Koordinatsystem<br />
Koordinatsystem i planet. Den franske matematikeren René<br />
Descartes oppfant det kartesiske koordinatsystem i planet. Det<br />
består i at man legger inn to akser i planet, x-aksen og yaksen.<br />
De er begge kopier av den reelle tallinja, og står<br />
normalt på hverandre. Koordinatene til en bestemmes ved at<br />
man finner normalprojeksjonene av punktet på hver av<br />
aksene, jfr. figuren til høyre.<br />
I rommet bruker man også kartesiske koordinatsystem,<br />
men vi må ha tre akser, jfr. figuren til høyre. I rommet<br />
er det viktig hvordan aksene er orientert. Vanligvis er<br />
aksene orientert slik at vi får et høyre-system. Det<br />
betyr at hvis du legger høyre hånd på xy-planet slik at<br />
håndrota er over et punkt på den positive x-aksen og<br />
fingerspissene over et punkt på den positive y-aksen,<br />
så vil tommelfingeren peker i retning av den positive<br />
z-aksen.<br />
z-akse<br />
y-akse<br />
MA-132 Geometri 55 Byrge Birkeland<br />
x<br />
z<br />
P(x,y,z)<br />
Når vi har et kartesisk koordinatsystem i rommet, kan<br />
et ethvert punkt i rommet beskrives og identifiseres<br />
x-akse<br />
ved hjelp av det koordinater i forhold til dette koordinatsystemet. Rommet kan identifiseres<br />
3<br />
ℝ = xy , | xyz , , ∈ℝ<br />
av reelle talltripler. På samme måte kan planet kan<br />
{ }<br />
= { xy , | xy , ∈ }<br />
med mengden ( )<br />
identifiseres med mengden<br />
2<br />
( )<br />
ℝ ℝ av reelle tallpar. Vi kan også definere<br />
koordinatene til en vektor som koordinatene til endepunktet P: ( xyz , , ) for vektoren, når<br />
den starter i origo. Vektoren fra origo til et punkt P kalles for øvrig for punktets stedvektor.<br />
Ekvivalent kan vi si at vektorens koordinater er differensen mellom koordinatene til<br />
A a , a , a B = b , b , b er to punkter i rommet,<br />
endepunktet og startpunktet: Hvis = ( 1 2 3)<br />
og ( 1 2 3)<br />
<br />
så er AB vektoren med koordinater ( b −a , b −a , b − a ) .<br />
1 1 2 2 3 3<br />
<br />
Enhetsvektorene langs koordinataksen kalles gjerne i,jog k eller i, j og k.<br />
Disse kalles<br />
koordinatsystemets basisvektorer eller grunnvektorer. Hvis koordinatene til en vektor a er<br />
( a , a , a ) , vil a = a1⋅ i+ a2 ⋅ j+ a3<br />
⋅k.<br />
Koordinatene ( a , a , a ) kalles også vektorens<br />
1 2 3<br />
1 2 3<br />
Y<br />
y<br />
Koordinatsystem i planet<br />
P(x,y)<br />
x<br />
X<br />
y
skalarprojeksjoner, og a1 ⋅ i , 2 a ⋅ j , a3 ⋅ k kalles for vektorens vektorprojeksjoner eller<br />
vektorkomponenter.<br />
I planet har vi følgene sammenheng mellom koordinatene til et<br />
P xy , og cosinus til vinklene mellom strålen fra O til P<br />
punkt ( )<br />
og koordinataksene:<br />
cosu<br />
=<br />
x<br />
x + y<br />
2 2<br />
Hvis spesielt P ligger på enhetssirkelen, der<br />
cosu = x og cosv = sin u = y.<br />
,<br />
cosv = sin u =<br />
2 2<br />
MA-132 Geometri 56 Byrge Birkeland<br />
y<br />
x + y<br />
2 2<br />
x + y = 1,<br />
er<br />
I rommet kan vi på tilsvarende måte se på vinklene u, v,<br />
og w mellom strålen fra origo O til punktet Pxyz ( , , ) .og<br />
koordinataksene og få de tilsvarende sammenhengene<br />
x<br />
y<br />
cosu<br />
=<br />
, cosv<br />
=<br />
,<br />
2 2 2<br />
2 2 2<br />
x + y + z<br />
x + y + z<br />
z<br />
cos w =<br />
. De tre cosinusverdiene kalles<br />
2 2 2<br />
x + y + z<br />
også for retningscosinene til retningen bestemt ved<br />
<br />
vektoren OP .<br />
2.5 Vektoroperasjoner og koordinater<br />
Vektoraddisjon a+b og multiplikasjon av vektor<br />
med skalar t ⋅ a tilsvarer komponentvise<br />
a = a , a , a<br />
operasjoner på koordinatene: Hvis<br />
og b = ( b1, b2, b3)<br />
, er<br />
a+b = ( a1 + b1, a2 + b2, a3 + b3)<br />
,<br />
a-b= ( a1 −b1, a2 −b2, a3 −b3)<br />
og<br />
t⋅ a = ( t⋅a , t⋅a , t⋅a )<br />
( 1 2 3)<br />
1 2 3<br />
2.6 Oppgaver<br />
y1+y2<br />
2.6.1<br />
Vis at koordinatene til en vektor ikke forandres ved en parallellforskyvning av<br />
koordinatsystemet.<br />
x<br />
y2<br />
.<br />
y1<br />
y1<br />
z<br />
u<br />
b<br />
w<br />
y<br />
v<br />
x1<br />
v<br />
u<br />
x<br />
P(x,y,z)<br />
a+b<br />
a<br />
P(x,y)<br />
x2 x2<br />
x1+x2<br />
y
2.6.2<br />
Gitt punktene A( 5,2, 3, ) B( 1, 9,8 ) , C( 3,3,4, ) D(<br />
7,15,0)<br />
− − − − . Skriv opp koordinatene for<br />
<br />
vektorene AB, CD og AC , og vis at AB+ CD = AC . Hvordan ligger punktene B, C og D?<br />
2.6.3<br />
Hjørnene i et tetraeder har koordinater A : ( 3,0,4)<br />
, B : ( − 2,5,1)<br />
, : ( 3, 3,0)<br />
D :1,3, ( − 6)<br />
.<br />
C − og<br />
<br />
a. Beregn koordinatene til vektorene AB , AC og AD<br />
b. Beregn koordinatene til medianvektorene. En median i et tetraeder er et linjestykke fra et<br />
hjørne til tyngdepunktet i den motstående sideflata.<br />
c. Finn koordinatene til medianenes skjæringspunkt.<br />
d. Hva blir koordinatene i tetraederet i forhold til et koordinatsystem der aksene har samme<br />
retning som det opprinnelige, mens origo er lagt i punktet A?<br />
2.6.4<br />
Komponentene til en vektor langs en rett linje kalles et retningstallsett for linja. Skriv opp et<br />
retningstallsett for linja L gjennom punktene A(3,0,-2) og B(-5,4,-1).<br />
2.6.5<br />
Skriv opp et retningstallsett for linja L gjennom punktene A:(3,-2,6) og B:(5,-1,4). Hva er<br />
betingelsen for at tallsettet skal være et sett av retningscosiner? Finn retningscosinene for L<br />
<br />
dersom positiv retning på L velges ensrettet med AB ?<br />
2.6.6<br />
Undersøk om linja gjennom punktet A(5,2,-3) med retningstall (3:-1:5) innholder punktene<br />
P:(-3,2,0) , Q:(-1,4,-13).<br />
2.6.7 Lenker til løsningsforslag:<br />
1 2 3 4 5 6<br />
2.7 Skalarproduktet av to vektorer<br />
Skalarproduktet av to vektorer a og b er et tall definert slik<br />
Skalarproduktet av vektorer:<br />
a⋅ b = a ⋅ b ⋅cos<br />
ab ,<br />
( )<br />
Men ⋅ cos ( , )<br />
b ab er lengden av b’s<br />
vektorprojeksjon på a, eller b’s skalarprojeksjon<br />
på a, så a⋅ber lengden av a multiplisert med b’s<br />
skalarprojeksjon på a. Omvendt: Hvis vi kjenner<br />
skalarproduktet a⋅b, har vi:<br />
Skalarprojeksjonen av b på a er<br />
a⋅b a og<br />
a⋅b a a⋅b Vektorprojeksjonen av b på a er ⋅ = a . 2<br />
a a a<br />
MA-132 Geometri 57 Byrge Birkeland<br />
v<br />
|b| cos v<br />
a<br />
b<br />
|a|
Vi merker oss at skalarproduktet er et tall, ikke en vektor. Vi<br />
ser også at hvis vinkelen mellom to vektorer er rett, så er<br />
skalarproduktet av dem lik 0.<br />
Vinkelen ∠( a,b ) mellom to vektorer er pr. definisjon alltid<br />
en vinkel mellom 0 og π , så derfor er<br />
cos( ∠ b,a ) = cos( ∠ a,b ) . Det følger da at a⋅ b = b⋅a. ( ) ( )<br />
Skalarproduktet er en kommutativ operasjon. Derimot er skalarproduktet ikke assosiativt:<br />
a⋅b ⋅c<br />
er et tall ganger vektoren c og er derfor selv en vektor parallell med c, mens<br />
( )<br />
a⋅( b⋅c ) er vektoren a multiplisert med tallet b⋅cog derfor en vektor parallell med a. Derfor<br />
er generelt a⋅( b⋅c) ≠ ( a⋅b) ⋅c.<br />
Men skalarproduktet er distributivt: a⋅ ( b+ c) = a⋅ b+ a⋅c. Det kan du se av følgende figur: Vektorprojeksjonen av b+c på a er vektorsummen av<br />
vektorprojeksjonene av b og c på a. Vi kan da sette opp følgende regneregler for<br />
skalarproduktet:<br />
a⋅ b = b⋅a ( t⋅a) ⋅ b = t⋅(<br />
a⋅b) ( )<br />
a⋅ b+c = a⋅ b+ a⋅c Av definisjonen følger også<br />
a⋅ b = 0 ⇔ a = 0eller b = 0eller a ⊥b<br />
Spesielt kan vi se på tilfellet a=b: cos ( , )<br />
MA-132 Geometri 58 Byrge Birkeland<br />
2<br />
a⋅ a = a ⋅ a ⋅ aa = a , så vi har altså a = a⋅a, slik<br />
a a a<br />
at en enhetsvektor i retning av vektoren a er e = = =<br />
a a⋅a a<br />
2<br />
, der<br />
2<br />
a er a⋅a. 2.7.1 Eksempel<br />
I mekanikk er både krefter og veilengder vektorstørrelser. Dersom en konstant kraft<br />
representert ved en vektor K virker langs en vei representert ved en vektor s, er det arbeidet<br />
som kraften utfører, gitt som skalarproduktet K⋅s. 2.7.2 Eksempel<br />
b⋅a Vektorprojeksjonen av vektor b på vektor a er ⋅ a . 2<br />
a<br />
Bevis.<br />
( )<br />
b⋅a b ⋅ a ⋅cos<br />
a,b<br />
a<br />
⋅ a = ⋅ a = b ⋅cos 2<br />
( a,b)<br />
⋅<br />
a<br />
a ⋅ a a<br />
projeksjonen av b på a, mens a<br />
a<br />
. Her er cos(<br />
)<br />
er en enhetsvektor i samme retning som a.<br />
b<br />
b ⋅ a,b ⋅lengden<br />
av<br />
c<br />
b+c a
2.7.3 Eksempel<br />
Finn lengden av en diagonal AC’ i en terning<br />
ABCDA’B’C’D’. Fin også lengden av projeksjonen<br />
AB av AB på AC’.<br />
1<br />
Løsning. Vi har<br />
( ) 2<br />
2 <br />
AC' = AC⋅ AC = AB+ BC + CC ' =<br />
2 2 2 <br />
AB + BC + CC' + 2⋅AB⋅<br />
BC +<br />
<br />
2⋅AB⋅ CC'+ 2⋅BC⋅ CC '=<br />
A<br />
B1<br />
B'<br />
D<br />
C'<br />
2 2 2<br />
AB + BC + CC ' = 1+ 1+ 1= 3<br />
C<br />
<br />
Det gir AC ' = 3.<br />
Projeksjonen AB 1 av AB på AC’ er<br />
B<br />
<br />
AB⋅ AC' AB AB BC CC<br />
AB1 = ⋅ AC'= 2 2<br />
AC' AB BC CC'<br />
2 2<br />
AB + AB⋅ BC+ AB⋅CC' AB <br />
⋅ AC'= ⋅ AC'= ⋅AC<br />
'<br />
3 3<br />
1 1 1<br />
= AC'og AB1 = AC'<br />
= 3<br />
3 3 3<br />
⋅ ( + + ')<br />
( + + )<br />
2.8 Koordinatformler for skalarproduktet<br />
La oss nå uttrykke vektoren a og b på koordinatform: a = a1⋅ i+ a2 ⋅ j+ a3<br />
⋅k<br />
og<br />
b = b1⋅ i+ b2 ⋅ j+ b3<br />
⋅k.<br />
Siden basisvektorene i, j og k står normalt på hverandre og har lengde<br />
1, og skalarproduktet er distributivt og kommutativt, har vi<br />
a⋅ b = ( a1⋅ i+ a2 ⋅ j+ a3 ⋅k) ⋅( b1⋅ i+ b2 ⋅ j+ b3 ⋅ k) = ab 1 1i⋅ i+ ab 1 2i⋅ j+ ab 1 3i⋅k<br />
. Derfor er<br />
+ ab j⋅ i+ ab j⋅ j+ ab jk ⋅ + abk⋅ i+ ab k⋅ j+ abk⋅ k = ab + ab + ab<br />
2 1 2 2 2 3 3 1 3 2 3 3 1 1 2 2 3 3<br />
a⋅ b = ab 1 1 + ab 2 2 + ab 3 3<br />
Spesielt er<br />
a = a⋅ a = a + a + a<br />
2 2 2<br />
1 2 3<br />
Koordinatformlene gjør det enkelt å beregne skalarproduktet av to vektorer som er gitt ved<br />
sine koordinater. Vi kan da bruke definisjonen av skalarproduktet og en kalkulator til å finne<br />
vinkelen mellom vektorene ved å uttrykke cos( a,b) ved hjelp av skalarproduktet av a og b:<br />
1 1 2 2 3 3<br />
( ab)<br />
= =<br />
cos ,<br />
a⋅b a ⋅ b + ab + ab<br />
a ⋅ b a + a + a ⋅ b + b + b<br />
2 2 2 2 2 2<br />
1 2 3 1 2 3<br />
Hvis spesielt = ( e1, e2, e3)<br />
cos ( i,e) , cos ( j,e) , cos(<br />
k,e )<br />
e er en enhetsvektor, er<br />
= e = e = e<br />
1 2 3<br />
MA-132 Geometri 59 Byrge Birkeland<br />
A'<br />
D'
2.9 Oppgaver<br />
2.9.1<br />
Regn ut (a) k⋅( i+j ) , (b) ( i−2k) ⋅ ( j+ 3k<br />
) , (c) ( 2 − + 3 ) ⋅ ( 3 + 2 − )<br />
2.9.2<br />
Hvis a = i+ 3j−2k og b = 4i− 2j+ 4k,<br />
finn<br />
(a) a⋅b, (b) a , (c) b , (d) 3 + 2<br />
2.9.3<br />
Finn vinkelen mellom<br />
a. a = 3i+ 2j−6k og b = 4i− 3j+<br />
k<br />
b. c = 4i− 2j+ 4k<br />
og d = 3i−6j−2k. a b , (e) ( 2a+ b) ⋅( a−2b )<br />
i j k i j k .<br />
2.9.4<br />
For hvilke verdier av t står vektorene a = t ⋅i− 2j+<br />
k og b = 2t⋅ i+ t⋅j−4k<br />
normalt på<br />
hverandre?<br />
2.9.5<br />
Finn retningscosinene til linja som forbinder (3,2,-4) og (1,-1,2).<br />
2.9.6<br />
Finn skalarprojeksjonen av vektoren 2i− 3j+ 6k<br />
på i+ 2j+ 2k.<br />
2.9.7<br />
Finn en enhetsvektor som står normalt på både a = 4i− j+ 3k<br />
og b =− 2i+ j−2k 2.9.8<br />
Vis at hvis punktet C ligger på en halvsirkel der AB er diameter, så er C en rett vinkel.<br />
2.9.9<br />
La = a1 a2 a3<br />
a ( , , ) være stedvektoren til et gitt punkt i rommet og r = ( xyz , , ) stedvektoren til<br />
et punkt i rommet. Beskriv de mengdene som er beskrevet ved følgende vilkår: (a) r-a = 3,<br />
(b) ( r-a) ⋅ a = 0 , (c) ( ) ⋅ = 0<br />
r-a r .<br />
2.9.10<br />
La A, B, C og D være fire punkter i rommet.<br />
<br />
a. Bevis at AB⋅ CD+ AC⋅ DB+ AD⋅ BC = 0<br />
b. Vis at vi av formelen ovenfor kan utlede følgende to geometriske setninger:<br />
c. Når to motstående sider i et tetraeder står parvis normalt på hverandre, gjør også det tredje<br />
paret det.<br />
d. Høydene i en trekant møtes i ett punkt.<br />
<br />
Vink: Uttrykk alle vektorene ved AB = p,<br />
AC = q og AD = r<br />
MA-132 Geometri 60 Byrge Birkeland
2.9.11<br />
<br />
I en trekant OAB settes OA= a,<br />
OB = b.<br />
Uttrykk høyden OP fra O på AB ved a og b .<br />
2.9.12<br />
Gi et bevis for cosinussetningen ved å benytte skalproduktet av vektorer.<br />
2.9.13<br />
Bevis følgende setning: Et parallellogram er en rombe hvis og bare hvis diagonalene står<br />
normalt på hverandre.<br />
2.9.14<br />
La, a, b og c være egentlige vektorer (dvs. ≠ 0). Hva er den nødvendige og tilstrekkelige<br />
a⋅b ⋅ c = a⋅ b⋅c ?<br />
betingelsen for at ( ) ( )<br />
2.9.15<br />
Hjørnene i en trekant har koordinater P(-3,2,1), Q(2,2,-1) og R(3,0,6) i forhold til et kartesisk<br />
koordinatsystem.<br />
a. Finn lengden av sidene.<br />
b. Finn cosinus til vinklene..<br />
2.9.16<br />
Hjørnene i et tetraeder har koordinater<br />
A(0,0,0), B(5,0,0), C(3,4,2) og D(2,2,7) i<br />
forhold til et kartesisk koordinatsystem. La<br />
AE betegne høyden fra A på BC og DF<br />
høyden fra D på AE. Beregn:<br />
<br />
a. Koordinatene til AE<br />
b. Koordinatene til en enhetsvektor<br />
<br />
med<br />
samme retning som AE<br />
<br />
c. Koordinatene til AF<br />
d. Delingsforholdet AF:FE<br />
<br />
e. cos ( AD, AE)<br />
<br />
f. Kontroller til slutt regningen ved å regne ut DF⋅AE . Løsning her.<br />
Vink: AF er projeksjonen av AD<br />
A<br />
<br />
på AE .<br />
2.9.17<br />
Linjene 1<br />
L og L 2 har retningstall hhv. (3:-5:1) og (1:3:-2) Finn retningstall for en linje som<br />
står normalt på både 1 L og L 2 .<br />
2.9.18<br />
Finn ligningen for et plan som står normalt på vektoren a=2i+3j+6k og går gjennom<br />
punktet B(1,5,3).<br />
2.9.19<br />
Finn avstanden fra origo til planet i forrige oppgave.<br />
MA-132 Geometri 61 Byrge Birkeland<br />
F<br />
D<br />
B<br />
E<br />
C
2.9.20<br />
Finn skalarprojeksjonen av a=i-2j+k på b= 4i-4j+ 7k.<br />
2.9.21<br />
Finn vektorprojeksjonen av a på b, der a og b er som i oppgave 35.<br />
2.9.22 Lenker til løsningsforslag:<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21<br />
2.10 Vektorproduktet<br />
Ovenfor har vi sett at skalarproduktet av to vektorer<br />
ikke er en vektor, men en skalar, altså et tall. Det<br />
finnes også et produkt a×b som gir en ny vektor.<br />
Det er definert slik Vi tenker oss et plan gjennom<br />
vektorene a og b, eventuelt etter at a eller b er blitt<br />
parallellforskjøvet slik at de starter i samme punkt. I<br />
det felles startpunktet oppreiser vi så en normal.<br />
Langs normalen avsetter vi så en vektor c. c skal ha<br />
a ⋅ b ⋅sin<br />
ab , av det parallello-<br />
størrelse lik arealet ( )<br />
grammet som utspennes av a og b. Retningen skal<br />
være slik at a, b og c danner et høyre-system. Det<br />
a<br />
betyr at hvis du legger høyre hånds håndrot over spissen av vektor a slik at fingertuppene på<br />
pekefingeren, langfingeren, ringfingeren og lillefingeren ligger over spissen av vektor b, så<br />
skal tommelfingeren peke i retning av vektor c. Vektoren c kalles vektorproduktet eller<br />
kryssproduktet av a og b.<br />
a×bstår normalt på a og b slik at a, b og a×bdanner et høyre-system, og<br />
a×b = a ⋅ b ⋅sin<br />
a,b<br />
( )<br />
Definisjonen ovenfor gir at a× b skifter fortegn når vi bytter om på rekkefølgen av a og b<br />
(hvorfor?), slik at<br />
b×a=-a×b<br />
Spesielt kan vi se på kryssproduktet av basisvektorene i, j og k. Vi finner<br />
i×j=k j×k=i k×i=j j×i=-k k×j=-i i×k=-j<br />
i×i=j×j=k×k=0<br />
Ved hjelp av disse kan vi nå finne en koordinatformel for kryssproduktet:<br />
a b ( a1 i a2 j a3 k) ( b1 i b2 j b3<br />
k)<br />
( ab −ab ) ⋅ i+ ( ab −ab ) ⋅ j+ ( ab −ab)<br />
k<br />
× = ⋅ + ⋅ + ⋅ × ⋅ + ⋅ + ⋅ =<br />
2 3 3 2 3 1 1 3 1 2 2 1<br />
For å huske denne formelen er det vanlig å sette opp et skjema:<br />
i j k i j<br />
a1 a2 a3<br />
a1 a2<br />
b1 b2 b3 b1 b2<br />
MA-132 Geometri 62 Byrge Birkeland<br />
a´b<br />
v<br />
b<br />
|a| |b| sin v
Ledd som svarer til helopptrukken strek nedover til høyre, skal ha positivt fortegn. Ledd som<br />
svarer til stiplet strek oppover til høyre, skal ha negativt fortegn.<br />
2.10.1 Eksempel<br />
( 3, 3,2, ) ( 4,1, 3)<br />
a = − b = −<br />
Vi får følgende skjema:<br />
i j k i j<br />
3 -3 2<br />
3<br />
-3<br />
4 1 -3 4 1<br />
Dermed blir ( ) ( )<br />
( ) ( ( ) )<br />
a×b = 9−2 ⋅ i+ 8− −9 ⋅ j+ 3− −12 ⋅ k = 7⋅ i+ 17⋅ j+ 15⋅k,<br />
og a×b<br />
har koordinatene (7,17,15).<br />
2.11 Trippelproduktet<br />
Gitt tre vektorer a, b og c. Da kan vi ta kryssproduktet<br />
a×bog skalarmultiplisere det med<br />
a× b ⋅c,<br />
som kalles<br />
vektoren c. Da får vi et tall ( )<br />
trippelproduktet eller trevektorproduktet av a,<br />
b og c. Noen skriver det også [ a,b,c ] .<br />
[ a,b,c] = a⋅ ( b×c) = ( a×b) ⋅c<br />
Trippelproduktet har en interessant geometrisk betydning: Det er volumet av det<br />
parallellepipedet som utspennes av vektorene a, b og c hvis disse utgjør et høyre-system;<br />
ellers er det minus dette volumet. Se figuren til høyre.<br />
Det følger av dette at hvis vi permuterer vektorene a, b og c syklisk, så får vi samme<br />
trippelprodukt. Hvis vi bytter om på to vektorer, får vi minus det samme trippelproduktet:<br />
[ a,b,c ] = [ c,a,b ] = [ b,c,a]<br />
[ b,a,c ] = [ a,c,b ] = [ c,b,a ] =-a,b,c [ ]<br />
Trippelproduktet tilfredsstiller også de distributive regnereglene, og skalarer kan settes<br />
utenfor:<br />
[ a 1 +a,b,c 2 ] = [ a,b,c 1 ] +a,b,c [ 2 ]<br />
[ a,b 1 +b,c 2 ] = [ a,b,c 1 ] +a,b [ 2,c]<br />
[ a,b,c 1 +c 2] = [ a,b,c 1] +a,b,c [ 2]<br />
[ a,b, t⋅ c] = [ a, t⋅ b,c] = [ t⋅ a,b,c] = t⋅[<br />
a,b,c ]<br />
Vi kan finne koordinatuttrykk for trippelproduktet:<br />
[ abc , , ] ( ( a1 i a2 j a3 k) ( b1 i b2 j b3 k) ) ( c1 i c2 j c3<br />
k)<br />
( ( ab 2 3 −ab 3 2) ⋅ i+ ( ab 3 1 −ab 1 3) ⋅ j+ ( ab 1 2 −ab 2 1) k) ⋅( c1⋅ i+ c2 ⋅ j+ c3<br />
⋅ k)<br />
=<br />
( ab −ab ) ⋅ c + ( ab −ab ) ⋅ c + ( ab −ab ) ⋅ c =<br />
= ⋅ + ⋅ + ⋅ × ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ =<br />
2 3 3 2 1 3 1 1 3 2 1 2 2 1 3<br />
abc + abc + abc −abc −abc −abc<br />
1 2 3 2 3 1 3 1 2 3 2 1 1 3 2 2 1 3<br />
MA-132 Geometri 63 Byrge Birkeland<br />
axb<br />
v<br />
c<br />
|c| cos v<br />
u<br />
b<br />
a<br />
|a x b| = |a| |b| sin u
[ a,b,c]<br />
= abc 1 2 3 + abc 2 3 1 + abc 3 1 2 −abc 3 2 1 −abc 1 3 2 −abc<br />
2 1 3<br />
Denne formelen kan også huskes ved hjelp av et skjema, akkurat som for kryssproduktet, og<br />
regelen er den samme som for vektorproduktet: Ledd som svarer til helopptrukken strek<br />
nedover til høyre, skal ha positivt fortegn. Ledd som svarer til stiplet strek oppover til høyre,<br />
skal ha negativt fortegn.<br />
a1 a2 a3 a1 a2<br />
b1 b2 b3 b1 b2<br />
c1 c2 c3 c1 c2<br />
Vi merker oss at [ a,b,c ] = 0 hvis og bare hvis a, b og c kan legges i samme plan.<br />
2.11.1 Eksempel<br />
La = ( 5, − 2,3, ) = ( 2,1,4, ) = ( 1,1, −3)<br />
a b c . Vi setter opp skjemaet:<br />
5 -2 3 5 -2<br />
2 1 4 2 1<br />
1 1 -3 1 1<br />
og får [ abc , , ] = 51 ⋅ ⋅( − 3) + ( −2) ⋅41 ⋅ + 3⋅21 ⋅ −(113 ⋅ ⋅ + 14 ⋅ ⋅ 5+ ( −3) ⋅2⋅( − 2) =− 52<br />
2.11.2 Eksempel<br />
Gitt punktene A:1, ( −2,2, ) B: ( 3, − 2,5 ) , C:<br />
( 2,0,3)<br />
. Punktet D med koordinater<br />
<br />
( 6, − 8,11)<br />
ligger i plan med ABC, fordi AB = ( 2,0,3, ) AC = ( 1,2,1 ) , AD = ( 5, −6,9)<br />
<br />
får ⎡AB, AC, AD⎤<br />
⎣ ⎦<br />
= 36+ 0−18− 30+ 12− 0 = 0 ifølge følgende skjema:<br />
2 0 3 2 0<br />
1 2 1 1 2<br />
5 -6 9 5 -6<br />
2.12 Oppgaver<br />
2.12.1<br />
Regn ut (a) i×j=k, (b) j×k=i, (c) k×ì=j, (d) k×j=-j×k=-i , (e) i×i=0,<br />
(f) j×j=0.<br />
2.12.2<br />
La a = 2i−3j−k og = + 4 −2<br />
2.12.3<br />
b i j k. Finn (a) a×b, (b) b×a, (c) ( ) ( )<br />
La a = 3i− j+ 2k,<br />
b = 2i+<br />
j−k og = − 2 + 2<br />
a+b × a-b ..<br />
c i i k. Finn (a) ( a×b ) ×c, (b) ( )<br />
a× b×c .<br />
og vi<br />
MA-132 Geometri 64 Byrge Birkeland
2.12.4<br />
Finn arealet av trekanten med hjørner P(1,3,2), Q(2,-1,1), R(-1,2,3).<br />
2.12.5<br />
Forklar hvorfor ( a×b ) × ( a×c ) er parallell med a.<br />
2.12.6<br />
2 2<br />
Bevis at ( ) ( )<br />
2 2<br />
a×b + a⋅ b = a ⋅b<br />
.<br />
2.12.7<br />
<br />
Vis at hvis A, B og C er hjørner i en trekant, så er AB× BC = BC× CA= CA× AB . Vis<br />
sinA sinB sin C<br />
hvordan sinusproporsjonen = = følger av dette.<br />
a b c<br />
2.12.8<br />
Vis at om A, B, C og D er fire punkter i rommet, så er<br />
<br />
AB× CD = DA× DB+ CB× CA= AC× AD+ BD× BC .<br />
2.12.9<br />
Regn ut ( 2 −3 ) ⋅ ( ) × ( 3 − )<br />
2.12.10<br />
Vis at<br />
a⋅ a×c = ..<br />
a. ( ) 0<br />
i j ⎡⎣ i+j-k i k ⎤⎦.<br />
b. a× ( b× c) = b( a⋅c) −ca ( ⋅b<br />
) .<br />
c. ( a× b) × c = b( a⋅c) −ab ( ⋅c<br />
)<br />
d. ( a× b) ⋅ ( c× d) = ( a⋅c)( b⋅d) −( a⋅d)( b⋅c ) .<br />
e. a× ( b× c) + b× ( c× a) + c× ( a× b) = 0.<br />
f. [ abc , , + t⋅ a+ u ⋅ b] = [ abc , , ] .<br />
g. [ a+ bb , + cc , + a] = 2 ⋅[<br />
abc , , ] .<br />
2.12.11<br />
<br />
1<br />
Forklar at volumet av et tetraeder med hjørner A, B, C og D er V = ⎡AB, AC, AD⎤<br />
6 ⎣ ⎦<br />
.<br />
2.12.12<br />
Beregn volumet av tetraederet med hjørner A(-2,3,0), B(1,7,-2), C(-2,7,-5) og D(1,5,-3).<br />
2.12.13<br />
A(1,3,-1), B(5,2,1), C(2,4,3), A’(2,-1,6), B’(6,-2,8) og C’(3,0,10) er seks punkter i rommet.<br />
Vis at de er hjørner i et trekantet prisme, og beregn volumet av dette prismet.<br />
2.12.14<br />
Punktene A(4,0,1), B(3,-1,5) og C(2,3,6) bestemmer et plan.<br />
a. Hva må til for at et punkt P(x,y,z) skal ligge i dette planet?<br />
MA-132 Geometri 65 Byrge Birkeland
. Påvis at punktet Q(3,2,1) ikke ligger i planet.<br />
c. Bestem punktene A(a,0,0), B(0,b,0) og C(0,0,c) slik at QA, QB og QC alle parallelle med<br />
planet ABC.<br />
d. Undersøk om noen av punktene D(1,4,-3), E(-5,3,0) eller F(3,3,3) ligger på samme side<br />
som Q av dette planet.<br />
2.12.15<br />
<br />
Vis ved å bruke regnereglene for trippelproduktet at hvis ⎡AB, AC, AD⎤<br />
⎣ ⎦<br />
= 0,<br />
så er også<br />
<br />
<br />
⎡AD, BD, CD⎤<br />
⎣ ⎦<br />
= 0.<br />
Hva uttrykker ligningen ⎡AB, AC, AD⎤<br />
⎣ ⎦<br />
= 0 geometrisk?<br />
2.12.16<br />
Vis at [ ] [ ] 2<br />
× , × , × = , ,<br />
2.12.17<br />
a bb cc a abc .<br />
La a, b og c være tre vilkårlige vektorer, og la<br />
a. Vis at hvis [ ]<br />
' = b c<br />
a<br />
×<br />
abc , ' = c a<br />
b<br />
[ , , ]<br />
×<br />
abc og ' = a b<br />
c<br />
[ , , ]<br />
×<br />
abc .<br />
[ , , ]<br />
abc , , ≠ 0,<br />
så er (a) a'⋅ a = b'⋅ b = c'⋅ c = 1 og a'⋅ b = a'⋅ c = 0, b'⋅ a = b '⋅ c = 0<br />
b. Hvis [ abc , , ] = V , så er [ a b c ]<br />
', ', ' = 1V<br />
c. Vis at hvis a, b og c ikke ligger i ett plan, så ligger heller ikke a’, b’ og c’ i ett plan.<br />
Ligningene for rette linjer og plan<br />
2.12.18 Lenker til løsningsforslag<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17<br />
2.13 Ligningen for rette linjer og plan<br />
En rett linje er bestemt ved et punkt A på linja og en vektor u langs linja. Hvis P er et vilkårlig<br />
<br />
punkt på linja, må<br />
<br />
AP være<br />
<br />
parallell<br />
<br />
med u, og da må det finnes et reelt tall t slik at<br />
AP = t⋅ueller<br />
ekvivalent OP = OA+ t⋅u.<br />
En parameterfremstilling for en rett linje gjennom A med retningsvektor u er<br />
<br />
OP = OA+ t⋅u.<br />
2.13.1 Eksempel<br />
Den rette linja gjennom A(1,2,3) med retningsvektor = ( 2,1,2)<br />
<br />
OP = xyz = + t⋅<br />
( , , ) ( 1,2,3) ( 2,1,1)<br />
eller ekvivalent<br />
u har parameterfremstillingen<br />
⎧x<br />
= 1+ 2t<br />
⎪<br />
⎨ y = 2 + t<br />
⎪<br />
⎩ z = 3 + t<br />
Spesielt kan u være gitt ved at vi har to punkter A og B på linja.<br />
<br />
En parameterfremstilling for en rett linje gjennom punktene A og B er OP = OA+ t⋅ AB<br />
MA-132 Geometri 66 Byrge Birkeland
⎛x⎞ ⎛a1 ⎞ ⎛R1 ⎞ ⎛x⎞ ⎛a1 ⎞ ⎛b1 −a1<br />
⎞<br />
eller på koordinatform:<br />
⎜<br />
y<br />
⎟<br />
=<br />
⎜<br />
a<br />
⎟<br />
+ t⋅ ⎜<br />
R<br />
⎟<br />
eller<br />
⎜<br />
y<br />
⎟<br />
=<br />
⎜<br />
a<br />
⎟<br />
+ t⋅ ⎜<br />
b −a ⎟<br />
, t∈ℝ<br />
.<br />
⎜ ⎟ ⎜ 2⎟ ⎜ 2 ⎟<br />
⎜z⎟ ⎜a ⎟ ⎜<br />
3 R ⎟<br />
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ 3 ⎠<br />
⎜ ⎟ ⎜ 2⎟ ⎜ 2 2 ⎟<br />
⎜z⎟ ⎜a ⎟ ⎜<br />
3 b3 a ⎟<br />
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ − 3 ⎠<br />
x−a1 y−a2 z−a3 Du kan også eliminere t mellom koordinatligningene og få = = .<br />
b −a b −a b −a<br />
1 1 2 2 3 3<br />
2.13.2 Eksempel<br />
Den rette linja gjennom A(-1,1,2) og B(3,2,4) har parameterfremstilling<br />
⎧x<br />
=− 1+ 4t<br />
⎪<br />
( xyz , , ) = ( − 1,1,2) + t⋅( 3−( −1,2 ) −1,4− 2) = ( − 1,1,2) + t⋅<br />
( 4,1,2)<br />
eller ⎨ y = 1+<br />
t<br />
⎪<br />
⎩ z = 2+ 2t<br />
Vi kan eliminere t og få<br />
x+ 1 y−1 z −2<br />
= =<br />
4 1 2<br />
Et plan kan også være definert på flere forskjellige måter:<br />
Du kan ha gitt et punkt A i planet og en vektor n som<br />
<br />
står normalt på planet. Et punkt P(x,y,z)<br />
ligger da i planet hvis og bare hvis n står normalt på AP . Uttrykt ved hjelp av<br />
skalarproduktet:<br />
Ligningen for et plan gjennom A med n som normalvektor er:<br />
<br />
n ⋅ OP− OA = n ⋅ x− a + n ⋅ x− a + n ⋅ x− a =<br />
( ) 0<br />
eller 1 ( 1) 2 ( 2) 3 ( 3) 0<br />
Ligningen for et plan gjennom et punkt P0( x0, y0, z 0)<br />
med normalvektor<br />
altså n ⋅ PP 0 = 0<br />
= ( n1, n2, n3)<br />
<br />
. Avstanden fra et punkt ( , , )<br />
n er<br />
P xyz , som ikke nødvendigvis ligger i planet, til<br />
planet er skalarprojeksjonen av vektoren 0 PP<br />
<br />
på normalen n, altså<br />
<br />
n ⋅ PP<br />
n 0<br />
1( x− x0) + n2 ( y− y0) + n3( z− z0)<br />
eller på koordinatform<br />
.<br />
n<br />
2 2 2<br />
n + n + n<br />
1 2 3<br />
Hvis ligningen for et plan er A⋅ x+ B⋅ y+ C⋅ z+ D = 0 , er avstanden med fortegn fra et<br />
A⋅ x+ B⋅ y+ C⋅ z + D<br />
vilkårlig punkt Pxyz ( , , ) til planet<br />
. Hvis fortegnet er +, ligger P på<br />
2 2 2<br />
A + B + C<br />
samme side av planet som normalen ( ABC , , ) peker mot, ellers ligger det på motsatt side.<br />
Vi kan også sette opp en parameterfremstilling av planet:<br />
Parameterfremstillingen for et plan gjennom punktet A med vektorer u og v i planet er<br />
⎛x⎞ ⎛a1 ⎞ ⎛u1 ⎞ ⎛v1 ⎞<br />
<br />
OP = OA+ t⋅ u+ s⋅v<br />
eller koordinatvis<br />
⎜<br />
y<br />
⎟ ⎜<br />
a<br />
⎟<br />
2 t<br />
⎜<br />
u<br />
⎟<br />
2 s<br />
⎜<br />
v<br />
⎟<br />
⎜ ⎟<br />
=<br />
⎜ ⎟<br />
+ ⋅<br />
⎜ ⎟<br />
+ ⋅<br />
⎜ 2 ⎟<br />
for ts∈ , ℝ ..<br />
⎜z⎟ ⎜a ⎟ ⎜<br />
3 u ⎟ ⎜<br />
3 v ⎟<br />
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ 3 ⎠<br />
MA-132 Geometri 67 Byrge Birkeland
2.13.3 Eksempel<br />
La = ( 2,-1,3)<br />
( ) ( x y z ) ( x ) ( y ) ( z )<br />
n og A=(2,3,1). Ligningen for planet gjennom A normalt på n er da<br />
2, −1,3 ⋅ − 2, + 1, − 3 = 0⇔ 2 −2 − + 1 + 3 − 3 = 0<br />
⇔ 2x− y+ 3z = 14<br />
Avstanden fra origo til dette planet er<br />
2⋅0−10 ⋅ + 30 ⋅ −14<br />
14<br />
=− =−<br />
2 2<br />
2 + − 1 + 3 14<br />
( ) 2<br />
Du kan også ha gitt planet ved tre punkter A, B og C i planet. Dette tilfellet kan vi føre tilbake<br />
til det forrige: Ett<br />
<br />
av punktene<br />
<br />
spiller rollen som A, og n beregnes for eksempel som<br />
kryssproduktet AB× AC . Ligningen for planet kan da skrives ved hjelp av trippelproduktet:<br />
<br />
Ligningen for et plan gjennom tre oppgitte punkter A, B og C: ⎡AB, AC, OP− OA⎤<br />
⎣ ⎦<br />
= 0.<br />
2.13.4 Eksempel<br />
Ligningen for planet gjennom A(1,2,-1), B(3,1,-2) og C(4,-2,5) er<br />
3−1 1−2 −2− −1 2 −1 −1<br />
( )<br />
( )<br />
4−1 −2−2 5− − 1 = 3 − 4 6 =<br />
x−1 y− 2 z+ 1 x−1 y− 2 z+<br />
1<br />
( x ) ( ) ( y )( ) ( z ) ( )<br />
−1 ⋅ −6− 4 + −2 −3− 12 + + 1 ⋅ − 8+ 3 = 0<br />
eller<br />
−10 x−1 −15 y−2 − 5 z+ 1 =−10x−15y− 5z+ 10+ 30− 5= 0⇔<br />
( ) ( ) ( )<br />
10x+ 15y+ 5z = 35⇔ 2x+ 3y+ z = 7<br />
2.13.5 Eksempel<br />
En parameterfremstilling av planet fra forrige eksempel er<br />
⎛x⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎛ 2 ⎞ ⎛ 3 ⎞<br />
⎧ x = 1+ 2t + 3u<br />
⎜<br />
y<br />
⎟<br />
=<br />
⎜<br />
2<br />
⎟<br />
+ t⋅ ⎜<br />
− 1<br />
⎟<br />
+ u⋅<br />
⎜<br />
−4<br />
⎟<br />
⎪<br />
⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟<br />
eller på komponentform: ⎨ y = 2−t −4u<br />
.<br />
⎜z⎟ ⎜−1⎟ ⎜−1⎟ ⎜ 6 ⎟<br />
⎪<br />
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />
⎩z<br />
=−1− t+ 6u<br />
Her svarer A til t=u=0, B til t=1, u=0 og C til t=0, u=1.<br />
2.14 Oppgaver<br />
2.14.1<br />
Skriv opp en ligning for planet gjennom origo med normalretning (1:3:-2).<br />
2.14.2<br />
Skriv opp en ligning for planet gjennom punktet (2,-11,4) normalt på y-aksen.<br />
2.14.3<br />
Finn en ligning for planet gjennom A(3,0,-2), B(6,3,1) og C(3,-2,3).<br />
MA-132 Geometri 68 Byrge Birkeland<br />
14
2.14.4<br />
La fem plan αβγδε , , , , være gitt ved ligningene:<br />
α :3x− 2y+ z− 5= 0 β :5x− y− z+ 2= 0 γ :4x+ 5y+ 2z− 1= 0<br />
δ : x− 3y+ 3z− 12 = 0 ε :2x− 6y+ 6z+ 5= 0<br />
Vis at:<br />
a. α, β og γ skjærer hverandre i ett punkt.<br />
b. α, β og δ skjærer hverandre langs en linje.<br />
a. α, β og ε har intet punkt felles, men skjærer hverandre to og to langs tre parallelle linjer.<br />
2.14.5<br />
Finn den enhetsvektoren langs normalen til planet 3x+ 4y− 2z+ 8= 0 som peker til samme<br />
side av planet som punktet A(-5,-1,2) ligger.<br />
2.14.6<br />
Finn cosinus til vinkelen mellom planene α og β i oppgave 62. Vink: Vinkelen mellom<br />
planene er lik vinkelen mellom normalene.<br />
2.14.7<br />
Gjør rede for at skjæringslinja mellom to plan er parallell med vektoren a× b, når a og b er<br />
normaler til hver sitt av de to planene. Bruk dette til å finne et retningstallsett for linja som er<br />
skjæringslinja mellom planene med ligninger<br />
2x− 5y+ 4z− 3= 0 3x− y+ 2z+ 4 = 0<br />
2.14.8<br />
Finn skjæringspunktet mellom planet med ligningen 2y− 4z + 5= 0 og linja i forrige<br />
oppgave.<br />
2.14.9<br />
La punktene A(2,0,0), B(0,4,3), C(2,3,1) og P(-3,5,1) være gitt. Finn avstanden fra P til planet<br />
gjennom A, B og C.<br />
2.14.10 Lenker til løsningsforslag<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9<br />
MA-132 Geometri 69 Byrge Birkeland
3 Matriser og geometri<br />
3.1 Matriseregning<br />
3.1.1 Kolonnevektorer<br />
Et punkt i planet, hhv. i rommet, kan identifiseres med et par P(x,y) av koordinater, hhv. et<br />
<br />
trippel P(x,y,z), eller med stedvektoren OP .. Ofte skrives koordinatparet i en kolonne<br />
⎛x⎞ ⎛x⎞ ⎜<br />
y<br />
⎟.(eller<br />
⎜<br />
y<br />
⎟<br />
⎜ ⎟<br />
i rommet). Mengden av slike kolonner kan organiseres til et vektorrom ved å<br />
⎝ ⎠ ⎜z⎟ ⎝ ⎠<br />
definere addisjon og multiplikasjon med et reelt tall slik:<br />
⎛x⎞ ⎛z⎞ ⎛x+ z⎞ ⎛x⎞ ⎛t⋅x⎞ i) ⎜ ii) t<br />
y<br />
⎟+ ⎜<br />
u<br />
⎟ = ⎜ ⋅ =<br />
y+ u<br />
⎟ ⎜<br />
y<br />
⎟ ⎜<br />
t⋅ y<br />
⎟<br />
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />
Disse operasjonene tilfredsstiller regnereglene for de tilsvarende vektoroperasjonene, jfr.<br />
avsnittet 2.1 om vektorer.<br />
3.1.2 Lineære avbildninger og matriser<br />
2 2<br />
3 3<br />
En avbildning A : ℝ → ℝ av planet eller ℝ → ℝ av rommet kan oppfattes som en<br />
funksjon som til hver kolonne x<br />
⎛x⎞ ⎛x'⎞ ⎛ ⎞<br />
⎜<br />
y<br />
⎟ (eller<br />
⎜<br />
y<br />
⎟<br />
⎛x'⎞ ⎜ ⎟<br />
) tilordner en ny kolonne ⎜<br />
⎝ ⎠ ⎜z⎟ y '<br />
⎟ (eller<br />
⎜<br />
y '<br />
⎟<br />
⎜ ⎟<br />
). En<br />
⎝ ⎠ ⎜<br />
⎝ ⎠<br />
z ' ⎟<br />
⎝ ⎠<br />
viktig klasse av slike avbildninger er de lineære avbildningene, som er de som bevarer<br />
vektorromsstrukturen:<br />
Lineære avbildninger A er definert ved at<br />
(i) A( x+y) = A( x) + A( y) og ( ii) At ( ⋅ x) = t⋅A( x ) ,<br />
der x og y er kolonnevektorer og t er et reelt tall.<br />
Vi må da ha at<br />
⎛⎛x⎞⎞ ⎛ ⎛1⎞ ⎛0⎞⎞ ⎛⎛1⎞⎞ ⎛⎛0⎞⎞ A⎜⎜ ⎟⎟ = A⎜x⋅ ⎜ ⎟+ y⋅ ⎜ ⎟⎟ = x⋅ A⎜⎜ ⎟⎟+ y⋅A⎜⎜ ⎟⎟<br />
⎝⎝y⎠⎠ ⎝ ⎝0⎠ ⎝1⎠⎠ ⎝⎝0⎠⎠ ⎝⎝1⎠⎠ Hvis vi setter<br />
⎛⎛1⎞⎞ ⎛a11⎞ A⎜⎜ ⎟⎟ = ⎜ ,<br />
0 a<br />
⎟<br />
⎝⎝ ⎠⎠ ⎝ 21⎠ ⎛⎛0⎞⎞ ⎛a12 ⎞<br />
A⎜⎜<br />
⎟⎟<br />
= ⎜<br />
1 a<br />
⎟<br />
⎝⎝ ⎠⎠<br />
⎝ 22 ⎠<br />
, kan vi skrive:<br />
⎛⎛x⎞ ⎞ ⎛a11⎞ ⎛a12 ⎞ ⎛a11x+ a12 y⎞<br />
A⎜⎜ ⎟⎟<br />
= x⎜ y<br />
y a<br />
⎟+ ⎜ =<br />
21 a<br />
⎟ ⎜<br />
22 a21x+ a22 y<br />
⎟<br />
⎝⎝ ⎠⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />
⎛a11 Et rektangulært tallskjema A = ⎜<br />
⎝a21 a12<br />
⎞<br />
a<br />
⎟ kalles for en matrise, og vi kan definere:<br />
22 ⎠<br />
MA-132 Geometri 70 Byrge Birkeland
⎛a11 Produktet av en matrise A = ⎜<br />
⎝a21 a12<br />
⎞<br />
a<br />
⎟ og en koordinatvektor X<br />
22 ⎠<br />
⎛a11 A⋅ X = ⎜<br />
⎝a21 a12 ⎞ ⎛x1 ⎞ ⎛a11x1 + a12x2 ⎞<br />
a<br />
⎟⋅ ⎜<br />
22 x<br />
⎟ = ⎜<br />
2 a21x1 + a22x ⎟<br />
⎠ ⎝ ⎠ ⎝ 2⎠<br />
⎛x⎞ er definert ved at<br />
⎝ ⎠<br />
1<br />
= ⎜<br />
x<br />
⎟<br />
2<br />
Legg merke til at det som står i rad nr. n (for n=1,2) i A⋅ X er skalarproduktet av radvektor<br />
nr. n i A og kolonnevektoren X. På figuren nedenfor kan du se effekten av å forandre på<br />
elementene i matrisen A og vektoren X:<br />
Her er en lenke til en Cabri-fil der du kan variere elementene i en matrise og i vektoren X og<br />
se hvilken effekt det har på vektoren A⋅ X .<br />
La oss nå se hva som skjer hvis vi setter sammen avbildningen A ovenfor med en annen<br />
⎛b11 b12<br />
⎞<br />
lineær avbildning B som har matrisen ⎜<br />
b21 b<br />
⎟.<br />
Vi finner<br />
⎝ 22 ⎠<br />
( ( ) )<br />
⎛⎛a x+ a y⎞⎞ ⎛b b ⎞ ⎛a x+ a y⎞<br />
= ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟⋅ ⎜ ⎟ =<br />
⎝⎝ ⎠⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />
11 12 11 12 11 12<br />
B A X B⎜ ⎟<br />
a21x+ a22y b21 b22 a21x+ a22 y<br />
( ) ( )<br />
( ) ( )<br />
( ) ( )<br />
( ) ( )<br />
⎛b11 a11x+ a12y + b12 a21x+ a22y ⎞ ⎛ ba 11 11 + b12a21 x+ b11a12 + b12a22 y ⎞<br />
⎜ ⎟ = ⎜<br />
⎟ =<br />
b a x+ a y + b a x+ a y b a + b a x+ b a + b a y<br />
⎝ 21 11 12 22 21 22 ⎠ ⎝ 21 11 22 21 21 12 22 22 ⎠<br />
⎛ba 11 11 + b12a21 ba 11 12 + b12a22 ⎞ ⎛x⎞ ⎜ ⎟⋅ b a + b a b a + b a<br />
⎜<br />
y<br />
⎟<br />
⎝ ⎠<br />
⎝ 21 11 22 21 21 12 22 22 ⎠<br />
Basert på denne utregningen er det nærliggende å definere;<br />
Produktet av matrisene til B og A er definert ved at::<br />
⎛b11 B⋅ A=<br />
⎜<br />
⎝b21 b12 ⎞ ⎛a11 b<br />
⎟⋅ ⎜<br />
22⎠ ⎝a21 a12 ⎞ ⎛ba 11 11 + b12a21 a<br />
⎟ = ⎜<br />
22⎠ ⎝b21a11 + b22a21 ba 11 12 + b12a22 ⎞<br />
b21a12 + b22a ⎟<br />
22 ⎠<br />
Legg merke til at det som står i rad nr. r og kolonne nr. k i B⋅ A er skalarproduktet av den r-te<br />
radvektoren i B og den k-te kolonnevektoren i A.<br />
Matrisemultiplikasjon har mange av de samme egenskapene som vanlig multiplikasjon av<br />
reelle tall, men ikke alle:<br />
⎛1 0⎞<br />
1. Identitetsmatrisen I2<br />
= ⎜ ⎟ virker som nøytralt element ved matrisemultiplikasjon.<br />
⎝0 1⎠<br />
2. Matrisemultiplikasjon er en assosiativ operasjon (dvs. ( A⋅B) ⋅ C = A⋅( B⋅ C)<br />
), men<br />
3. Matrisemultiplikasjon er ikke kommutativ (dvs. generelt er A⋅B ≠ B⋅ A).<br />
4. Du kan ikke finne en multiplikativ invers til enhver matrise. For at den inverse til en<br />
det A = a a − a a være ≠ 0.det(A)<br />
eller A kalles for<br />
matrise A skal eksistere, må ( ) 11 22 21 12<br />
determinanten til A. Den inverse er i så fall<br />
1 1 a − ⎛ 22<br />
A = ⎜<br />
det( A) ⎝−a21 −a12⎞ 1 ⎛ a22 a<br />
⎟ =<br />
⎜<br />
11 ⎠ a11a22 −a21a12<br />
⎝−a21 −a12<br />
⎞<br />
a<br />
⎟.<br />
11 ⎠<br />
MA-132 Geometri 71 Byrge Birkeland
3.2 Matriser til noen kjente avbildninger<br />
Før vi går gjennom matrisene til noen kjente avbildninger trenger vi å minne om begrepet<br />
polarkoordinater, som vi trenger i forbindelse med rotasjonsmatriser:<br />
3.2.1 Polarkoordinater<br />
Vanligvis gir vi koordinatene (x,y) til et punkt P i<br />
planet eller rommet i forhold til et rektangulært<br />
eller kartesisk koordinatsystem. I mange<br />
sammenhenger er det imidlertid vel så praktisk å<br />
, r, θ ,<br />
oppgi punktets polarkoordinater ( rv ) eller ( )<br />
der r er avstanden fra origo (0,0) til punktet og v er<br />
den vinkelen som den positive x-aksen må roteres for<br />
å få den til å falle sammen med strålen fra origo til P.<br />
Sammenhengen mellom rektangulære og polare<br />
koordinater er<br />
2 2 2<br />
r = x + y<br />
⎫<br />
x = r⋅cosθ<br />
⎫ ⎪<br />
⎬ og y x y<br />
y r sin tan θ ,cos θ ,sinθ<br />
⎬<br />
= ⋅ θ⎭<br />
= = =<br />
x 2 2 2 2<br />
x + y x + y<br />
⎪<br />
⎭<br />
Mange kurver kan uttrykkes enklere i polarkoordinater enn i kartesiske koordinater. F. eks.<br />
blir ligningen for en sirkel med radius R og sentrum i origo rett og slett r=R, mens den i<br />
2 2 2<br />
kartesiske koordinater som kjent er x + y = R . Et annet eksempel er Archimedes’ spiral,<br />
som i polarkoordinater har ligningen r = k⋅ θ , der k er en konstant. ser ligningen slik ut:<br />
2 2<br />
Arctan y<br />
x + y = k⋅<br />
, og man kan vise at dette kan omformes til en sjettegradsligning i x<br />
x<br />
og y. Polarkoordinater er derfor det beste til å beskrive denne kurven på en enkel måte.<br />
3.2.2 Rotasjoner<br />
Et punkt P(x,y) kan altså uttrykkes ved hjelp av polarkoordinater ( r, θ ) , der<br />
x rcos ( θ) , y r sin ( θ)<br />
rotasjonene ( r, θ α)<br />
= = . Hvis punktet roteres en vinkel α , blir polarkoordinatene etter<br />
+ . Følgende formler er pensum i videregående skoles matematikk-<br />
pensum, og du kan finne dem matematiske formelsamlinger:<br />
cos( θ + α) = cosθ ⋅cosα −sinθ ⋅sinα<br />
sin( θ + α) = sinθ ⋅ cosα + cosθ ⋅sinα<br />
Derfor er:<br />
( cosθ cosα sinθ sinα)<br />
( sinθ cosα cosθ sinα)<br />
⎛r⋅ cos( θ + α)<br />
⎞ ⎛r⋅ ⋅ − ⋅ ⎞<br />
⎜<br />
r sin( θ α)<br />
⎟ = ⎜ ⎟ =<br />
⎝ ⋅ + ⎠ ⎝r⋅ ⋅ + ⋅ ⎠<br />
og dermed:<br />
⎛cosα −sinα⎞⎛r⋅cosθ⎞ ⎛cosα −sinα⎞⎛x⎞<br />
⎜<br />
sinα cosα ⎟⎜ =<br />
r⋅sinθ ⎟ ⎜<br />
sinα cosα<br />
⎟⎜<br />
y<br />
⎟<br />
⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠<br />
Matrisen til en rotasjon vinkelen α om origo er<br />
⎛cosα −sinα⎞<br />
Rot ( α ) = ⎜<br />
sinα cosα<br />
⎟<br />
⎝ ⎠.<br />
P(x,y) = P(r,v)<br />
MA-132 Geometri 72 Byrge Birkeland<br />
v<br />
r<br />
x = r cos v<br />
y = r sin v
3.2.3 Speiling om en linje<br />
Speiling om x-aksen avbilder punktet ( xy , ) på punktet ( x, y)<br />
⎛ x ⎞ ⎛1 0 ⎞ ⎛x⎞ ⎜ = ⋅<br />
−y ⎟ ⎜<br />
0 −<br />
⎟ ⎜<br />
1 y<br />
⎟,<br />
og det betyr:<br />
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />
Speiling om x-aksen er en lineær avbildning med matrise<br />
− . Men<br />
⎛1 0 ⎞<br />
⎜<br />
0 −1<br />
⎟.<br />
⎝ ⎠<br />
Speiling om en annen linje L enn x-aksen gjennom origo kan vi få til slik: Hvis vinkelen<br />
mellom x-aksen og linja er v, roterer vi først punktet vinkelen -v om origo, deretter speiler vi<br />
om x-aksen, og så roterer vi tilbake igjen vinkelen v.<br />
y<br />
v<br />
v<br />
v<br />
P<br />
L<br />
P'<br />
P"<br />
P"'<br />
x<br />
Speiling om en linje gjennom origo<br />
som danner vinkelen v med x-aksen<br />
P->P' rotasjon -v<br />
P'->P" speiling om x-aksen<br />
P"->P"' rotasjon v<br />
Matrisen til denne sammensatte avbildningen er<br />
⎛cosα ⎜<br />
⎝sinα −sinα⎞<br />
⎛1 cosα ⎟⋅⎜ ⎠ ⎝0 0 ⎞ ⎛ cosα ⋅<br />
−<br />
⎟ ⎜<br />
1⎠ ⎝−sinα sinα ⎞ ⎛cosα cosα ⎟ = ⎜<br />
⎠ ⎝sinα sinα ⎞ ⎛ cosα ⋅<br />
−cosα ⎟ ⎜<br />
⎠ ⎝−sinα sinα<br />
⎞<br />
=<br />
cosα<br />
⎟<br />
⎠<br />
2 2<br />
⎛ cos α −sin α cosα⋅ sinα + sinα ⋅cosα⎞ ⎛cos2α sin2α<br />
⎞<br />
⎜ 2 2 ⎟ = ⎜<br />
⎝sinα⋅ cosα + cosα ⋅sinα sin α −cos α ⎠ ⎝sin2α<br />
−cos2α<br />
⎟<br />
⎠<br />
Matrisen til en speiling om en linje som danner vinkelen α med x-aksen, er<br />
⎛cos2α sin2α<br />
⎞<br />
S( α ) = ⎜<br />
sin2α − cos2α<br />
⎟<br />
⎝ ⎠<br />
3.2.4 Homotetier<br />
Similariteter og homotetier er definert i avsnitt 1.5. En homoteti er prototypen på en<br />
similaritet. Det er en avbildning som multipliserer alle avstander fra ett bestemt punkt,<br />
homotetisenteret, med et bestemt tall r, homotetifaktoren.<br />
⎛t0⎞ Matrisen til en homoteti med homotetifaktor t og origo som homotetisenter er ⎜<br />
0 t<br />
⎟<br />
⎝ ⎠<br />
3.2.5 Translasjoner og homogene koordinater.<br />
Vi har nå sett at rotasjoner om origo og speilinger om en linje som går gjennom origo, kan<br />
uttrykkes ved hjelp av matriser med 2 rader og 2 kolonner. Rotasjoner og speilinger er begge<br />
isometrier eller kongruensavbildninger. Vi mangler imidlertid en viktig klasse av kongruens-<br />
MA-132 Geometri 73 Byrge Birkeland
avbildninger, nemlig translasjoner eller parallellforskyninger. En parallellforskyvning virker<br />
⎛x⎞ ⎛x+ a⎞ ⎛x⎞ ⎛a⎞ som et konstant tillegg til hver av koordinatene: ⎜<br />
y<br />
⎟ ↦ ⎜ = +<br />
y+ b<br />
⎟ ⎜<br />
y<br />
⎟ ⎜<br />
b<br />
⎟.<br />
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />
Translasjoner kan ikke uten videre uttrykkes som produktet av en 2× 2−matrise<br />
med<br />
koordinatvektoren x ⎛ ⎞<br />
⎜<br />
y<br />
⎟.<br />
Det finnes en løsning på dette problemet: homogene koordinater.<br />
⎝ ⎠<br />
Det går ut på at man bruker en ekstra koordinat, 1, slik at koordinatvektoren til et punkt er<br />
⎛x⎞ ⎜<br />
y<br />
⎟<br />
⎜ ⎟<br />
istedenfor<br />
⎜1⎟ ⎝ ⎠<br />
x ⎛ ⎞<br />
⎜<br />
y<br />
⎟.<br />
⎝ ⎠<br />
⎛x⎞ De homogene koordinatene til punktet P(x,y) er<br />
⎜<br />
y<br />
⎟<br />
⎜ ⎟<br />
⎜1⎟ ⎝ ⎠<br />
Matriser til lineære avbildninger må da ha 3 rader og 3 kolonner istedenfor 2 rader og 2<br />
kolonner. Vi utvider bare de tilsvarende matrisene for kartesiske koordinater med en ekstra<br />
rad og en ekstra kolonne av 0-er, bortsett fra elementet nederst til høyre, som er 1:<br />
⎛cosθ −sinθ<br />
0⎞<br />
Matrisen til en rotasjon vinkelen θ i homogene koordinater er<br />
⎜<br />
sinθ cosθ 0<br />
⎟<br />
⎜ ⎟<br />
.<br />
⎜ 0 0 1⎟<br />
⎝ ⎠<br />
⎛1 0 0⎞<br />
Matrisen til en speiling om x-aksen i homogene koordinater er<br />
⎜<br />
0 1 0<br />
⎟<br />
⎜<br />
−<br />
⎟<br />
.<br />
⎜0 0 1⎟<br />
⎝ ⎠<br />
Matrisen til en speiling om en linje gjennom origo som danner vinkelen α med x-aksen, er i<br />
⎛cos2α homogene koordinater<br />
⎜<br />
⎜<br />
sin2α ⎜<br />
⎝ 0<br />
sin2α − cos2α 0<br />
0⎞<br />
0<br />
⎟<br />
⎟<br />
1⎟<br />
⎠<br />
La oss så se på translasjon: Multiplikasjon av en matrise med en kolonnevektor og av en<br />
matrise med en annen matrise defineres som for matriser med 2 rader og 2 kolonner. Da blir:<br />
⎛1 0 a⎞ ⎛x⎞ ⎛1⋅ x+ 0⋅ y+ a⋅ 1⎞<br />
⎛x+ a⎞<br />
⎜<br />
0 1 b<br />
⎟ ⎜<br />
y<br />
⎟ ⎜<br />
0 x 1 y b<br />
⎟ ⎜<br />
y b<br />
⎟<br />
⎜ ⎟<br />
⋅<br />
⎜ ⎟<br />
=<br />
⎜<br />
⋅ + ⋅ +<br />
⎟<br />
=<br />
⎜<br />
+<br />
⎟<br />
⎜0 0 1⎟ ⎜1⎟ ⎜0⋅ x+ 0⋅ y+<br />
11 ⋅ ⎟ ⎜ 1 ⎟<br />
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />
Vi kan da konkludere:<br />
Matrisen til en translasjon vektoren a<br />
⎛1 0 a⎞<br />
⎛ ⎞<br />
⎜<br />
b<br />
⎟ er i homogene koordinater<br />
⎜<br />
0 1 b<br />
⎟<br />
⎜ ⎟<br />
.<br />
⎝ ⎠<br />
⎜0 0 1⎟<br />
⎝ ⎠<br />
Alle isometrier, dvs. rotasjoner, speilinger, translasjoner og sammensetninger av disse, kan<br />
nå beskrives ved hjelp av 3× 3−matriser,<br />
og vi får en enkel måte å sette sammen alle typer av<br />
isometrier på ved hjelp av matrisemultiplikasjon. Vi kan også finne matrisen til en homoteti<br />
MA-132 Geometri 74 Byrge Birkeland
med et vilkårlig homotetisentrum som sammensetning av to translasjoner og en homoteti med<br />
origo som homotetisentrum.<br />
3.2.6 Gliderefleksjoner<br />
En gliderefleksjon er en sammen setning av en translasjon og en<br />
speiling. En gliderefleksjon er bestemt ved et punkt på speilaksen<br />
og en vektor langs speilaksen, som da også brukes som<br />
translasjonsvektor. Alternativt kan vi oppgi et punkt på speilaksen,<br />
vinkelen mellom speilaksen og x-aksen og lengden av<br />
translasjonsvektoren. Matrisen til en gliderefleksjon kan nå<br />
beregnes ved hjelp av homogene koordinater. Se oppgavene nedenfor.<br />
3.3 Oppgaver<br />
3.3.1<br />
⎛1 .La A = ⎜<br />
⎝3 −2⎞ ,<br />
4<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎛3 B = ⎜<br />
⎝2 −1⎞ ,<br />
1<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎛−2 C= ⎜<br />
⎝ 0<br />
3 ⎞<br />
,<br />
−1<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎛ 2⎞ a = ⎜ ,<br />
-1<br />
⎟<br />
⎝ ⎠<br />
⎛0⎞ b = ⎜ ,<br />
1<br />
⎟<br />
⎝ ⎠<br />
⎛−1⎞ c = ⎜<br />
2<br />
⎟<br />
⎝ ⎠<br />
Regn ut (a) A⋅a, (b) B⋅b, (c) C⋅c, (d) A⋅B, (e) ⋅ ⋅ ⋅ A⋅ B⋅C 3.3.2<br />
B A, (f) ( A B) C, (g) ( )<br />
Kontroll at A⋅ I = I ⋅ A= A,<br />
der A er en vilkårlig 2× `2 −matrise, og<br />
identitetsmatrisen.<br />
3.3.3<br />
Kontroller at<br />
A<br />
⎛1 0⎞<br />
I = ⎜<br />
0 1<br />
⎟ er<br />
⎝ ⎠<br />
−1<br />
a11 a 1<br />
12 1 a22 −a12 1 a22 −a<br />
− 12<br />
⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞<br />
= ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ =<br />
⎜ ⎟.<br />
a a det( A) −a a a a −a<br />
a −a<br />
a<br />
3.3.4<br />
La A, B og C være som i oppgave 1.<br />
a. Finn<br />
A B C<br />
−1 −1 − 1<br />
, og .<br />
⎝ 21 22 ⎠ ⎝ 21 11 ⎠ 11 22 21 12 ⎝ 21 11 ⎠<br />
b. Finn ( ) 1<br />
A B −<br />
⋅ og verifiser at ( ) 1 − −1 −1<br />
A B B A<br />
⋅ = ⋅ . Gjelder dette generelt?<br />
3.3.5<br />
a. Hva er matrisen til en rotasjon 90° om origo?<br />
b. Hva blir bildet av et punkt P(x,y) ved en slik rotasjon?<br />
c. Kontroller ved matrisemultiplikasjon at punktet P blir avbildet på seg selv, når rotasjonen<br />
anvendes 4 ganger etter hverandre.<br />
3.3.6<br />
Kontroller at matrisen til en rotasjon vinkelen α etterfulgt av en rotasjon vinkelen β er det<br />
samme som matrisen til en rotasjon vinkelen α + β ..<br />
3.3.7<br />
Kontroller at den inverse av matrisen til en rotasjon vinkelen α er det samme som matrisen<br />
til en rotasjon vinkelen − α .<br />
MA-132 Geometri 75 Byrge Birkeland
3.3.8<br />
Finn matrisene til speiling om (a) y-aksen, (b) linja y=x, (c) linja som danner 30 graders<br />
vinkel med x-aksen.<br />
3.3.9<br />
Finn matrisen i homogene koordinater til en rotasjon vinkelen θ om et vilkårlig punkt A(a,b).<br />
3.3.10<br />
Finn matrisen i homogene koordinater til en speiling om en linje gjennom (a,b) som danner<br />
vinkelen θ med den positive x-aksen.<br />
3.3.11<br />
a. Linjene l og m går gjennom origo. Linja l danner vinkelen θ med x-aksen, og linja m<br />
danner vinkelen θ + α med x-aksen, slik at linjene danner vinkelen α hverandre. Sett<br />
opp matrisene til speilingene l S og S m om de to linjene. Finn så matrisen til sammensetningen<br />
av de to speilingene. Hva slags avbildning blir dette?<br />
b. Finn matrisen i homogene koordinater til en speiling om en linje som går gjennom et<br />
punkt A(a,b) og danner vinkelen θ med den positive x-aksen.<br />
c. To parallelle linjer l og m danner vinkelen θ med den positive x-aksen. u er en vektor<br />
som står normalt på begge linjene og har startpunkt på l og endepunkt på m. Finn matrisen<br />
til sammensetningen av speiling om l med speiling om m. Hva slags avbildning blir dette?<br />
3.3.12<br />
Finn matrisen i homogene koordinater til en homoteti med homotetifaktor t og homotetisenter<br />
i et vilkårlig punkt A(a,b).<br />
3.3.13<br />
a. Finn matrisen i homogene koordinater til en gliderefleksjon langs den positive x-aksen en<br />
distanse d. Kontroller resultatet på et punkt, for eksempel (1,1) med d=2.<br />
b. Finn matrisen i homogene koordinater til en gliderefleksjon langs en rett linje gjennom<br />
origo som danner vinkelen θ med x-aksen og med translasjonsdistanse d.<br />
c. Finn matrisen i homogene koordinater til en gliderefleksjon med speilakse bestemt ved en<br />
linje gjennom et punkt A(a,b) som danner vinkelen θ med x-aksen og med<br />
translasjonsdistanse d.<br />
3.3.14 Lenker til løsningsforslag<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13<br />
MA-132 Geometri 76 Byrge Birkeland
4 Grupper i geometri<br />
4.1 Definisjoner<br />
La G være en mengde. En binær operasjon på mengden G er en funksjon : G× G →G,<br />
altså en funksjon som til hvert par av elementer ( gh , ) tilordner et nytt element g h.<br />
Funksjonsnavnet skrives altså mellom argumentene; dette kalles infix notasjon. Vi bruker i<br />
utgangspunktet tegnet for en binær operasjon for at man ikke skal tenke på en bestemt kjent<br />
operasjon, som addisjon, multiplikasjon osv., selv om disse er eksempler på binære<br />
operasjoner. Begrepet gruppe er sentralt i mange deler av matematikken og dens anvendelser.<br />
En gruppe er en mengde G sammen med en binær operasjon som tilfredsstiller følgende<br />
aksiomer:<br />
1. er assosiativ: ( ) = ( )<br />
a bc ab cfor alle abc , , ∈ G<br />
2. Det finnes et (multiplikativt) nøytralt element e∈ G slik at ea= a e= a for alle<br />
a∈ G.<br />
3. For hvert element g∈ G finnes det et element<br />
kalles den (multiplikativt) inverse til g.<br />
−1 g ∈ G slik at<br />
−1 −1<br />
g g = g g = e<br />
.<br />
Gruppeoperasjonen tilfredsstiller ikke nødvendigvis den kommutative lov ab = b a for alle<br />
a∈ G.<br />
Hvis den gjør det, sies gruppen å være kommutativ eller abelsk.<br />
Akkurat som for reelle tall kan vi definere potenser av et element rekursivt:<br />
0<br />
g = e og<br />
n n 1<br />
g g g −<br />
= for n>0. Noen grupper består bare av det nøytrale elementet e og potenser av et<br />
element g, som i så fall kalles for en generator for gruppen. En slik gruppe sies å være<br />
2 3<br />
egg , , , g ,... . En gruppe G kan ha et endelig<br />
syklisk. En syklisk gruppe er altså på formen { }<br />
antall elementer, og dette antallet kalles i så fall ordenen til gruppen og skrives G eller<br />
ord G . En endelig syklisk gruppe av orden n er da på formen { } 1 n<br />
eg , , , g −<br />
Sykliske grupper er nødvendigvis kommutative:<br />
… , der<br />
m n m+ n n+ m n m<br />
g g = g = g = g g .<br />
n<br />
g = e.<br />
4.1.1 Eksempel: ℤ<br />
Mengden av hele tall ℤ danner en gruppe med operasjonen +. Det nøytrale elementet er 0, og<br />
det inverse til n ∈ℤ er − n . ℤ er en uendelig syklisk, abelsk gruppe. Mengden av reelle tall<br />
ℝ er også en gruppe ved operasjonen +. Mengden av reelle tall modulo 2π danner også en<br />
ℝ ved gruppeoperasjonen xy , Mod( x y,2 π ) + ↦ .<br />
gruppe 2π<br />
4.1.2 Eksempel: n ℤ<br />
Mengden ℤ = { 0,1, … , n −1}<br />
danner en gruppe under operasjonen ( )<br />
n<br />
xy , ↦ Mod( x+ yn , )<br />
(eller resten ved divisjonen ( x+ y): n).<br />
Det nøytrale elementet er 0, og det inverse elementet<br />
til a er n-a. ℤ n er en endelig abelsk syklisk gruppe av orden n generert av 1.<br />
For endelige grupper kan vi sette opp en multiplikasjonstabell, for eksempel:<br />
MA-132 Geometri 77 Byrge Birkeland<br />
1<br />
g −
ℤ 0 1 2<br />
3 ℤ 0 1 2<br />
0 0 1 0 0 1 2<br />
1 1 0 1 1 2 0<br />
2 2 0 1<br />
Du kan da bruke denne tabellen til å finne ethvert produkt ved å ta første faktor fra første<br />
kolonne, andre faktor fra første rad og produktet ved ”krysspeiling” i tabellen. Du kan også<br />
finne den inverse til ethvert element g ved å lete etter det nøytrale element i den raden (eller<br />
kolonnen) der g er. Det inverse elementet finner du da i øverst i den tilsvarende kolonnen (evt.<br />
til venstre i den tilsvarende raden).<br />
4.1.3 Eksempel: Symmetrigrupper<br />
I vårt geometrikurs er det symmetrigrupper som er den viktigste anvendelsen av<br />
gruppebegrepet:<br />
2<br />
2 2<br />
La F være en plan figur, en delmengde av planet ℝ . En bijeksjon ϕ : ℝ → ℝ som er slik at<br />
ϕ ( F) = F kalles en symmetri av F. Mengden av symmetrier av F danner en gruppe ved<br />
funksjonssammensetning, symmetrigruppen til F.<br />
4.1.4 Eksempel: Rotasjoner<br />
1<br />
Mengden av rotasjoner omkring et fast punkt danner en gruppe S ved funksjons-<br />
Rot α står for rotasjon vinkelen α om origo, og vi har<br />
sammensetning. Hvis ( )<br />
α ( β) = α + β<br />
Rot( ) Rot Rot( ) . Gruppeoperasjonen tilsvarer da addisjonen i gruppen ℝ 2π av<br />
reelle tall modulo 2π , eventuelt ℝ 360 av reelle tall modulo 360, hvis vinkler måles i radianer.<br />
4.2 Oppgaver<br />
4.2.1<br />
Vis at hvis 1 g og 2<br />
4.2.2<br />
Undersøk om følgende er grupper.<br />
− − −<br />
1 2 2 1<br />
g er to elementer i en gruppe, så er ( ) 1 1 1<br />
g g = g g<br />
a. Mengden ℤ + av naturlige tall ved addisjon<br />
b. Mengden ℚ av rasjonale ved addisjon<br />
c. Mengden av 2× 2-matriser<br />
ved addisjon.<br />
d. Mengden av 2× 2-matriser<br />
ved matrisemultiplikasjon.<br />
e. Mengden av 2× 2 matriser<br />
multiplikasjon.<br />
⎛a11 a12<br />
⎞<br />
⎜<br />
a a<br />
⎟<br />
⎝ 21 22 ⎠<br />
slik at a11a22 −a21a12 ≠ 0 ved matrise-<br />
MA-132 Geometri 78 Byrge Birkeland
4.2.3<br />
+<br />
a⋅b I mengden ℚ av rasjonale tall >0 er det definert en binær operasjon ved at a b = .<br />
2<br />
+<br />
Vis at ℚ blir en gruppe ved denne operasjonen. Hva blir det nøytrale element? Hva blir det<br />
inverse av g<br />
4.2.4<br />
+<br />
∈ ℚ ?<br />
Vis at hvis ( , )<br />
ba = c a⇒ b = c.<br />
4.2.5<br />
Vis hvis ( , )<br />
G er en gruppe, så gjelder forkortingslovene: ab = a c⇒ b = c og<br />
G er en gruppe, så har ligningene a x = b og x a = b entydige løsninger i G.<br />
4.2.6<br />
Vis at det bare kan være ett nøytralt element i en gruppe, og at det inverse til et gitt element er<br />
entydig bestemt.<br />
4.2.7<br />
⎛a0⎞ La G være mengden av 2× 2-matriser<br />
på formen ⎜<br />
0 b<br />
⎟,<br />
der a og b er 1 eller -1. Vis at G er<br />
⎝ ⎠<br />
en gruppe ved matrisemultiplikasjon, og sett opp en multiplikasjonstabell.<br />
4.2.8 Lenker til løsningsforslag<br />
1 2 3 4 5 6 7<br />
4.3 Permutasjoner<br />
La An= {1,2, … , n}<br />
. En permutasjon av n A er en avbildning : σ An → An<br />
som er 1-1 og på.<br />
Det betyr at til hvert element x∈ Ani<br />
n A tilordnes ett og bare element ( ) σ x ∈ An.,<br />
og<br />
omvendt: Til hvert element y∈ Anfins<br />
det ett og bare ett element x An<br />
y = σ x .<br />
Det betyr å arrangere de n tallene i en eller annen rekkefølge. Det er et kjent resultat fra<br />
n! = n n−1 n−2<br />
⋯ 321 ⋅ ⋅ måter.<br />
elementær kombinatorikk at dette kan gjøres på nøyaktig ( )( )<br />
∈ slik at ( )<br />
Mengden av slike permutasjoner kalles den symmetriske gruppen S n på n bokstaver. En<br />
permutasjon oppgis ofte ved at man setter opp en matrise med 2 rader. I første rad står tallene<br />
1,2, … ,ni<br />
den naturlige rekkefølgen. I andre rad står bildene av tallene ved permutasjonen.<br />
{ }<br />
Elementene i den symmetriske gruppen Sn er altså permutasjoner, som er bijektive<br />
avbildninger av n A på seg selv. Gruppeoperasjonen i Sn er funksjonssammensetning.<br />
MA-132 Geometri 79 Byrge Birkeland
4.3.1 Eksempel<br />
⎛1 ⎜<br />
⎝3 2<br />
1<br />
3⎞<br />
2<br />
⎟ er den permutasjonen som avbilder 1 på 3, 2 på 1 og 3 på 2. Vi kan spesielt se på<br />
⎠<br />
⎛1 permutasjonen ⎜<br />
⎝2 2<br />
3<br />
3<br />
4<br />
…<br />
…<br />
n⎞<br />
1<br />
⎟,<br />
som kalles en syklisk permutasjon, og ofte noteres<br />
⎠<br />
1 2 3 … n .<br />
( )<br />
4.3.2 Eksempel<br />
⎛1 ρ1<br />
= ⎜<br />
⎝2 2<br />
3<br />
3<br />
4<br />
4⎞<br />
⎛1 1<br />
⎟,<br />
ρ2<br />
= ⎜<br />
⎠ ⎝4 2<br />
3<br />
3<br />
2<br />
4⎞<br />
⎛1 1<br />
⎟.<br />
Da er ρ1 ρ2<br />
= ⎜<br />
⎠<br />
⎝1 2<br />
4<br />
3<br />
3<br />
4⎞<br />
2<br />
⎟,<br />
som vi kan<br />
⎠<br />
ρ2 ρ1<br />
ρ2 ρ1<br />
ρ2 ρ1<br />
ρ2 ρ1<br />
”beregne” slik: 1⎯⎯→4⎯⎯→ 1,<br />
2⎯⎯→3⎯⎯→ 4,<br />
3⎯⎯→2⎯⎯→ 3,<br />
4⎯⎯→1⎯⎯→ 2.<br />
⎛1 2 3 4⎞<br />
Det nøytrale elementet er identitetsavbildningen, som for S4 kan skrives ⎜<br />
1 2 3 4<br />
⎟,<br />
og vi<br />
⎝ ⎠<br />
kan finne den inverse til en permutasjon ved å lese matrisen ”nedenfra og opp”: Hvis P er<br />
matrisen til en permutasjon som vi skal invertere, setter vi opp en ny matrise Q med 2 rader<br />
og med tallene 1,2,…,n i første rad. Så finner vi 1 i andre rad av P, og ser hvilket tall som står<br />
over dette i første rad. Dette tallet setter vi så under 1 i Q. Vi gjør så tilsvarende med 2 osv.<br />
−1 −1<br />
⎛1 2 3 4⎞ ⎛1 2 3 4⎞ ⎛1 2 3 4⎞ ⎛1 2 3 4⎞<br />
F. eks. er ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟, ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟<br />
⎝4 3 2 1⎠ ⎝4 3 2 1⎠ ⎝3 4 2 1⎠ ⎝4 3 1 2⎠<br />
4.4 Den n-te dihedrale gruppen<br />
En regulær n-kant har n rotasjonssymmetrier, nemlig rotasjonene vinklene 2π<br />
n ⋅ i for<br />
i = 0,1,..., n−<br />
1.<br />
I tillegg har den n speilsymmetrier om diagonalene gjennom origo hvis n er et<br />
partall og midtnormalene på sidene. Symmetrigruppen for den regulære n-kanten kalles den<br />
dihedrale gruppen D n . Vi kan identifisere disse symmetriene med de tilsvarende<br />
permutasjonene av hjørnene.<br />
Symmetrigruppen til den regulære n-kanten kalles for den dihedrale gruppen Dn og består<br />
av n rotasjoner og n speilinger om linjer gjennom origo som danner vinkelen π / n<br />
(180° n )med hverandre.<br />
4.4.1 Eksempel: D4<br />
For en regulær firkant, altså et kvadrat, har vi følgende<br />
symmetrier:<br />
R<br />
R<br />
R<br />
0<br />
1<br />
2<br />
⎛1 = ⎜<br />
⎝1 2<br />
2<br />
3<br />
3<br />
4⎞<br />
4<br />
⎟,<br />
identitetsavbildningen,<br />
⎠<br />
⎛1 = ⎜<br />
⎝2 2<br />
3<br />
3<br />
4<br />
4⎞<br />
1<br />
⎟,<br />
rotasjon 90°<br />
⎠<br />
⎛1 = ⎜<br />
⎝3 2<br />
4<br />
3<br />
1<br />
4⎞<br />
2<br />
⎟,<br />
rotasjon 180° ,<br />
⎠<br />
MA-132 Geometri 80 Byrge Birkeland<br />
3<br />
S4<br />
y<br />
R2<br />
2<br />
R3<br />
4<br />
R1<br />
S3<br />
S2<br />
1<br />
S1<br />
x
⎛1 R3<br />
= ⎜<br />
⎝4 2<br />
1<br />
3<br />
2<br />
4⎞<br />
3<br />
⎟,<br />
rotasjon 270°,<br />
⎠<br />
⎛1 S1<br />
= ⎜<br />
⎝1 2<br />
4<br />
3<br />
3<br />
4⎞<br />
⎛1 2<br />
⎟,<br />
speiling om x-aksen, S2<br />
= ⎜<br />
⎠<br />
⎝2 2<br />
1<br />
3<br />
4<br />
4⎞<br />
3<br />
⎟,<br />
speiling om linja y=x,<br />
⎠<br />
⎛1 S3<br />
= ⎜<br />
⎝3 2<br />
2<br />
3<br />
1<br />
4⎞<br />
⎛1 4<br />
⎟,<br />
speiling om y-aksen, S4<br />
= ⎜<br />
⎠<br />
⎝4 2<br />
3<br />
3<br />
2<br />
4⎞<br />
1<br />
⎟,<br />
speiling om linja y=-x.<br />
⎠<br />
Vi kan nå sette opp en multiplikasjonstabell for gruppen D4:<br />
D4 I R1 R2 R3 S1 S2 S3 S4<br />
I I R1 R2 R3 S1 S2 S3 S4<br />
R1 R1 R2 R3 I S2 S3 S4 S1<br />
R2 R2 R3 I R1 S3 S4 S1 S2<br />
R3 R3 I R1 R2 S4 S1 S2 S3<br />
S1 S1 S4 S3 S2 I R3 R2 R1<br />
S2 S2 S1 S4 S3 R1 I R3 R2<br />
S3 S3 S2 S1 S4 R2 R1 I R3<br />
S4 S4 S3 S2 S1 R3 R2 R1 I<br />
4.5 Undergrupper<br />
I tabellen ovenfor legger vi merke at hvis vi multipliserer sammen to rotasjoner, blir resultatet<br />
alltid selv en rotasjons. En slik mengde galles en undergruppe.<br />
La { G, } være en gruppe. En delmengde H ⊆ G kalles en undergruppe av G hvis den er<br />
lukket under gruppeoperasjonen og inversjon, dvs. vi har alltid g h∈H og<br />
g∈ H og h∈ H .<br />
−1 g ∈ H hvis<br />
Vi har da at mengden av rotasjoner Sn av den regulære n-kanten er en undergruppe av den<br />
dihedrale gruppen Dn. Den er en syklisk gruppe, og derfor en syklisk undergruppe av Dn. Vi<br />
har også andre undergrupper med bare to elementer, én for hver av speilingene:<br />
I, S , IS , , I, S , IS , .<br />
{ } { } { } { }<br />
1 2 3 4<br />
4.6 Homomorfier og isomorfier<br />
En homomorfi er en avbildning mellom grupper ϕ : ( G, ) →(<br />
H,*<br />
) slik at<br />
ϕ( g1 g2) = ϕ( g1) * ϕ(<br />
g2)<br />
i H er bildet av nøyaktig ett element i G), kalles en isomorfi. ( G, ) og ( ,* )<br />
isomorfe.<br />
.En homomorfi som er bijektiv (dvs. som er slik at hvert element<br />
H sies da å være<br />
En homomorfi bevarer altså gruppeoperasjonene i de to gruppene. Det er vanlig å identifisere<br />
to grupper som er isomorfe, siden de har like mange elementer, og oppfører seg nøyaktig likt<br />
ved gruppeoperasjonen.<br />
MA-132 Geometri 81 Byrge Birkeland
4.6.1 Eksempel<br />
Avbildningen ϕ : → S<br />
1<br />
ℝ definert ved at t Rot ( t)<br />
( x 2 ) ( x)<br />
1<br />
S kan skrives som ( t )<br />
↦ er slik at ϕ( x y) ϕ( x) ϕ(<br />
y)<br />
+ = og<br />
ϕ + π = ϕ<br />
1<br />
. Det betyr at ϕ kan betraktes som en homomorfi 2π<br />
S → ℝ . Enhver<br />
rotasjon i<br />
ϕ for en t ∈ [ 0,2π<br />
) , så ϕ er en isomorfi.<br />
4.6.2 Eksempel<br />
Mengden ℝ av reelle tall er en gruppe ved addisjon. Mengden ℝ + av reelle tall >0 er en<br />
gruppe ved multiplikasjon. Vi kan definere en isomorfi ℝ → ℝ + ved hjelp av<br />
x<br />
eksponentialfunksjonen x ↦ e . At dette er en homomorfi følger av regneregelen<br />
x+ y x y<br />
e = e ⋅ e . Den er også en bijeksjon med invers funksjon den naturlige<br />
logaritmefunksjonen x ↦ ln x.<br />
4.6.3 Eksempel<br />
Mengden av rotasjoner om et fast punkt er<br />
sekskanten er en syklisk undergruppe av<br />
med ℤ 6 .<br />
4.6.4 Eksempel<br />
1<br />
S . Rotasjonssymmetriene av den regulære<br />
1<br />
S som er generert av ( 3 )<br />
Rot π , og den er isomorf<br />
⎛1 La oss se på en syklisk permutasjon σ = ⎜<br />
⎝2 2<br />
3<br />
3<br />
4<br />
4⎞<br />
1<br />
⎟ og så danne alle mulige potenser av<br />
⎠<br />
2 ⎛1 denne: σ = ⎜<br />
⎝4 2<br />
1<br />
3<br />
2<br />
4⎞<br />
3 ⎛1 3<br />
⎟,<br />
σ = ⎜<br />
⎠ ⎝4 2<br />
1<br />
3<br />
2<br />
4⎞<br />
4 ⎛1 3<br />
⎟,<br />
σ = ⎜<br />
⎠ ⎝1 2<br />
2<br />
3<br />
3<br />
4⎞<br />
= I<br />
4<br />
⎟ , eller identitets-<br />
⎠<br />
m n<br />
avbildningen. Disse vil danne en syklisk undergruppe av S 4 , og vi har σ σ<br />
Mod( m+ n,4)<br />
= σ ,<br />
( ) 1 −<br />
n 4−n<br />
σ = σ . Men det betyr at denne gruppen er isomorf med ℤ 4 . Generelt er undergruppen<br />
⎛1 2 ⋯ n ⎞<br />
av potenser av den sykliske permutasjonen ⎜<br />
2 3 1<br />
⎟en<br />
undergruppe av S n som er<br />
⎝ ⋯ ⎠<br />
isomorf med ℤ n . Men denne er også isomorf med en symmetrigruppe generert av en rotasjon<br />
vinkel 2 π /n.<br />
4.6.5 Eksempel<br />
⎛1 Permutasjonen S = ⎜<br />
⎝2 2<br />
1<br />
3<br />
3<br />
4⎞<br />
3<br />
⎟ tilsvarer en speiling av et kvadrat. Siden<br />
⎠<br />
en syklisk undergruppe av den symmetriske gruppen S4.<br />
4.7 Oppgaver<br />
2<br />
S I<br />
4.7.1<br />
Gitt følgende permutasjoner:<br />
⎛1 2 3 4 5 6⎞ ⎛1 2 3 4 5 6⎞ ⎛1 2 3 4 5 6⎞<br />
σ = ⎜ , ,<br />
3 1 4 5 6 2<br />
⎟ τ = ⎜ µ<br />
2 4 1 3 6 5<br />
⎟ = ⎜<br />
5 2 4 3 1 6<br />
⎟<br />
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠<br />
2<br />
2<br />
−2 −1 Finn (a) τ σ , (b) τ σ , (c) µ σ , (d) σ τ , (e) σ τ <br />
σ<br />
= , er { IS , }<br />
MA-132 Geometri 82 Byrge Birkeland
4.7.2<br />
⎛1 2 3 4 5⎞<br />
La ρ være permutasjonen ⎜<br />
2 4 5 1 3<br />
⎟.<br />
Beregn<br />
⎝ ⎠<br />
2 3 4 5<br />
ρ , ρ , ρ , ρ og<br />
4.7.3<br />
Skriv opp permutasjonene i den dihedrale symmetrigruppen D3 for den regulære trekanten, og<br />
sett opp en multiplikasjonstabell for den.<br />
4.7.4<br />
Hva er symmetrigruppen for et rektangel? Sett opp en multiplikasjonstabell.<br />
MA-132 Geometri 83 Byrge Birkeland<br />
6<br />
ρ .<br />
4.7.5<br />
Hva er symmetrigruppen for en rombe (en firkant der alle sidene er like lange)?<br />
4.7.6<br />
Hva er symmetrigruppen for et generelt parallellogram?<br />
4.7.7 Lenker til løsningsforslag<br />
1 2 3 4 5 6
5 Isometrier og similariteter<br />
Vi har gjennomgått definisjonen og de grunnleggende egenskapene til isometrier i avsnitt 1.3.<br />
I dette avsnittet skal vi studere isometrier nærmere, og spesielt se på symmetrier av en plan<br />
figur.<br />
5.1 Fikspunkt og fikslinjer<br />
La<br />
2 2<br />
U: ℝ →ℝ<br />
er en avbildning av planet på seg selv.<br />
Definisjon 5.1.1<br />
2<br />
A ∈ ℝ kalles et fikspunkt hvis U( A) = A<br />
2<br />
En linje ℓ⊆ℝ kalles en fikslinje hvis ( )<br />
En linje<br />
U =<br />
U ℓ = ℓ<br />
2<br />
ℓ⊆ℝ kalles en fikspunktlinje hvis ℓ er en fikslinje bestående av fikspunkter:<br />
( ℓ) ℓ og ( )<br />
U P = P for alle P ∈ ℓ<br />
En isometri kalles direkte hvis den bevarer omløpsretningen på en trekant.<br />
En isometri kalles motsatt hvis den snur omløpsretningen på en trekant<br />
5.2 Fire typer av isometrier<br />
5.2.1 Speilinger om en rett linje<br />
La m være en linje i planet, P et punkt. Speilbildet av P om m<br />
konstrueres slik: Du konstruerer normalen n fra P på m.<br />
Skjæringspunktet mellom m og n er F. På motsatt side av m<br />
avsettes avstanden PF, slik at vi får et punkt P’ slik at<br />
PF=FP’. Altså: P’ er bestemt ved at PP'⊥ m og<br />
d( PF , ) = d( FP , ') . Avbildningen P ↦ P'noteres<br />
S m fra nå<br />
av. En speiling er en motsatt isometri med speilaksen m som<br />
fikspunktlinje. I forrige kapittel så vi at matrisen til en speiling<br />
om en linje gjennom origo som danner vinkelen u med den<br />
⎛cos2u sin2u<br />
⎞<br />
positive x-aksen, er ⎜<br />
sin2u − cos2u<br />
⎟<br />
⎝ ⎠<br />
5.2.2 Rotasjon om et punkt<br />
Gitt en vinkel θ, rotasjonsvinkelen, og et punkt O, rotasjonssenteret. Hvis P er et punkt i<br />
planet, konstrueres bildet av P ved rotasjon vinkelen θ om O ved at man avsetter vinkelen θ<br />
fra linjestykket OP og deretter slår en sirkel om O med radius OP, slik at altså ∠ POP ' = θ og<br />
OP = OP ' . Avbildningen P ↦ P'noteres<br />
R θ eller om nødvendig RO θ . En rotasjon er en<br />
direkte isometri med rotasjonssenteret som fikspunkt. Det er ingen fikslinjer eller<br />
fikspunktlinjer. En rotasjon vinkel v kan settes sammen av to speilinger som danner vinkelen<br />
v/2 med hverandre. Se figuren til høyre nedenfor. Fra forrige kapittel vet vi at matrisen til en<br />
⎛cosv −sin<br />
v⎞<br />
rotasjon vinkelen v er Rv<br />
= ⎜<br />
sinv cosv<br />
⎟.<br />
⎝ ⎠<br />
MA-132 Geometri 84 Byrge Birkeland<br />
m<br />
P<br />
n<br />
F<br />
P'
u u<br />
O<br />
P'<br />
Ru<br />
P<br />
v/2 v P"<br />
5.2.3 Translasjon<br />
Gitt en vektor a. Det translaterte bildet P’ av et punkt P vektoren a<br />
<br />
er da definert ved at PP ' = a . Avbildningen P ↦ P'noteres<br />
Ta fra<br />
nå av. Vektoren a kalles translasjonsvektoren, En translasjon er en<br />
direkte isomorfi uten fikspunkt. Enhver linje parallell med<br />
translasjonsvektoren er en fikslinje, men ikke fikspunktlinje.<br />
I forrige underavsnitt så vi at sammensetningen av to<br />
speilinger om to linjer gjennom samme punkt O er en<br />
rotasjon omkring dette punktet. Translasjoner kan også<br />
skrives som produktet av to speilinger, men nå omkring to<br />
parallelle speilakser. De to speilaksene står normalt på<br />
translasjonsvektoren og har avstand lik halve lengden av<br />
translasjonsvektoren.<br />
En translasjon kan ikke uttrykkes ved hjelp av 2× 2-<br />
matrise, men vi så i avsnitt 3.2.5 hvordan den kan uttrykkes<br />
⎛1 0 a⎞<br />
ved hjelp av<br />
⎜<br />
3× 3−matrisen<br />
0 1 b<br />
⎟<br />
⎜ ⎟<br />
i homogene<br />
⎜0 0 1⎟<br />
⎝ ⎠<br />
koordinater, der (a,b) er translasjonsvektoren.<br />
5.2.4 Gliderefleksjon<br />
En gliderefleksjon er sammensetningen av en<br />
speiling og en translasjon langs en vektor a<br />
som er parallell med symmetriaksen m for<br />
speilingen. En gliderefleksjon er en motsatt<br />
isometri uten fikspunkt, men med speilaksen<br />
som fikslinje, men ikke fikspunktlinje.<br />
Gliderefleksjoner kan ikke uttrykkes som en<br />
2× `2 −matrise, siden den inneholder en<br />
translasjon, men vi kan uttrykke den ved hjelp av homogene koordinater og 3× 3-matriser.<br />
MA-132 Geometri 85 Byrge Birkeland<br />
v/2<br />
P'<br />
P<br />
l<br />
P<br />
S1<br />
P<br />
m<br />
a<br />
T<br />
a<br />
a<br />
S2<br />
a<br />
P'<br />
P'
5.3 Klassifikasjon av isometrier<br />
5.3.1 Isometrier med fikspunkt<br />
Vi skal nå klassifisere isometrier ved hjelp av opplysninger om isometrien har fikspunkt,<br />
fikslinje, fikspunktlinje, og om de er direkte eller motsatte.<br />
Teorem 5.3.1. Hvis U er en isometri med minst to fikspunkter A og B,<br />
gjelder:<br />
1. U er identitetsavbildningen, hvis U er direkte.<br />
2. U er en speiling om linja ( AB , )<br />
ℓ , hvis U er motsatt.<br />
Bevis. Velg en trekant ABC. Når A og B er fikspunkt, avbildes ∆ ABC<br />
på en trekant ∆ ABC ' , slik at d( AC , ') = d( AC , ) og<br />
D<br />
( BC ) ( BC)<br />
d , ' = d , . Det gir to muligheter for C’: C eller D, jfr.<br />
figuren. Hvis C’ er C, har vi identitetsavbildningen. Hvis C’ er D, har<br />
ℓ AB , .<br />
C<br />
vi en speiling om ( )<br />
Teorem 5.3.2. Hvis en isometri U har minst ett fikspunkt A, er<br />
1. U en rotasjon om U, hvis U er direkte<br />
2. U en speiling om en linje gjennom A, hvis U er motsatt<br />
Bevis. Velg en trekant ABC, der A er fikspunktet.<br />
1<br />
Anta først at U er direkte, og la θ =∠ BAB'<br />
. La R være rotasjonen om A vinkelen θ . R − er<br />
-1<br />
da rotasjon vinkelen − θ , og dette er en direkte isometri. R U er da en direkte isometri som<br />
-1<br />
har A og B som fikspunkt. Etter teorem 5.3.1 er da R U=I, og U=R.<br />
Anta så at U er motsatt. La m være<br />
halveringslinja for ∠ BAB'<br />
, og la S være<br />
speiling om m. S er da en motsatt<br />
isometri, og SU blir en direkte isometri<br />
med to fikspunkt A og B. Etter teorem 4<br />
-1<br />
er da SU=I, og U=S =S.<br />
Isometriene med minst ett fikspunkt er<br />
altså enten en rotasjon om dette<br />
fikspunktet eller en speiling om en linje<br />
gjennom dette punktet. Vi kan anta at<br />
A B<br />
fikspunktet er origo O:(0,0). I kapittel 3 om matriser så vi at matrisen til et en slik isometri<br />
⎛cosθ enten på formen Rθ = ⎜<br />
⎝sinθ −sinθ⎞<br />
cosθ<br />
⎟ for en rotasjon vinkelen θ eller<br />
⎠<br />
⎛cosα Sα = ⎜<br />
⎝sinα sinα<br />
⎞<br />
α<br />
−cosα<br />
⎟ for speiling om en linje som danner vinkelen med x-aksen..<br />
⎠<br />
2<br />
C'<br />
MA-132 Geometri 86 Byrge Birkeland<br />
B'<br />
C<br />
A<br />
B<br />
B'<br />
A B
5.4 Isometrier uten fikspunkt<br />
En isometri uten fikspunkt er enten en translasjon eller en gliderefleksjon:<br />
Teorem 5.4.1: En isometri U uten fikspunkt er<br />
(i) en translasjon hvis den er direkte og<br />
(ii) en gliderefleksjon hvis den er motsatt.<br />
Bevis. Velg en trekant ∆ ABC , som U avbilder på en kongruent<br />
trekant ∆ ABC ' ' '.<br />
vi. Anta at U er direkte. La L være midtnormalen på linjestykket AA’,<br />
og la S være speiling om L. SU er da en motsatt isometri med A<br />
som fikspunkt. Den er dermed en speiling S’: SU = S.<br />
Dermed er<br />
−1<br />
U = S S'= SS'.<br />
Siden U ikke har fikspunkt, må da U være en translasjon.<br />
<br />
1<br />
vii. Anta at U er motsatt., og la T være translasjon vektoren AA'<br />
. T U<br />
−<br />
er da en motsatt<br />
1<br />
isometri med A som fikspunkt. T U<br />
−<br />
A'<br />
er derfor en speiling<br />
−1<br />
S om en linje L: T U = S.<br />
Da er U = TS . La L2 være<br />
U(L)<br />
midtparallellen mellom L og U(L). La T” være<br />
<br />
translasjonen<br />
<br />
vektoren<br />
<br />
AF<br />
<br />
og T’ translasjonen vektoren<br />
FA'<br />
. Siden AA'= AF + FA',<br />
er<br />
U = TS = ( T" T') S = T" ( T' S) = T" ( ( S" S) S) = T" S"<br />
Det<br />
<br />
er en gliderefleksjon om L2 vektoren AF .<br />
A<br />
A' M<br />
L<br />
Korollar 5.4.2. Enhver plan isometri kan skrives som et produkt av høyst tre speilinger.<br />
Eller ekvivalent: Gruppen av plane isometrier er generert av speilingene.<br />
Vi kan nå oppsummere resultatene om isometrier i følgende tabell:<br />
De plane<br />
isometriene<br />
Med fikspunkt Uten fikspunkt<br />
Direkte Rotasjon= Produktet av to<br />
speilinger<br />
Translasjon=<br />
Produktet av to speilinger<br />
Motsatt Speiling Gliderefleksjon=<br />
Produktet av tre speilinger<br />
Denne tabellen er nøkkelen til å løse mange av oppgavene i dette stoffet: Som regel er det<br />
enkelt å avgjøre om en isometri er direkte eller motsatt, f. eks. ved å telle antallet speilinger i<br />
en sammensetning. Når det er gjort, må du se etter fikspunkt for å avgjøre hvilken kolonne<br />
vedkommende isometri skal plasseres i. Så må du finne eventuelle rotasjonssentre, rotasjonsvinkel,<br />
translasjonsvektor, speilsymmetriakse, alt etter hva slags isometri du er kommet til at<br />
du har fått oppgitt.<br />
MA-132 Geometri 87 Byrge Birkeland<br />
A<br />
L
5.5 Oppgaver<br />
5.5.1<br />
Bruk matriseregning til å vise at en rotasjon er produktet av to speilinger.<br />
5.5.2<br />
Bruk matriseregning med homogene koordinater til å vise at en translasjon er sammensetning<br />
av to speilinger.<br />
5.5.3<br />
Bruk matriseregning med homogene koordinater til å finne matrisen til en gliderefleksjon.<br />
5.5.4<br />
La R α være rotasjon om origo vinkel α , og S β speiling om en linje gjennom origo som<br />
danner vinkelen β med den positive x-aksen. Bestem avbildningene<br />
(a) Rα Rβ<br />
,<br />
5.5.5<br />
Hvis<br />
2<br />
Rα ,<br />
⎛a b⎞<br />
A = ⎜<br />
c d<br />
⎟<br />
⎝ ⎠<br />
a. Vis at hvis<br />
R α<br />
,<br />
− 1<br />
, (b) Sα Sβ<br />
2<br />
Sα ,<br />
S α<br />
− 1<br />
, (c) Rα Sβ<br />
er en 2× 2-matrise,<br />
er den transponerte<br />
T<br />
A⋅ A = I,<br />
så er A enten på formen<br />
⎛cosα sinα<br />
⎞<br />
Sα = ⎜<br />
sinα −cosα<br />
⎟.<br />
⎝ ⎠<br />
b. Vis at ( ) T T T<br />
A B B A<br />
⋅ = ⋅ og ( ) T<br />
T<br />
A = A<br />
c. Vis at alle de reelle 2× 2-matrisene<br />
som er slik at<br />
matrisemultiplikasjon<br />
, S R<br />
β α<br />
T<br />
A definert ved at<br />
T ⎛a c⎞<br />
A = ⎜<br />
b d<br />
⎟<br />
⎝ ⎠<br />
⎛cosθ −sinθ⎞<br />
Rθ = ⎜<br />
sinθ cosθ<br />
⎟ eller på formen<br />
⎝ ⎠<br />
T<br />
A⋅ A = I,<br />
danner en gruppe ved<br />
d. Vis at gruppen i c. er isomorf med gruppen av plane isometrier med fast fikspunkt.<br />
5.5.6<br />
Vi bruker følgende betegnelser for kongruens-avbildninger eller isometrier:<br />
La l være en gitt linje. Da lar vi S l eller enklere L bety speiling i linja l.<br />
La O være et gitt punkt og v en gitt vinkel. Da lar vi RO vinkel lik v i positiv dreieretning (mot urviserne).<br />
MA-132 Geometri 88 Byrge Birkeland<br />
v<br />
betegne rotasjon om punktet O en<br />
La α være en geometrisk vektor, et linjestykke med retning. Da lar vi T α betegne<br />
parallellforskyvningen bestemt ved vektoren α .<br />
Hvis X og Y er to isometrier, lar vi XY bety den sammensatte isometrien ved at Y brukes først,<br />
og så X.<br />
Vis følgende:<br />
a. Er S en speiling, så er S 2 = I
. Er l og m to linjer som skjæres i et punkt P, og der ∠(l, m) = v så er produktet av de to<br />
2v<br />
speilingene ML = RP u<br />
v<br />
c. Er RP og RQ to rotasjoner så er produktet en rotasjon med rotasjonsvinkel (u + v).<br />
u v w<br />
Altså: RQ RP = RK Vis dette, og vis at w = u + v. Bestem sentrum K.<br />
5.5.7 Fra Eksamen mai 2000, oppgave 3b<br />
Gitt to linjer l og m som skjærer hverandre i et punkt A. Vinkelen mellom, ( lm , )<br />
∠ , er 60° .<br />
Et annet punkt B ligger også på l, og i den rettvinklede trekanten ABC er ∠ ABC = 60°,<br />
slik<br />
figuren viser:<br />
A<br />
60.0 °<br />
m<br />
60.0 °<br />
C<br />
B<br />
l<br />
Sl er speiling om linja l, Sm er speiling om linja m, og<br />
Bestem følgende tre isometrier:<br />
(1) SmS l ( S l anvendt først) (2)<br />
60<br />
SmSR l A<br />
° (3)<br />
60<br />
R A<br />
° er rotasjon 60° om punktet A.<br />
R SS<br />
60°<br />
A l m<br />
5.5.8 Fra eksamen mai 1995, oppgave 2 b,c,d<br />
Gitt en linje ℓ og et punkt P. La S være speiling om ℓ , og la R være rotasjon om P 180° .<br />
a. Bestem RS (S anvendes først), SRS og RSR når P ligger på ℓ .<br />
b. Bestem RS, SRS og RSR når P ikke ligger på ℓ .<br />
c. Gitt en likebeint, rettvinkla trekant ∆ ABC med A 90<br />
∠ = °, og la = ( AC , )<br />
ℓ ℓ . Tegn den<br />
figuren som framkommer ved gjentatt bruk av R og S eller en kombinasjon av disse, når<br />
(i) P=A og når (ii) P=B.<br />
5.5.9<br />
Vis at produktet av to rotasjoner om to punkter A og B med A≠ B begge en vinkel π /2 er<br />
det samme som rotasjon en vinkel π om midtpunktet av et kvadrat med AB som side.<br />
5.5.10<br />
Gitt tre punkter O, P og P’ på ei linje l i planet. La T være en translasjon PO<br />
, og la S være<br />
speiling om midtnormalen på linjestykket OP’. Vis at ST (T anvendes først) er speiling om<br />
midtnormalen på linjestykket PP’. Bestem avbildningen STS.<br />
5.5.11<br />
I planet er gitt to punkter A= ( a,0)<br />
og B ( 0, b)<br />
= , der a > 0, b > 0,<br />
La G1 være<br />
<br />
gliderefleksjonen definert ved OA og x-aksen, og la G2 være gliderefleksjonen definert ved<br />
<br />
OB og y-aksen.<br />
a. Finn bildet av et vilkårlig punkt P(x,y) ved G1, G2 og sammensetningen G2 G1, der G1<br />
anvendes først.<br />
b. Vis at G2 G1 er en rotasjon 180° , og bestem rotasjonssenteret.<br />
MA-132 Geometri 89 Byrge Birkeland
5.5.12<br />
La A og B være to forskjellige punkter i planet. La R være rotasjon en vinkel v om punktet A<br />
som ikke er identitetsavbildningen og T en translasjon gitt ved at A avbildes på B.<br />
a. Vis at TR (der R anvendes først) er en rotasjon.<br />
b. Konstruer fikspunktet til TR, og vis at rotasjonsvinkelen er v.<br />
c. Vis at det fins en translasjon T’ slik at RT’=TR.<br />
5.5.13 Eksamen i MA-104 27.mai 2005<br />
<br />
a. Tegn en trekant ABC der ∠ C = 90 . Konstruer innsirkelen til trekanten, og kall sentrum i<br />
denne for I. Nedfell normalene fra I på hver av de tre sidene. Kall fotpunktene for<br />
normalene for hhv. A′ (på BC), B′ (på AC) og C′ (på AB).<br />
b. Vis at ∠ AIB = 135°.<br />
Vi skal se på følgende isometrier:<br />
• SA, SB, S C er speilinger om linjene hhv. AI, BI og CI<br />
• SAB, SBC, S AC er speilinger om sidene AB, BC og AC i trekanten<br />
• RA, RB, R C er rotasjoner hhv. ∠ A om A, ∠ B om B og ∠ C om C. Bruk positiv<br />
omløpsretning på alle rotasjonene.<br />
c. Hvordan kan rotasjonen A R kan skrives som et produkt av to speilinger, der S A er den ene<br />
av dem?<br />
d. Se på symmetrien SS B A ( S A anvendes først). Har denne symmetrien fikspunkt, og i så fall<br />
hvilket? Hva slags symmetri er det? Uttrykk symmetrien på en enkel måte.<br />
e. Uttrykk SCR C som en enkel isometri.<br />
f. Vis at RR A B = SS A B.<br />
Uttrykk også denne isometrien på en enkel måte.<br />
g. La T være isomorfien RRR A B C.<br />
Vis at B′ er et fikspunkt for T. Hvordan virker T?<br />
5.5.14 Eksamensoppgave mai 1998, oppgave 2<br />
Gitt et punkt S i planet og en linje l som ikke går gjennom S. Normalen fra S på l skjærer l i<br />
v<br />
G. R er rotasjon om S en vinkel v. Anta at R ( l) = l'.<br />
v<br />
S<br />
a. Hvorfor er vinkelen mellom l og l’ lik v: ( , ')<br />
S<br />
∠ ll = v?<br />
Utenpå de tre sidene i den spissvinklede trekanten ABC er det tegnet tre likesidede trekanter<br />
∆AC' B, ∆ BA'Cog ∆ CB'A. b. Vis, for eksempel ved å se på en rotasjon om A med rotasjonsvinkel v = 60°,<br />
at<br />
CC' BB'<br />
∠ CCBB ' , ' = 60°.<br />
Kall skjæringspunktet mellom C’C og BB’ for F.<br />
= og at ( )<br />
Vis at omsirkelen til ∆ AC'B går gjennom F.<br />
F kalles trekantens Fermatpunkt.<br />
c. Vis at ∠ AFC = 120°,<br />
og at firkanten AFCB’ er syklisk (dvs. at den har en omsirkel).<br />
Hvorfor er også ∠ CFB = 120°,<br />
og firkanten BA’CF også syklisk?<br />
Anta at symmetrisentrene i de tre likesidede trekantene ∆AC' B, ∆ BA'Cog ∆ CB'A er P, Q<br />
og R henholdsvis.<br />
MA-132 Geometri 90 Byrge Birkeland
d. Hvorfor er PQ normalt på BF? Hvorfor er ∆ PQR likesidet?<br />
5.5.15<br />
Lenker til løsningsforslag:<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14<br />
5.6 Symmetrigruppen til en plan begrenset figurer<br />
I det følgende skal vi benytte oss av følgende teorem, som vi her må godta uten bevis.<br />
Setning 5.6.1 La F være en plan begrenset figur. Da finnes det en minste sirkel C(F) slik at<br />
F ⊆ C<br />
En følge av denne setningen er:<br />
Setning 5.6.2 C(F) er invariant under symmetriene på F: Hvis F er en plan begrenset figur, og<br />
U er en symmetri av F, vil U(C(F))=C(F).<br />
Bevis. Anta at det fins en isometri U slik at<br />
U(F)=F og UCF ( ( )) ≠ CF ( ) . Men siden U er en<br />
isometri, må U(C(F)) være en sirkel, fordi<br />
avstandene til sentrum i sirklene C(F) hhv.<br />
U(C(F)) må være de samme. Vi må da ha et bilde<br />
som ser ut som på figuren til høyre. Både C(F)<br />
C(F)<br />
U(C(F))<br />
og U(C(F)) må omfatte figuren F. F må derfor<br />
være inneholdt i snittet mellom de to sirklene, og<br />
dette snittet vil være inneholdt i en sirkel D, som<br />
D<br />
må ha mindre diameter enn C(F), dersom de to sirklene C(F) og U(C(F)) ikke er identiske.<br />
Det er umulig, siden C(F) er den minste sirkelen som inneholder F. Derfor må<br />
U(C(F))=C(F), og sirkelens sentrum må være et fikspunkt for U.<br />
Sentrum i C(F) er altså felles fikspunkt for alle symmetriene på F. Av teorem 5.3.2 følger da:<br />
Setning 5.6.3 De mulige symmetrioperasjonene på en plan begrenset figur er rotasjoner om et<br />
fast punkt og speilinger om linjer gjennom dette punktet.<br />
Anta nå at F er en plan, begrenset og lukket figur. Lukket betyr at den innholder alle sine<br />
randpunkter: Hvis enhver sirkel med sentrum i et punkt P i planet inneholder et punkt fra F,<br />
ligger punktet P selv i F. Vi skiller da mellom to tilfeller: F er speilsymmetrisk eller F er ikke<br />
speilsymmetrisk.<br />
Tilfelle 1: F har ikke speilsymmetrier.<br />
Hvis F ikke har speilsymmetrier, må alle symmetrier være rotasjoner. F kan da ikke bestå av<br />
bare konsentriske sirkler eller områder begrenset av konsentriske sirkler, fordi F da ville være<br />
speilsymmetrisk om enhver akse gjennom sirklenes sentrum.<br />
Da vil enhver rotasjon være en symmetri, og symmetrigruppen vil være isomorf med gruppen<br />
ℝ , som er gruppen av reelle tall med gruppeoperasjon ( xy , ) ↦ Mod( x+ y,360)<br />
, resten<br />
360<br />
ved divisjonen (x+y)/360. Hvis vinkelen er målt i radianer, blir symmetrigruppen ℝ 2π .<br />
Da må det finnes en minste vinkel α slik at rotasjonen Rα er en rotasjonssymmetri for F.<br />
Hvis β ∈ [ 0,2π)<br />
er en annen vinkel slik at Rβ er en rotasjonssymmetri for F, kan vi bruke<br />
Euklids divisjonsalgoritme på paret ( , )<br />
αβ og skrive β = k⋅ α + r , der 0 ≤ r < α . Da er<br />
MA-132 Geometri 91 Byrge Birkeland
( )<br />
R = RR = RR = R R , og dette må også være en symmetri av F, siden<br />
1 k<br />
−k− r β −ka ⋅ β α β α<br />
symmetriene danner en gruppe. Men siden α er den minste vinkelen som gir<br />
rotasjonssymmetri, er dette bare mulig hvis r = 0 . Derfor må β = k ⋅ α , alle<br />
rotasjonssymmetrier må være på formen k R ⋅ α . Spesielt må 2 R ⋅ π være blant disse, så α må<br />
° 2π<br />
(eller hvis vinkelen er målt i radianer). Symmetrigruppen består da av<br />
være på formen 360<br />
n<br />
⎧⎪ ⎫⎪<br />
⎨R 360 ° | k∈{ 0,1,2,..., n−1}<br />
⎬<br />
k⋅<br />
⎪⎩ n<br />
⎪⎭<br />
R ↦ k .<br />
isomorfien 360°<br />
k⋅<br />
n<br />
Tilfelle 2: F har speilsymmetrier.<br />
n<br />
, og denne er isomorf med ℤ n av hele tall modulo n ved<br />
Det enkeleste tilfellet er når F har bare en speilsymmetri. Da består symmetrigruppen bare av<br />
denne speilsymmetrien i tillegg til identitetsavbildningen.<br />
Anta så at F har minst to speilsymmetrier S1 og S2, og anta at speilaksene skjærer hverandre i<br />
fikspunktet under en vinkel α . Vi har da at SS 2 1 = R2α, slik at F også må ha rotasjonssymmetrier.<br />
Det må da være en minste positiv vinkel som gir rotasjonssymmetri, og vi kan<br />
360°<br />
anta at 2α<br />
= er denne minste positive vinkelen. α er da den minst mulige positive<br />
n<br />
vinkelen mellom to speilakser. Symmetrigruppen består da av de n rotasjonene<br />
180°<br />
{ I, R2α, R4α, … , R2(<br />
n−1)<br />
α } samt de n speilingene { S1, S2, … , Sn}<br />
som danner vinkelen α =<br />
n<br />
med hverandre. Denne gruppen kalles som kjent den n-te dihedrale gruppen Dn.<br />
Endelig kan det tenkes at F består av bare konsentriske sirkler og områder begrenset av slike.<br />
Da er enhver rotasjon om senteret og enhver speiling om en linje gjennom senteret en<br />
symmetri, og symmetrigruppen er gruppen av alle isometrier med fast fikspunkt, som er<br />
T<br />
isomorf med gruppen O2 av alle 2× 2−matriser<br />
slik at A⋅ A = I,<br />
jfr. oppgave 5.5.5.<br />
V i resymerer resultatene fra dette avsnittet i følgende setning:<br />
Setning 5.6.3 La F være en plan, begrenset og lukket figur.<br />
1. Hvis F ikke bare består av konsentriske sirkler eller sirkelbånd, så er F’s symmetrigruppe<br />
gitt ved eller isomorf de endelige gruppene<br />
{I} hvis F ikke har noen symmetrier<br />
ℤ n hvis F bare har rotasjonssymmetrier og 360°<br />
er den minste positive vinkelen som gir<br />
n<br />
rotasjonssymmetri.<br />
D , den n-te dihedrale gruppen hvis F speilsymmetrier og rotasjonssymmetrier, og 360°<br />
n<br />
er den minste positive vinkelen som gir rotasjonessymmetri. D n består av n<br />
rotasjonssymmetrier og n speilsymmetrier om akser som danner vinkelen 180°<br />
med<br />
n<br />
hverandre.<br />
2. Hvis F består av konsentriske sirkler eller sirkelbånd, er symmetrigruppen hele O 2 ,<br />
gruppen av isometrier med fast fikspunkt.<br />
MA-132 Geometri 92 Byrge Birkeland<br />
n
5.7 Oppgaver<br />
Oppgaver som består i å finne symmetrigrupper til plane figurer, er blitt gitt regelmessig til<br />
eksamen i geometri. De er som regel enkle å løse. Her er et utvalg:<br />
5.7.1 Eksamensoppgave mai 1997, oppgave 3<br />
a. Hvilken symmetrigruppe har hver av disse skissene (tilnærmet)? Skissene er hentet fra<br />
arkitekturen.<br />
b. Betrakt følgende figur:<br />
Figuren har en rotasjonssymmetri R, med minste positiv<br />
vinkel. Hvor stor er denne vinkelen? Anta at symmetrien<br />
L er en speiling om linja l. Hvilke symmetrier er da RL<br />
og LR?<br />
c. Anta nå at R er en rotasjon en gitt vinkel v om et gitt<br />
punkt P. Anta også at T er en parallellforskyvning<br />
bestemt ved en gitt vektor a . Bestem da<br />
avbildningene TR (R anvendes først), RT og<br />
−1<br />
T RT .<br />
MA-132 Geometri 93 Byrge Birkeland<br />
n<br />
o<br />
p<br />
m<br />
l
5.7.2 Eksamen mai 1998, oppgave 2<br />
Bestem symmetrigruppene til hver av disse figurene:<br />
5.7.3 Eksamen mai 1999, oppgave 2<br />
d. Skriv ned symmetrigruppene til følgende figurer:<br />
e. Tegn inn det felles fikspunkt for isometriene i symmetrigruppa til figur G1 nedenfor. Gjør<br />
det tilsvarende for figur G2.<br />
G 1<br />
G 2<br />
MA-132 Geometri 94 Byrge Birkeland
5.7.4 Eksamen mai 2001, oppgave 3<br />
Skriv ned symmetrigruppene til hver av følgende seks figurer:<br />
5.7.5 Eksamen august 2003, oppgave 2<br />
a. Bestem symmetrigruppene til de seks figurene under:<br />
Gitt en trekant en trekant ABC = α , der hjørnet A har koordinater (1,1), B=(5,1) og C=(3,3).<br />
I x , x = − x , x I x , x = −x , − x I x , x = x , x − 4<br />
Gitt også isometriene: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )<br />
1 1 2 1 2 2 1 2 2 1 3 1 2 1 2<br />
b. Klassifiser isometriene ved å se på I ( ) , I ( )<br />
α α og I ( α ) .<br />
1 2<br />
c. Klassifiser homotetien S hvor S( x , x ) ( 3 x ,3x 6)<br />
1 2 1 2<br />
forstørrelsesfaktoren og sentrum til homotetien.<br />
MA-132 Geometri 95 Byrge Birkeland<br />
3<br />
= − . Det vil sis å finne
5.7.6 Mai 2005, oppgave 1<br />
Gitt en firkant ABCD med hjørner A:(4,0), B:(7,2), C:(5,4) og D:(2,1). Denne firkanten er<br />
motivet i en symmetrisk figur.<br />
a) Tegn figuren, når den skal være symmetrisk om origo og ha symmetrigruppe Z 4 .<br />
b) Tegn figuren, når den skal ha symmetrigruppe D 4 .<br />
c) Konstruer figuren, når den skal være symmetrisk om origo og ha symmetrigruppe Z 6 .<br />
d) Gitt symbolet . Skriv ned symmetrigruppen for symbolet, og oppgi koordinatene til<br />
et polygon som genererer symbolet ved denne symmetrigruppen.<br />
5.7.7 Mai 2007, Oppgave 4<br />
a. På svarark 3 er det gitt 12 figurer. Skriv ned symmetrigruppen for hver av figurene på<br />
svararket. Skriv korte begrunnelser for svarene. Marker på svararket eventuelle<br />
rotasjonssenter og speilsymmetriakser.<br />
S10<br />
S7<br />
S1<br />
S4<br />
S2<br />
S5<br />
S8 S9<br />
S11<br />
5.7.8 Lenker til løsningsforslag<br />
1 2 3 4 5 6 7<br />
MA-132 Geometri 96 Byrge Birkeland<br />
S3<br />
S6<br />
S12
5.8 Klassifikasjon av similariteter<br />
I avsnitt 1.5 gjennomgikk vi definisjoner og elementære egenskaper ved similariteter.<br />
Vi skal nå klassifisere similaritetene på tilsvarende måte som vi gjorde med isometrier.<br />
En similaritet som har tre fikspunkter som ikke ligger på linje, må være identitetsavbildningen,<br />
siden en similaritet er bestemt ved virkningen på en trekant. En similaritet som<br />
har to fikspunkt, bevarer avstanden mellom disse, og må derfor være en isometri. En ekte<br />
similaritet (dvs. med faktor ≠ 1)<br />
kan derfor ha høyst ett fikspunkt. Men den har også alltid<br />
minst ett fikspunkt:<br />
Setning 5.8.1 En similaritet som ikke er en isometri, har et fikspunkt.<br />
Bevis. La U være en similaritet med faktor k1, ser vi på følgen<br />
−n<br />
A P| n = 1,2,... .<br />
{ }<br />
Klassifikasjon av similariteter foregår nå ved hjelp av følgende setning:<br />
Setning 5.8.2 Anta at L er en similaritet med faktor k ≠ 1 med fikspunkt E. Da er L<br />
i. produktet av en rotasjon og en homoteti med felles fikspunkt E hvis L er direkte.<br />
ii. produktet av en speiling og en homoteti med felles fikspunkt E hvis L er motsatt<br />
Bevis. Vi velger en trekant ∆ ABC , som avbildes ved L på<br />
∆ AB'C'. Avsett AB”=AB langs AB’ og AC”=AC langs AC’.<br />
C"<br />
Trekantene ∆ ABC og ∆ AB" C"<br />
definerer entydig en isometri U<br />
B"<br />
med A som fikspunkt. Hvis nå Ak er homotetien med sentrum i<br />
A og faktor k, vil L og AkU ha samme virkning på trekanten<br />
ABC og derfor være like: L=AkU. Siden Ak er direkte, vil L<br />
være L være direkte eller motsatt etter som U er direkte eller<br />
motsatt.<br />
C'<br />
B'<br />
C<br />
Vi kan derfor stille opp et skjema som kan brukes til å<br />
A B<br />
klassifisere similariteter på samme måte som skjemaet for isometrier i avsnitt 5.4:<br />
De plane similaritetene Med fikspunkt Uten fikspunkt<br />
Direkte Produktet av rotasjon og<br />
homoteti med felles<br />
fikspunkt<br />
Motsatt Produktet av speiling og<br />
homoteti med felles<br />
fikspunkt<br />
Translasjon<br />
Gliderefleksjon<br />
5.8.1 Eksempel: Von Kochs snøflakkurve<br />
Fraktaler er et populært emne innenfor datagrafikk, og en klasse av fraktaler kan definerer ved<br />
hjelp av similariteter. Her er et eksempel. Vi starter med et linjestykke L med lengde 1 fra<br />
origo til punktet (1,0). Vi lar H være homotetien med sentrum i origo og faktor 1<br />
3 . Så<br />
definerer vi fire isometrier: I1=Identiteten, I2= Rotasjon 60° etterfulgt av translasjon vektor<br />
MA-132 Geometri 97 Byrge Birkeland
1 ( 3 ) ,0 , I3 = Rotasjon 60<br />
2 vektor ( ,0 ) .<br />
3<br />
1 1<br />
− ° etterfulgt av translasjon vektor ( 2 6 )<br />
Vi ser deretter på similaritetene T1⋅H, T2 ⋅H, T3 ⋅ H og T4⋅ H . Hvis vi<br />
nå bruker alle disse similaritetene etter tur på linjestykket L. Resultatet<br />
blir en figur som ser slik ut:<br />
I neste omgang anvender vi de samme similaritetene på den nye<br />
figuren:<br />
, 3 , og I4=Translasjon<br />
Slik fortsetter vi inntil vi ikke ser noen endring. I praksis betyr det at du kommer ned under<br />
oppløsningen som skjermen eller skriveren kan håndtere. Denne figuren heter von Kochs<br />
snøflakkurve (etter oppfinneren Helga von Koch), og er altså et eksempel på en fraktal. DE<br />
første seks av dem ser slik ut:<br />
Hvis vi lager tre kopier av den siste og avsetter dem langs sidene i en likesidet trekant, får vi<br />
en figur som ser slik ut, og som rettferdiggjør betegnelsen snøflakkurve:<br />
MA-132 Geometri 98 Byrge Birkeland
5.9 Oppgaver<br />
5.9.1<br />
a. Hva er matrisen til en homoteti med origo som sentrum og homotetifaktor k?<br />
b. Hva er matrisen til en homoteti med sentrum i (a,b) og faktor k?<br />
c. Undersøk fikspunkt og fikslinjer for en homoteti. Er en homoteti direkte eller motsatt?<br />
5.9.2<br />
Vis at mengden av homotetier med fast fikspunkt O danner en gruppe ved<br />
funksjonssammensetning, Begrunn at denne gruppen er isomorf med gruppen av reelle tall<br />
≠ 0 ved multiplikasjon.<br />
5.9.3<br />
Vis at de plane similaritetene utgjør en gruppe ved funksjonssammensetning, og at<br />
isometriene er en undergruppe av denne.<br />
5.9.4<br />
a. Gitt parabelen<br />
2<br />
y x<br />
parabelen ved homotetien H<br />
= og homotetien H ved at ( xy , ) ( 2,2 x y)<br />
↦ . Bestem bildet av<br />
b. Vis at det fins en homoteti med sentrum i oriogo som avbilder parabelen<br />
på parabelen<br />
2<br />
y = b⋅ x (b>0).<br />
2<br />
y = a⋅ x (a>0)<br />
c. Vis at hvis P1 og P2 er to vilkårlige parabler i planet, så fins det en similaritet f slik at<br />
f( P) = P .<br />
5.9.5<br />
1 2<br />
La t P være homotetien med sentrum i P og faktor t og Q u homotetien med sentrum i Q og<br />
faktor u. P og Q er to forskjellige punkter.<br />
a. Sett t=u=2. Angi på en tegning bildene av P og Q ved den sammensatte avbildningen<br />
QP, u t der P t anvendes først. Tegn også bildet av et punkt R som ikke ligger på linja PQ.<br />
b. Vis at QP u t er en homoteti, og bestemt sentrum og homotetifaktor for denne.<br />
c. Hva blir QP u t hvis<br />
t = 2, u =<br />
1<br />
2<br />
d. Bestem den minste transformasjonsgruppe som er slik at den inneholder alle t P og Q u for<br />
tu∈ , ℝ . Er denne gruppa abelsk?<br />
5.9.6 Lenker til løsningsforslag:<br />
1 2 3 4 5<br />
5.10 Bandmønstre<br />
I dette avsnittet skal vi se på enkeltperiodiske mønstre eller band-mønstre. Vi ser på figurer<br />
eller delmengder av planet som er ubegrenset i x-retningen, men begrenset av et intervall<br />
aa ,<br />
ℝ ×−aa<br />
, ; la oss kalle<br />
[ − ] i y-retningen. Figuren er altså en delmengde av mengden [ ]<br />
dette et bånd. x-aksen kalles i denne forbindelsen for lengdeaksen, og enhver linje parallell<br />
med y-aksen kalles en tverrakse. Hvis figuren bare består av vannrette linjer (dvs. linjer som<br />
er parallelle med x-aksen) vil enhver translasjon parallell med x-aksen være en symmetri av<br />
MA-132 Geometri 99 Byrge Birkeland
åndet. Symmetrigruppen vil da være isomorf med { ℝ ,+ } . Vi skal anta at båndet har et motiv<br />
som gjentas periodisk. Da finnes en minste lengde v slik at vektoren v = {,0} v er en<br />
translasjonssymmetri for båndet. Enhver annen translasjonssymmetri av båndet kan da skrives<br />
som k ⋅ v . Dette kan bevises ved hjelp av Euklids divisjonsalgoritme på samme måte som i<br />
ℤ ,+ . Men i tillegg kan vi kombinere med<br />
avsnitt 5.6. Symmetrigruppen er da isomorf med { }<br />
en eller flere av følgende isometrier, som alle har lengdeaksen som fikslinje:<br />
• Speiling om lengdeaksen<br />
• Gliderefleksjon om lengdeaksen<br />
• Speiling om tverrakser<br />
• Rotasjon 180° om et punkt på lengdeaksen.<br />
Følgende teorem (som vi her godtar uten bevis) gjelder:<br />
Setning 5.10.1. Det finnes nøyaktig 7 ulike båndmønstre, som er gitt i tabellen nedenfor:<br />
Eksempel<br />
Symmetrigruppe med<br />
generatorer<br />
r1: bare translasjoner: ℤ .<br />
I de andre har vi<br />
translasjoner og i tillegg<br />
I de andre båndmønstrene har vi translasjonssymmetriene fra gruppen r1 ≅ ℤ , men i tillegg<br />
andre symmetrier, som er beskrevet nedenfor:<br />
r11 - speiling om<br />
lengdeaksen, isomorf med<br />
ℤ × D1<br />
r11g – gliderefleksjon a/2<br />
langs lengdeaksen.<br />
Isomorf med ℤ<br />
r1m – og speilinger om to<br />
tverrakser i avstanden a/2.<br />
Isomorf med D.<br />
r2 – og halvrotasjon om<br />
cellens midtpunkt.<br />
Isomorf med D.<br />
A B<br />
m<br />
n<br />
r2mg – halvrotasjoner om<br />
A og speiling om tverrakse.<br />
Isomorf med D× ℤ 2<br />
r2mm – speiling om<br />
tverrakser i avstanden a/2<br />
og om lengdeaksen,<br />
isomorf med D×D 1<br />
Når vi skal tegne et bånd, bestemmer vi først symmetritypen etter tabellen ovenfor og ett eller<br />
flere motiver. Disse motivene utgjør det som kalles et fundamentalområde. For et gitt bånd<br />
kan fundamentalområde kan fundamentalområdet velges på mange måter. Vi må bare sørge<br />
for at det genererer alle figurene i båndet uten at noen del av det blir tegnet flere ganger. Så<br />
bruker vi symmetriene til å tegne båndet.<br />
MA-132 Geometri 100 Byrge Birkeland
Det er klart at symmetrigruppen r1 er isomorf med gruppen { ℤ ,+ } . La oss tilsvarende gå<br />
gjennom de sju tilfellene i tabellen ovenfor og vise eksempler. De to første eksemplene er<br />
laget med programmet Tess, resten med Cabri 2 Plus.<br />
5.10.1 Symmetrigruppen r1<br />
Som nevnt er symmetrigruppen isomorf med { ℤ ,+ } . Skal vi tegne et bånd med denne<br />
symmetrigruppen, må vi velge et motiv som ikke har noen symmetrier.<br />
5.10.2 Symmetrigruppen r11m<br />
Her er et eksempel:<br />
Fundamentalområde<br />
Et fundamentalområdet for båndet tegnet til høyre.<br />
Symmetriene for dette båndet består altså av translasjonsgruppen, som er isomorf med ℤ , og<br />
dessuten speilingene om lengdeaksen, som utgjør den dihedrale gruppen D1. Gruppen r11m er<br />
derfor isomorf med det kartesiske produktet 1 D × ℤ .<br />
5.10.3 Symmetrigruppen r11g<br />
Fundamentalområde<br />
Siden sammensetningen av to gliderefleksjoner er en translasjon, vil alle isometriene i dette<br />
båndet genereres av én gliderefleksjon med translasjonsvektor 1<br />
2 a . Symmetrigruppen r11g er<br />
derfor isomorf med ℤ .<br />
MA-132 Geometri 101 Byrge Birkeland
5.10.4 Symmetrigruppen r1m<br />
Fundamentalområde<br />
Her vil sammensetning av to speilinger om to vertikale akser i i avstanden 1<br />
2 a være det<br />
samme som translasjonen med translasjonsvektor a . Det betyr at alle isometrien kan<br />
genereres av speilingene om slike vertikale linjer. Symmetrigruppen er da D, den uendelige<br />
a dihedrale gruppen av speilinger om akser med avstand 2 .<br />
5.10.5 Symmetrigruppen r2<br />
Fundamentalområde<br />
Her ser vi at sammensetningen av to halvrotasjoner om punkter på lengdeaksen som ligger<br />
a med en avstand på 2 , blir translasjon vektor a . Vi får derfor nøyaktig den samme<br />
gruppestrukturen som i forrige eksempel, selv om den geometriske betydningen ikke er den<br />
samme.<br />
5.10.6 Symmetrigruppen r2mm<br />
Fundamentalområde<br />
Her er isometriene halvrotasjoner om midtpunktet av en halvcelle og speilinger om<br />
tverraksene. Det blir en gruppe som er isomorf med D× ℤ 2 .<br />
5.10.7 Symmetrigruppen r2mg<br />
Fundamentalområde<br />
Her er isometriene speiling om tverraksene og om lengdeaksene. Symmetrigruppen blir<br />
isomorf med D× D1.<br />
5.11 Oppgaver<br />
5.11.1<br />
Skriv opp symmetrigruppene til følgende båndmønstre:<br />
a.<br />
MA-132 Geometri 102 Byrge Birkeland
.<br />
c.<br />
d.<br />
e.<br />
f.<br />
g.<br />
h.<br />
i.<br />
j.<br />
k.<br />
l.<br />
m.<br />
MA-132 Geometri 103 Byrge Birkeland
n.<br />
o.<br />
p.<br />
q.<br />
r.<br />
s.<br />
t.<br />
5.11.2<br />
Prøv å tegne noen av båndmønstrene ovenfor med Cabri eller Tess.<br />
MA-132 Geometri 104 Byrge Birkeland
5.12 Dobbeltperiodiske mønstre, fliselegging<br />
I dette avsnittet skal vi se på overdekninger av planet. Vi tenker oss at planet er ubegrenset i<br />
alle retninger og at det skal dekkes av fliser. Spesielt skal vi se på overdekninger som er<br />
periodiske i to retninger, dobbeltperiodiske mønstre eller tapetmønstre. Da fins det to<br />
vektorer a og b som er slik at translasjonene med translasjonsvektor a eller b blir<br />
symmetrioperasjoner for overdekningen. Vi kan anta at disse to er minimale i den forstand at<br />
ikke noen vektorer parallelle med a eller b, men kortere, kan brukes som translasjonsvektorer<br />
for en symmetri. Det betyr at den figuren som er begrenset av et parallellogram utspent av a<br />
og b, vil bli gjentatt i begge retninger. Et slikt område kalles en celle for flislegningen, og vi<br />
snakker om flisleggingens nett av celler. De to translasjonene langs a og b genererer en<br />
symmetrigruppe som er isomorf med ℤ× ℤ. Spørsmålet er hvilke andre isometrier som kan<br />
opptre. Svaret avhenger av hva slags celle vi har i nettet - et generelt parallellogram, et<br />
rektangel, et kvadrat eller en rombe som er to ganger en likesidet trekant, som kalles et<br />
heksagonalt nett.<br />
Man kan vise at det finnes 17 forskjellige symmetrigrupper for tapetmønstre, og vi<br />
gjennomgår dem kort nedenfor. Dette emnet er meget omfattende og det faller utenfor<br />
rammen av dette kurset å gå inn i alle detaljer.<br />
5.12.1 Generelt parallellogramnett<br />
Et generelt parallellogram har bare én ikke-triviell symmetri, halvrotasjon om midtpunktet i<br />
cellen:<br />
Symmetrigruppen p1 omfatter bare translasjonssymmetrier.<br />
p1<br />
Symmetrigruppen p2 omfatter, i tillegg til translasjoner, rotasjonen omkring midtpunktet i<br />
cellen.<br />
p2<br />
5.12.2 Rektangulært nett<br />
For rektangulære nett får vi en rekke mulige speilinger og gliderefleksjoner.<br />
Symmetrigruppen pm omfatter, i tillegg til translasjonene, speilsymmetri om den horisontale<br />
midtlinja i cellen.<br />
MA-132 Geometri 105 Byrge Birkeland
pm<br />
Symmetrigruppen pg omfatter, i tillegg til translasjonene, gliderefleksjon om den horisontale<br />
midtlinja i cellen med halve lengden av cellen<br />
pg<br />
Symmetrigruppen pmm omfatter, i tillegg til translasjoner, speilinger om den horisontale og<br />
den vertikale midtlinja.<br />
pmm<br />
Symmetrigruppen pmg omfatter, i tillegg til translasjoner, en gliderefleksjon halvveis langs<br />
den horisontale midtlinja.<br />
pmg<br />
Symmetrigruppen pgg omfatter, i tillegg til translasjoner, gliderefleksjoner halvveis gjennom<br />
cellen i horisontal og vertikalretning. Kopi nr. 2 fra venstre av motivet er bildet av den siste<br />
kopien i neste celle til høyre ved den horisontale gliderefleksjonen translatert et trinn mot<br />
venstre.<br />
MA-132 Geometri 106 Byrge Birkeland
pgg<br />
5.12.3 Sentrert rektangulært nett<br />
Her er cellen en rombe som du får ved å sette to like rektangler ved siden av hverandre og<br />
1 w= u+v , jfr.<br />
trekke diagonalene. Translasjonsvektorene er u og w eller v og w, der ( )<br />
figuren:<br />
u<br />
w<br />
v<br />
Her har vi to mulige symmetrigrupper.<br />
Symmetrigruppen cm består av translasjoner generert av u og w eller v og w, og i tillegg<br />
speiling om lengdeaksen.<br />
u<br />
w<br />
v<br />
cm<br />
Symmetrigruppen cmm består av translasjoner generert av u og w eller v og w, og i tillegg<br />
speiling om lengdeaksen og om tverrakser med avstand halve cellelengden.<br />
u<br />
w<br />
v<br />
cmm<br />
5.12.4 Kvadratisk nett<br />
I kvadratiske nett kan vi få speilsymmetri omkring diagonalene i cellene og 90° s rotasjoner<br />
om sentrum i cellene.<br />
Symmetrigruppen p4 består av de tre rotasjonene 90 ,180 ,270<br />
° ° ° om cellens midtpunkt, i<br />
tillegg til translasjonene.<br />
MA-132 Geometri 107 Byrge Birkeland<br />
2
p4<br />
Symmetrigruppen p4m består av de tre rotasjonene 90 ° ,180 ° ,270°<br />
om cellens midtpunkt og<br />
speilinger om diagonalene, i tillegg til translasjonene.<br />
p4m<br />
Symmetrigruppen p4g består av de tre rotasjonene 90 ° ,180 ° ,270°<br />
om cellens midtpunkt og<br />
speilinger om diagonalene i kvartcellene, i tillegg til translasjonene.<br />
p4g<br />
5.12.5 Heksagonalt nett<br />
Cellene er her parallellogrammer satt sammen av to likesidete trekanter:<br />
Symmetrigruppen p3 består av tre rotasjon om den ene trekantens midtpunkt, i tillegg til<br />
translasjonene.<br />
MA-132 Geometri 108 Byrge Birkeland
p3<br />
Symmetrigruppen p3m1 består av de tre rotasjonene om en av trekantenes midtpunkt,<br />
speilingene om høydene i denne trekanten i tillegg til translasjonene.<br />
p3m1<br />
Symmetrigruppen p31m består av de tre rotasjonene om en av trekantenes midtpunkt,<br />
speiling om en av trekantenes sider, i tillegg til translasjonene.<br />
p31m<br />
Symmetrigruppen p6 består av de tre rotasjonene omkring en av trekantenes midtpunkt, en<br />
halvrotasjon om cellens sentrum, i tillegg til translasjonene.<br />
p6<br />
Symmetrigruppen p6m består av består av de tre rotasjonene omkring en av trekantenes<br />
midtpunkt, speilinger om høydene i trekanten, speiling om en av trekantens sider, i tillegg til<br />
translasjonene:<br />
MA-132 Geometri 109 Byrge Birkeland
p6m<br />
Eksemplene ovenfor er laget ved hjelp av matematikkprogrammet Mathematica 5.2, og er tatt<br />
fra en artikkel om tessellasjoner som jeg har skrevet i tidsskriftet ”Mathematica in Education<br />
and Research”. Du kan også bruke Cabri eller Tess. Her er lenker til Cabrifiler som<br />
inneholder noen av de samme tapetmønstrene som ovenfor:<br />
p1 p2 pm pg pmm pmg pgg cm cmm<br />
p4 p4m p4g p3 p3m1 p31m p6 p6m<br />
5.12.6 Andre emner om flislegging<br />
Emnet fliselegging er imidlertid langt fra uttømt med dette. Du kan for eksempel hvilke<br />
mønstre det er mulig å få til med bare én type av regulære mangekanter. Svaret på dette er at<br />
flisene må være enten likesidede trekanter, kvadrater eller sekskanter. Du kan også stille<br />
spørsmålet om det er mulig å bruke bare kvadrater og åttekanter, eller i det hele tatt en<br />
kombinasjon av regulære polygoner med ulike antall kanter. Eller du kan blande sammen<br />
stjerneformede fliser med regulære mangekanter. Her er lenker til noen Cabri-filer der du ser<br />
eksempler på slike, som alle dobbeltperiodiske tapetmønstre.<br />
Flislegging med regulære mangekanter:<br />
MedTrekanter.fig MedKvadrater.fig MedSekskanter.fig<br />
Fliselegging med regulære mangekanter med ulike antall kanter:<br />
MedKvadraterOgTrekanter.fig Semi12_6_4_3.fig Semi4_3_3_4_3.fig<br />
FliserSemi6_3_3_3_3.fig Semi6_4_3_4.fig<br />
Fliselegging med regulære mangekanter og stjerner:<br />
Stjerne3_6__6 Stjerne4_4__4 Stjerne12_3_12_3<br />
Stjerne3_12_3_3_12 Stjerne3_3__3_3 Stjerne3_3_8_4_8<br />
Stjerne3_4_6_3_12 Stjerne4_6_4_6 Stjerne4_6_4_6_4_6<br />
Stjerne4_6_6_6 Stjerne6_3_3 Stjerne8_3_4<br />
Alle fliseleggingene vi har sette på hittil, har vært<br />
dobbeltperiodiske, altså med translasjonssymmetrier i to<br />
retninger. Andre typer av fliselegginger har også vært studert.<br />
Vi avslutter med en som skyldes Johannes Kepler:<br />
MA-132 Geometri 110 Byrge Birkeland
5.13 Oppgaver<br />
5.13.1<br />
Avgjør hvilken av de 17 symmetritypene for tapetmønstre som følgende mønstre hører til:<br />
a. b. c.<br />
d. e. f.<br />
g. h. i.<br />
j. k. l.<br />
MA-132 Geometri 111 Byrge Birkeland
m. n.<br />
o. p.<br />
q. r.<br />
MA-132 Geometri 112 Byrge Birkeland
6 Tegning av tredimensjonale figurer<br />
Å tegne en tredimensjonal figur på et papirark byr på fundamentale prinsipielle problemer:<br />
Papiret er todimensjonalt, mens gjenstandene som skal avbildes, er tredimensjonal. Vi må<br />
nøye oss med et todimensjonalt bilde. Hvilken metode som brukes, vil være avhengig av hva<br />
som er formålet med figuren. Hvis figuren skal gi grunnlag for å måle avstander, er det best å<br />
bruke en eller flere parallellprojeksjoner. Hvis vi skal etterligne det som øyet vårt vil se, er<br />
det best med en sentralprojeksjon eller perspektivprojeksjon.<br />
6.1 Parallell-projeksjoner<br />
Den enkleste måten å tegne et tredimensjonalt objekt, er å tegne det sett ovenfra og langs en<br />
eller flere horisontale retninger. Vi velger en grunnlinje. Nedenfor grunnlinja tegner vi<br />
objektet i horisontalprojeksjon (dvs. sett ovenfra), og ovenfor grunnlinja tegner vi en<br />
vertikalprojeksjon. Se figuren til venstre nedenfor.<br />
Du kan også velge å tegne objektet fra sett fra flere horisontale retninger. Du trekker da<br />
grunnlinja i et profilplan der du kan se objektet sett fra sida fra en passende valgt synsvinkel.<br />
Utenfor denne tegner vi profilprojeksjonen av objektet i et plan som går gjennom denne<br />
profilplangrunnlinja og stå normalt på horisontalplanet. Se figuren til høyre nedenfor.<br />
Vertikalprojeksjon<br />
Grunnlinje<br />
Horisontalprojeksjon<br />
Vertikalprojeksjon<br />
Horisontalprojeksjon<br />
Profilprojeksjon<br />
6.2 Sentralprojeksjon og perspektivtegning.<br />
Når du tegner et objekt ved hjelp av to eller flere parallellprojeksjoner, får du en tegning som<br />
gir et godt bilde av dimensjonene i objektet, og av hvordan det ser ut ”på lang avstand”.<br />
Tegningen gir imidlertid ikke et godt inntrykk av hvordan objektet vil se ut når du ser det eller<br />
fotograferer fra kort avstand. Til det trengs en metode som tilsvarer det som foregår ved<br />
fotografering, nemlig sentralprojeksjon eller perspektivprojeksjon. Prinsippet for<br />
perspektivtegning er vist i figuren nedenfor, som er tegnet ved hjelp av programmet Cabri3d..<br />
I det horisontale planet ligger et kvadrat, som skal fotograferes eller betraktes ved hjelp av et<br />
kamera der filmen tenkes plassert i et punkt – øyepunktet - over det vannrette planet og<br />
filmen ligger i det mørkere planet – billedplanet eller projeksjonsplanet. Bildet av et punkt i<br />
kvadratet finner vi nå ved å trekke en rett linje fra øyepunktet til punktet i kvadratet.<br />
Skjæringspunktet med projeksjonsplanet er da bildet av punktet.<br />
MA-132 Geometri 113 Byrge Birkeland
Øyepunkt<br />
Billedplan<br />
Grunnplan<br />
La oss nå spesialisere billedplanet til å stå normalt på grunnplanet. Da ser Cabri 3d-tegningen<br />
ut slik:<br />
Legg merke til hvordan projeksjonen i grunnplanet av projeksjonsstrålen kan brukes til å<br />
finne sentralprojeksjonen i grunnplanet: Vi trekker disse projeksjonene til skjæring med<br />
grunnlinja og oppreiser en normal. Skjæringspunktet mellom denne normalen og<br />
projeksjonsstrålen blir projeksjonen av linja ved sentralprojeksjonen.<br />
MA-132 Geometri 114 Byrge Birkeland
Vi skal nå imitere denne prosessen i en todimensjonal tegning. Vi tenker oss objektet og<br />
øyepunktet tegnet i horisontalprojeksjon og profilprojeksjon. Billedplanet blir sett rett ovenfra<br />
og rett fra sida. For å unngå å legge perspektivprojeksjonen oppå horisontalprojeksjonen<br />
tenker vi oss at billedplanet blir parallellforskjøvet og deretter lagt ned ved å dreie det 90° om<br />
skjæringslinja med horisontalplanet. Resultatet ser slik ut:<br />
Øyepunkt<br />
Billedplan<br />
Øyepunkt<br />
Tegning ovenfor kan du i prinsippet konstruere ved hjelp av bare passer og linjal. Men<br />
konstruksjon av normal forekommer gjentatte ganger, og til dette bør du bruke en vinkelhake<br />
eller en linjal der du kan bruke centimetermerkene til å trekke normaler.<br />
La oss se hvordan man gjøre det med Cabri. Her er et forslag:<br />
• Start med å tegne en loddrett linje l på midten av arket.<br />
• Velg tre punkter A, B og C på l, og oppreis normaler på l gjennom A, B og C. Marker linja<br />
l og de to normalene gjennom B og C som tykkere streker. På normalen gjennom B<br />
merker du av fire punkter D, E, F, G i tillegg til B. Normalen gjennom B skal du tenke på<br />
som billedplanet, sett ovenfra til venstre for l og sett fra sida til høyre for l. Punktene D, A<br />
og E bestemmer sammen øyepunktet: D gir y-koordinaten, A gir x-koordinaten, og E gir<br />
z-koordinaten. Du nedfeller normalene fra D og E på normalen gjennom A for å finne hhv.<br />
horisontal- og profilprojeksjonen av øyepunktet.<br />
• Cabri har en funksjon for å trekke en normal på en linje gjennom et oppgitt punkt Denne<br />
trekker imidlertid en hel rett linje, ikke et linjestykke. Men ofte vil du bare ha linjestykket,<br />
ikke linja. Det kan du få til ved å bruke makroen NormalPåLinje, som du kan laste ned<br />
herfra.<br />
MA-132 Geometri 115 Byrge Birkeland
Hjelpelinje, avgrensing av billedflaten<br />
G<br />
Horisont<br />
Perspektiv-projeksjon av P<br />
z<br />
Kopi av billedplan<br />
Horisontalprojeksjon av P Profilprojeksjon av P<br />
Bildeplan sett<br />
ovenfra<br />
Hjelpelinje, avgrensing av<br />
billedflaten<br />
y<br />
Horisontalplan<br />
Horisontalprojeksjon<br />
av øyepunkt<br />
x<br />
C<br />
Profilplan<br />
B<br />
A<br />
z<br />
Billedplan sett fra sida<br />
MA-132 Geometri 116 Byrge Birkeland<br />
E<br />
Profilprojeksjon av<br />
øyepunkt<br />
• Velg punktet G til venstre for B på normalen gjennom B, og oppreis en normal i G. Denne<br />
skal brukes til å avgrense billedflaten og som hjelpelinje når vi seinere skal trekke<br />
normaler.<br />
• Velg et punkt F til høyre for E på normalen gjennom B. Nedfell en normal fra F på<br />
normalen til l i C., slå en kvartsirkel og trekk en normal på l gjennom kvartsirkelens<br />
endepunkt normalt på normalen gjennom G. Denne skal også avgrense billedflaten og<br />
brukes som hjelpelinje for å nedfelle normaler. Nå er oppsettet ferdig. Jeg har lagret det i<br />
en egen fil, som du kan hente her.<br />
• Nå kan du begynne å projisere punkter. Du starter med horisontalprojeksjonen av et punkt<br />
P, som du plasserer til venstre for l mellom normalene gjennom B og C. Du må bruke<br />
Punkt eller Punkt på objekt eller Skjæringspunkt, avhengig av kravene som følger av<br />
det objektet du skal tegne. Så trekker du en normal fra punktet til normalen gjennom F.<br />
Bruk Cabris innebygde normal eller makroen NormalPåLinje som nevnt ovenfor. På<br />
denne normalen merker du av eller konstruerer et punkt som gir profilprojeksjonen av<br />
punktet P.<br />
• Trekk nå linjestykker mellom horisontalprojeksjonen av øyepunktet og horisontalprojeksjonen<br />
av P, og mellom profilprojeksjonen av øyepunktet og profilprojeksjonen av<br />
P. De to skjæringspunktene med grunnlinja (normalen gjennom B) gir da hhv. horisontalprojeksjonen<br />
og profilprojeksjonen av sentralprojeksjonen av P.<br />
• Nå skal du tenke deg at bildeplanet parallellforskyves slik at det står normalt på<br />
grunnplanet og skjærer dette langs normalen gjennom C. Da må projeksjonen av P bevege<br />
seg på en vannrett linje langs l. Vi trekker da en normal fra horisontalprojeksjon på<br />
F
linja/buen/linja gjennom F og en normal fra profilprojeksjonen normalt på normalen<br />
gjennom C.<br />
• Kopien av billedplanet gjennom C tenker du nå blir dreid 90° om normalen gjennom C.<br />
Da vil kopien av det projiserte bildet av P bevege seg langs en rett linje parallelt med l i<br />
horisontalprojeksjon, og langs en sirkel i profilprojeksjon. Vi må da trekke en kvartsirkel<br />
fra profilprojeksjonen til skjæring med l. Dette kan du gjøre ved hjelp av makroen<br />
KvartSirkel, som du kan hente her. Deretter trekker du en normal fra dette<br />
skjæringspunktet ned på hjelpelinja gjennom G. Vi finner da bildepunktet som<br />
skjæringspunktet mellom to rette linjestykker, jfr. figuren.<br />
• Denne prosedyren må nå gjentas for hvert hjørne i figuren, og det kan bli ganske<br />
komplisert å holde rede på skjæringspunktene, dersom figuren inneholder mange punkter.<br />
La oss vise fremgangsmåten på et mer komplisert eksempel, nemlig et monopolhus:<br />
Horisont<br />
MA-132 Geometri 117 Byrge Birkeland
Som du ser, er det en ganske komplisert oppgave å lage en perspektivtegning på denne måten.<br />
Men den kan forenkles, og den forenklede metoden vil gi mulighet for å gi øvingsoppgaver<br />
som er mer realistiske enn den ovenfor når det gjelder vanskelighetsgrad. Metoden bygger på<br />
følgende to regler:<br />
1. En linje l som er parallell med billedplanet, er parallell med sin projeksjon<br />
2. Parallelle linjer som ikke er parallelle med billedplanet, har projeksjoner som møtes i ett<br />
punkt. Dette punktet kalles fluktpunktet eller forsvinningspunktet for retningen til de<br />
parallelle linjene.<br />
3. Hvis linjene er vannrette, vil fluktpunktet alltid ligge på horisonten. Horisonten er linja<br />
som utgjør projeksjonene av de punktene som ligger i høyde med øyepunktet.<br />
Disse prinsippene fører til at det i mange tilfeller er nok å oppgi fluktpunktene for en eller to<br />
retninger, hvis alle linjene i de objektene som skal tegnes, går i noen få retninger.<br />
6.3 Perspektivtegning med ett fluktpunkt<br />
Aller enklest blir det, hvis vi tenker oss at billedplanet er parallelt med to av hovedretningene,<br />
en vannrett og en loddrett. Da trenger vi bare ett fluktpunkt. Her er huset ovenfor tegnet med<br />
bare ett fluktpunkt:<br />
Horisont Fluktpunkt<br />
MA-132 Geometri 118 Byrge Birkeland
Her er det nok å kjenne fem punkter i perspektivbildet i tillegg til horisonten for å være i stand<br />
til å fylle ut de konturene som mangler. Du skal tegne et monopolhus i perspektiv.<br />
Billedplanet er parallelt med en av gavlene i huset. På tegningen nedenfor har du gitt:<br />
C<br />
E<br />
D<br />
Horisont<br />
A B<br />
• En vannrett kant AB og en loddrett kant AC og toppunktet D i den nærmeste gavlen. D<br />
ligger på midtnormalen mellom A og B.<br />
• Horisonten.<br />
• En vannrett kant AE som går innover i bildet<br />
Løsningen ser slik ut:<br />
Horisont<br />
Nå er oppgaven mye enklere. Vi finner fluktpunktet for alle vannrette linjer som peker<br />
innover i bildet som skjæringspunktet mellom linja AE og horisonten, Så trekker vi linjer fra<br />
dette fluktpunktet til punktene B, C og D for å finne de vannrette kantene gjennom disse<br />
punktene. Videre bruker vi at parallelle linjer parallelle med billedplanet forblir parallelle i<br />
perspektivprojeksjon, og vi finner midtpunktet i grunnflata ved å trekke diagonalene.<br />
Oppgaver av denne typen er egnet til eksamensoppgaver, kanskje i motsetning til de<br />
eksemplene som er vist tidligere. De svarer også ganske godt til en praktisk situasjon: Man<br />
tegner noen få streker i landskapet man ser foran seg, og konstruerer resten av tegningen ved<br />
hjelp av disse.<br />
MA-132 Geometri 119 Byrge Birkeland
6.4 Perspektivtegning med to fikspunkt<br />
Hvis vi skal avbilde et rektangulært objekt, som for eksempel en bygning, og ingen av<br />
hovedretningene i bygningene er parallelle med projeksjonsplanet, vil det være behov for to<br />
fluktpunkter. Her er huset igjen:<br />
Horisont<br />
For å tegne dette huset vil det være nok å gi de samme opplysningene som oppgaven med ett<br />
fluktpunkt. Oppgaven kan da formuleres slik:<br />
Du skal tegne et ”monopolhus” i perspektiv. Billedplanet skal være loddrett. På tegningen er<br />
AB og AC to kanter i husets grunnflate. Husets møne er parallelt med kanten AB og<br />
vertikalprojeksjonen av det deler grunnflata i to like rektangler. Du skal selv velge høyden på<br />
mønet. AD er den nærmeste loddrette kanten, og du har gitt horisonten. Tegn huset.<br />
MA-132 Geometri 120 Byrge Birkeland
C D B<br />
Horisont<br />
A<br />
Løsningen ser du nedenfor. Legg merke til at denne oppgaven kan gis som en ”papir og<br />
blyant”-oppgave, siden det ikke er et uoverkommelig antall streker å holde greie på, og det<br />
holder at man bruker centimeterinndelingen på linjalen for å nedfelle normaler på horisonten.<br />
Legg spesielt merke til hvordan man finner midtpunktet på sida AC: Du trekker diagonalene i<br />
grunnflata og deretter en linje til fluktpunktet for retningen.<br />
C B<br />
D<br />
A<br />
Horisont<br />
6.5 Perspektivtegning med tre fluktpunkt<br />
Hittil har vi krevd at billedplanet skal være vertikalt. Dette er imidlertid et krav som ikke er<br />
særlig realistisk i forhold en praktisk situasjon. I praksis fokuserer vi på et punkt i<br />
landskapet, og sørger dermed for at projeksjonsplanet kommer til å stå normalt på<br />
synsretningen. Ovenfor har vi tatt med et eksempel der du kan velge fokus hvor du vil i<br />
landskapet, dog med den begrensingen at synsretningen står normalt på grunnlinja.<br />
Projeksjonsplanet lar vi så stå normal på synsretningen, som er linja som forbinder øyepunkt<br />
med fokus. Utgangspunktet for denne tegningen er fila StandardOppsett2.fig:<br />
MA-132 Geometri 121 Byrge Birkeland
Ramme Ramme<br />
Øye<br />
P'<br />
P P<br />
Fokus Fokus<br />
På neste side ser du fila StandardOppset2.fig, som du kan åpne i Cabri her.<br />
MA-132 Geometri 122 Byrge Birkeland<br />
Øye
Slike oppgaver kan også gis i en forenklet versjon ved at man oppgir noen få kanter og<br />
eventuelt horisonten, nok til å få bestemt fluktpunkt for hovedretningene i figuren. Slik kan<br />
oppgaven formuleres:<br />
Du skal tegne et monopolhus sett på skrå ovenfor På tegningen nedenfor ser du hva som er<br />
oppgitt: A er det nærmeste hjørne i grunnplanet. AB og AC er horisontale kanter i grunnplanet.<br />
BC er en loddrett kant. Gjennom A går dessuten en stråle som viser retningen av den loddrette<br />
kanten i A. Mønet skal gå parallelt med kanten AC, og projeksjonen på AB skal dele AB på<br />
midten. Velg selv høyden på mønet. Se figuren på neste side.<br />
Løsningen ser du på neste side. Vi forlenger BD og strålen til skjæring. Dette blir fluktpunktet<br />
for loddrette kanter. For forlenger vi AB og AC til skjæring med horisonten. Det blir<br />
fluktpunktene for to horisontale retninger. Vi bruker så disse punktene til å trekke resten av<br />
kantene. Mønet finnes ved trekke diagonalene i grunnflata. Skjæringspunktet blir midtpunktet<br />
i grunnflata.<br />
MA-132 Geometri 123 Byrge Birkeland
Oppgave:<br />
Løsningsforslag:<br />
Horisont<br />
D<br />
D<br />
B<br />
B<br />
A<br />
A<br />
MA-132 Geometri 124 Byrge Birkeland<br />
C<br />
C
6.6 Oppgaver<br />
6.6.1 Eksamen mai 2007, oppgave 3<br />
Du skal tegne et firkantet prisme P i perspektiv. Du får oppgitt:<br />
• To vannrette kanter AB og BC som ligger i horisontalplanet<br />
• En loddrett kant BD<br />
• Horisonten<br />
På svarark 1 skal du gjøre følgende:<br />
a. Fullfør konstruksjonen av prismet P.<br />
b. Dette prismet skal utvides med et trinn, et nytt prisme til høyre for og bak P, like bredt og<br />
dypt som P, men halvparten så høyt. Tegn figuren på svarark 1.<br />
På svarark 2 er det gitt de samme opplysningene som på svarark 1, men i tillegg er det gitt en<br />
punktformet lyskilde L, som står på en loddrett stang KL, der K ligger i horisontalplanet. På<br />
svarark 2 skal du gjøre følgende:<br />
c. Fullfør perspektivtegningen av prismet, som i oppgave a. Tegn og skraver skyggen av<br />
prismet i horisontalplanet.<br />
Vink: Projeksjonen i horisontalplanet av en lysstråle LP gjennom et punkt P som har<br />
projeksjon Q i horisontalplanet, er linja KQ. For eksempel er projeksjonen av LD lik KB.<br />
Eksamen i MA-104 Geometri<br />
14.mai 2007<br />
Svarark nr. 1<br />
Kandidat nr. _______________<br />
A<br />
horisont<br />
MA-132 Geometri 125 Byrge Birkeland<br />
D<br />
B<br />
C
Eksamen i MA-104 Geometri<br />
14.mai 2007<br />
Svarark nr. 2<br />
Kandidat nr. _______________<br />
A<br />
horisont<br />
MA-132 Geometri 126 Byrge Birkeland<br />
D<br />
B<br />
C
6.6.2 Mai 2006, oppgave 1<br />
På svarark 1 er tegnet en figur sett ovenfra og fra siden. Figuren består av en trekant ABC<br />
som ligger i grunnplanet, samt et rett linjestykke DE (”flaggstang”) som står normalt på<br />
trekanten i punktet D. Videre er det gitt et øyepunkt O og en lyskilde plassert i et punkt L.<br />
a. Konstruer perspektivprojeksjonen av trekanten ABC med O som øyepunkt. Merk de<br />
projiserte punktene med A’, B’ og C’.<br />
b. Konstruer perspektivprojeksjonen av linjestykket DE med O som øyepunkt. Merk de<br />
projiserte punktene med D’ og E’.<br />
c. Konstruer det punktet der en lysstråle sendt ut fra L gjennom E treffer horisontalplanet.<br />
Her skal du finne ut hvor punktet ligger sett ovenfra og fra sida. Sett navnet F på dette<br />
punktet.<br />
d. Konstruer perspektivprojeksjonen av skyggen av linjestykket DE.<br />
MA-104 Geometri 22. mai 2006<br />
Svarark nr. 1<br />
Kandidat nr.<br />
_________________<br />
A<br />
O<br />
C<br />
D,E D<br />
E<br />
A<br />
B<br />
MA-132 Geometri 127 Byrge Birkeland<br />
C<br />
B<br />
L L
6.6.3 September 2006, oppgave 1<br />
En bygård (et kvartal) med flatt tak har i grove trekk form som et rett prisme med en<br />
prismeformet åpning (plass) i midten. Sett ovenfra ser det omtrent slik ut (den lysegrå delen):<br />
Plassen i midten er halvdelen så lang og brei som gården, og den er sentrert i forhold til<br />
kvartalet. Tegn en perspektivtegning av gården basert på følgende opplysninger. Bruk<br />
svararket til oppgave 1.<br />
• Den nærmeste vertikale kanten er gitt som linjestykket AB.<br />
• D og C er nederste endepunkt på hver sin av to vertikale kanter.<br />
• Horisonten er tegnet inn på svararket.<br />
• Billedplanet er vertikalt.<br />
Ma-104 Geometri<br />
Svarark til oppgave 1<br />
Kandidat nr.<br />
________________<br />
horisont<br />
D<br />
B<br />
A<br />
MA-132 Geometri 128 Byrge Birkeland<br />
C
6.6.4 Mai 2005, oppgave 2<br />
Et legeme er framkommet ved at en rett firkantet pyramide er satt oppå et rett firkantet<br />
prisme, slik at pyramidens grunnflate akkurat dekker prismets toppflate.<br />
a. Tegn et perspektivbilde av legemet ved hjelp av følgende opplysninger, jfr. svararket.<br />
• Projeksjonsplanet er loddrett.<br />
• Horisonten er vannrett.<br />
• De perspektiviske bildene av to av de loddrette kantene på prismet er gitt som<br />
linjestykkene AB og CD.<br />
• Det laveste punktet på en tredje loddrett kant er gitt som punktet E.<br />
• Pyramidens topp er rett over midtpunktet i grunnflata.<br />
• Velg selv toppunktet i pyramiden.<br />
b. Tegn en dør på den ene veggen som er sentrert i horisontal retning. Bredde og høyde skal<br />
være halvdelen av veggens bredde og høyde.<br />
c. Tegn et vindu på den andre veggen som er sentrert både horisontalt og vertikalt, og som er<br />
halvdelen så høyt og breit som veggen.<br />
E<br />
A<br />
B<br />
7 Innføring i Cabri<br />
I dette kapitlet skal vi se på dataprogrammet Cabri II Plus. Det kan brukes som alternativ til<br />
passer og linjal, og gir i første omgang en mulighet for å lage geometriske figurer som kan<br />
behandles elektronisk ved hjelp av en datamaskin. Dette er selvsagt nyttig, hvis du skal skrive<br />
lærebok eller oppgaveløsninger som skal kunne brukes i forbindelse med undervisning på<br />
datamaskiner. I tillegg gir det mange nye muligheter som er umulig med bare passer og linjal.<br />
Det viktigste er at figurene blir dynamiske, dvs. de kan enkelt endres etter at de er opprettet.<br />
MA-132 Geometri 129 Byrge Birkeland<br />
D<br />
C
Dette gir muligheter for å komme på geometriske sammenhenger ved at man kan undersøke<br />
om en hypotese holder hvis man endrer figuren. Du får også mulighet for å måle avstander og<br />
arealer, som blir automatisk oppdatert når figuren forandres og utføre beregninger.<br />
Det finnes gode manualer og referansehåndbøker for Cabri II, for eksempel her:<br />
http://download.cabri.com/data/pdfs/manuals/cg2p/en/user_manual_uk.pdf<br />
http://download.cabri.com/data/pdfs/manuals/cg2p/en/reference_uk.pdf<br />
Det er sterkt å anbefale at du går gjennom disse. Eller du kan nøye deg med å gå gjennom<br />
teksten nedenfor. Det er viktig at du prøver alle eksemplene, og løser øvingsoppgavene.<br />
Vi skal gå gjennom menysystemet og gi eksempler underveis nedenfor. Den mest effektive<br />
måten å lære Cabri er å bruke det til å løse konkrete oppgaver. Etter gjennomgangen av<br />
menysystemet nedenfor har jeg lagt inn pekere til en oppgavesamling, som du bør gå<br />
gjennom.<br />
Start opp Cabri. I utgangspunktet ser menysystemet slik ut:<br />
Første menyrad ”Fil-Rediger- osv.” inneholder en rekke systemvalg, som vi ikke skal gå<br />
systematisk gjennom her. Vi skal gå gjennom nedtrekks-menyene i andre rad. Merk at du kan<br />
få en kort veiledning om de enkelte menyvalgene ved å trykke F1 eller velge Hjelp – Hjelp.<br />
Nedenfor bruker vi av og til følgende forkortede uttrykksmåte: Istedenfor ”Velg Linjestykke<br />
og trekk et linjestykke” skriver vi Trekk et Linjestykke. Skrifttypen signaliserer altså at vi<br />
skal velge en bestemt kommando i Cabris menysystem.<br />
7.1 Pek på - menyen<br />
Pek på<br />
Roter<br />
Denne brukes til å peke på et objekt som man eventuelt skal flytte eller endre. Du<br />
kan flytte et objekt ved å dra med musa selv om du står inne i et annet menyvalg.<br />
Eksempel 1<br />
Tegn en trekant ved hjelp av menyvalget Trekant. Velg Pek på, og flytt<br />
trekanten. Trykk F9 eller velg Valg – Vis stilvalg, slik at du får en loddrett meny<br />
til venstre på skjermen. Pek på trekanten, og velg med musa formatet<br />
. Trekanten blir trukket med tykkere strek.<br />
Denne brukes til å rotere et objekt om et punkt, rotasjonssenteret.<br />
Rotasjonssenteret er i utgangspunktet tyngdepunktet for objektet, men du kan<br />
også klikke på et eksisterende punkt før du drar i objektet og så bruke dette som<br />
rotasjonssenter. .<br />
MA-132 Geometri 130 Byrge Birkeland
Strekk<br />
Roter<br />
og<br />
strekk<br />
Eksempel 2<br />
Fortsett med trekanten fra eksempel 1. Velg Roter, og trekk i trekanten. Den blir<br />
rotert omkring tyngdepunktet. Merk av et Punkt.. Pek på dette punktet, og trekk<br />
så i trekanten med musa. Trekanten blir rotert omkring punktet.<br />
Denne brukes til å strekke, dvs. forstørre eller forminske et objekt. Det er det som<br />
kalles en homoteti: Alle avstander fra et gitt punkt, homotetisenteret,<br />
multipliseres med ett og samme tall. Hvis du bare drar i objektet, vil<br />
homotetisenteret automatisk bli valgt som figurens tyngdepunkt. Hvis du peker på<br />
et eksisterende punkt først, vil dette punktet bli valgt som homotetisenter.<br />
Eksempel 3<br />
Fortsett med trekanten fra de forrige eksemplene. Test kommandoen Strekk på<br />
trekanten først uten å velge noe punkt som homotetisenter, og deretter ved å velge<br />
punktet fra eksempel 2 som homotetisenter.<br />
Denne er en kombinasjon av de to ovenfor. Hvis du velger Roter og strekk og<br />
drar i et objekt med musa, vil det bli stukket og rotert med tyngdepunktet som<br />
homotetisenter og rotasjonssenter. Hvis du peker på et eksisterende punkt før du<br />
drar i objektet, vil dette punktet bli brukt som homotetisenter og rotasjonssenter.<br />
Eksempel 4<br />
Prøv kommandoen Roter og strekk på trekanten og punktet fra de forrige<br />
eksemplene.<br />
7.2 Punkt-menyen<br />
Punkt<br />
Punkt på<br />
objekt<br />
Skjæringspunkt<br />
Denne brukes naturlig nok til å merke av punkter. Hvis du ikke ser noen tekst<br />
nær muspekeren, kan du plassere punktet hvor som helst. Hvis du ser en tekst<br />
som ”Dette skjæringspunktet” eller ”Dette linjestykket”, kan punktet bare<br />
plasseres på et eksisterende objekt. Hvis du trenger å plassere punktet tett ved et<br />
objekt, men ikke på det, plasserer du punktet først lengre fra objektet og trekker<br />
det deretter tettere til objektet. Denne kommandoen har du allerede brukt i de<br />
foregående eksemplene.<br />
Denne brukes til å sette av et punkt på et allerede eksisterende objekt. Du vil<br />
ikke avsette et nytt punkt uten at du er i nærheten av et eksisterende objekt.<br />
Denne brukes til å merke av skjæringspunktet mellom to eksisterende objekter.<br />
Du er nødt til å stå i nærheten av et slikt skjæringspunkt for at du skal kunne<br />
avsette et punkt med denne kommandoen.<br />
Eksempel 5<br />
MA-132 Geometri 131 Byrge Birkeland
7.3 Linje-menyen<br />
Linje<br />
Linjestykke<br />
Stråle<br />
Vektor<br />
Start en ny tegning ved å velge Fil – Ny. Trekk to rette linjer (bruk linje) som<br />
skjærer hverandre. Merk av et punkt utenfor linjene, ett punkt på hver av<br />
linjene og skjæringspunktet. Prøv å sette av et punkt så tett ved en av linjene<br />
at du ser teksten ”På denne linjen”. Dette går ikke. Merk av et punkt lengre fra<br />
linja, og trekk så dette punktet nærmere linja. Start så en ny tegning, og tegn to<br />
sirkler som skjærer hverandre. Velg Punkt på objekt, og prøv å merke av et<br />
punkt som ligger utenfor sirklene. Dette går ikke. Merk av et punkt på en av<br />
sirklene. Velg så skjæringspunkt, og prøv å avsette et punkt som ikke er i<br />
nærheten av et skjæringspunkt. Dette går ikke. Merk til slutt av<br />
skjæringspunktene mellom de to sirklene.<br />
Denne brukes til å trekke en linje. Velg Linje, og klikker på et punkt som<br />
linja skal gå gjennom. Det neste stedet du klikker på, blir et nytt punkt på<br />
linja, og linja trekkes. Det første punktet vises, det andre ikke. Du kan etterpå<br />
trekke i linja (velg Pek på) for å rotere den om det første punktet eller trekke<br />
i punktet for å flytte den.<br />
Denne brukes selvsagt til å trekke et linjestykke mellom de to punkter.<br />
En stråle er en del av en linje begrenset av et punkt. Kommandoen krever at<br />
du først merker av et punkt som brukes som startpunkt og deretter musklikker<br />
på et annet punkt, som brukes til å trekke strålen. Det første punktet<br />
blir markert, det andre ikke.<br />
Eksempel 6<br />
Start en ny tegning. Trekk en linje, et linjestykke og en stråle.<br />
En vektor er i Cabri et orientert linjestykke, og markeres som en pil.<br />
Kommandoen Vektor virker ellers som Linjestykke, men rekkefølgen av de<br />
punktene du markerer, spiller en rolle. Vektorer brukes av en annen<br />
kommando, Parallellforskyv.<br />
Eksempel 7<br />
Tegn en trekant til å tegne en trekant. Tegn en vektor ved hjelp av<br />
kommandoen Vektor. Bruk kommandoen Parallellforskyv til å lage en ny<br />
kopi av trekanten: Klikk på trekanten og deretter på vektoren. Trekk i<br />
vektorens endepunkt og se hvordan trekanten flyttes.<br />
MA-132 Geometri 132 Byrge Birkeland
Trekant<br />
Mangekant<br />
Regulær<br />
mangekant<br />
7.4 Sirkel-menyen<br />
Sirkel<br />
Bue<br />
Kjeglesnitt<br />
Denne kommandoen brukes til å trekke trekanter. Den brukes når trekanten<br />
skal oppfattes som et objekt, ikke som tre separate linjestykker. Den kan da<br />
flyttes, fylles, strekkes under ett.<br />
Med denne får du trukket en mangekant, og du får en ny side for hvert punkt<br />
du klikker på. Mangekanten lukkes ved enten å dobbeltklikke på det siste<br />
hjørnet, eller ved å klikke en gang til på det første hjørnet. Skal du tegne en<br />
trekant, er det bedre å bruke Trekant, fordi den vil lukkes automatisk når det<br />
tredje hjørnet er fastsatt.<br />
Denne brukes til å tegne en regulær mangekant eller en stjerne. Det første<br />
punktet du merker av, brukes til sentrum i den omskrevne sirkelen. Det andre<br />
punktet blir et av hjørnene. Deretter drar du musa for å bestemme antall<br />
hjørner, som være høyst 30. Hvis du drar i negativ retning, altså med<br />
utviserne, får du en vanlig konveks regulær mangekant. Hvis drar i positiv<br />
retning, får du en stjerne. Inne i stjerna ser du en brøk i klammeparenteser,<br />
for eksempel {16/5} eller {5/2}. {16/5} betyr at stjerna har 16 hjørner og<br />
består av korder i den omskrevne sirkelen, slik at første korde går fra spiss nr.<br />
1 til spiss nr. 1+5=6, andre korde går fra spiss nr. 2 til spiss nr. 2+5=7 osv.<br />
Det første punktet du merker av, blir sentrum i sirkelen. Trekk i musa. Det<br />
neste stedet du klikker, blir et punkt på periferien. Det andre punktet blir ikke<br />
merket av, og du kan endre sirkelens radius ved å trekke i hvilket som helst<br />
punkt på periferien.<br />
En sirkelbue er bestemt ved tre punkter. Denne kommandoen er meget nyttig<br />
bl.a. hvis du vil tegne en tegning med Cabri som ser ut som om den var tegnet<br />
med passer og linjal.<br />
Eksempel 8<br />
Sett av et linjestykke AB. Slå en sirkel med A som sentrum og AB som radius,<br />
og deretter en sirkel med B som sentrum og AB som radius. Merk av<br />
skjæringspunktene mellom sirklene. Slå en liten sirkel rundt hvert av disse<br />
skjæringspunktene. Bruk Bue til å definere de delene av de store sirklene som<br />
ligger innenfor de små sirklene som buer. Velg Skjul/Vis, og klikk på de to<br />
store sirklene og de to små sirklene, og eventuelt på punkter. Trekk deretter en<br />
linje gjennom skjæringspunktene, Da har du en figur som ser ut omtrent som<br />
den ville ha gjort dersom du hadde brukt passer og linjal til å konstruere en<br />
midtnormal.<br />
Et kjeglesnitt er bestemt hvis fem punkter på det er oppgitt.<br />
Eksempel 9<br />
Velg Kjeglesnitt, og merk av fem punkter. Velg Likning og koordinater, og<br />
se likningen for kjeglesnittet. Trekk i punktene, og se hvordan kjeglesnittet og<br />
MA-132 Geometri 133 Byrge Birkeland
likning forandrer seg.<br />
7.5 Konstruksjons-menyen<br />
Normal<br />
Parallell<br />
Midtpunkt<br />
Midtnormal<br />
Denne brukes til å konstruere en normal på et objekt fra linjemenyen, altså en<br />
linje, en stråle, et linjestykke eller en side i en trekant eller mangekant. Hvis<br />
du skal oppreise en normal i et punkt på linje-objektet, klikker du først på<br />
objektet og deretter på et punkt på objektet. Hvis du skal nedfelle en normal<br />
fra et punkt utenfor objektet, klikker du først på punktet og deretter på<br />
objektet.<br />
Eksempel 10<br />
Tegn en trekant, og nedfell normaler fra to av hjørnene på den motstående<br />
sida. Merk av skjæringspunktet mellom disse normalene. Trekk så<br />
normalen fra det siste hjørnet ned på den motstående sida. Velg Ligger på?,<br />
og klikk først på skjæringspunktet og deretter på den siste normalen. Flytt<br />
musa til et passende sted og klikk. Du får teksten ”Dette punktet ligger på<br />
objektet”. Vi har dermed demonstrert (ikke ”bevist”) at høydene i en trekant<br />
skjærer hverandre i ett punkt.<br />
Denne brukes til å trekke en parallell med et objekt fra linje-menyen, altså<br />
med en linje, en stråle, et linjestykke eller en side i en trekant eller<br />
mangekant. Klikk på punktet og deretter på linje-objektet.<br />
Denne brukes til å finne midtpunktet av et linjestykke eller mellom to<br />
punkter, eller på en side i en mangekant.<br />
Eksempel 11<br />
Tegn en trekant, og merk av midtpunktene på hver av sidene. Trekk to av<br />
medianene (dvs. linjestykker fra et hjørne til midtpunktet på den motstående<br />
sida), og merk av skjæringspunktet mellom dem. Trekk den siste medianen.<br />
Velg Ligger på?, og klikk først på skjæringspunktet og deretter på den siste<br />
medianen. Flytt musa til et passende sted og klikk. Du får teksten ”Dette<br />
punktet ligger på objektet”. Vi har dermed demonstrert (ikke ”bevist”) at<br />
medianene i en trekant skjærer hverandre i ett punkt.<br />
Denne brukes til å oppreise midtnormalen av et linjestykke eller en vektor<br />
eller mellom to punkter eller på en side i en mangekant<br />
Eksempel 12<br />
Tegn en trekant, og oppreis midtnormalene på to av sidene. Merk av<br />
skjæringspunktet mellom disse normalene. Oppreis midtnormalen på den<br />
siste sida. Velg Ligger på?, og klikk først på skjæringspunktet og deretter på<br />
MA-132 Geometri 134 Byrge Birkeland
Vinkel-<br />
halverings-<br />
linje<br />
Vektorsum<br />
Passer<br />
Avsett mål<br />
den siste midtnormalen. Flytt musa til et passende sted og klikk. Du får<br />
teksten ”Dette punktet ligger på objektet”. Vi har dermed demonstrert (ikke<br />
”bevist”) at midtnormalene i en trekant skjærer hverandre i ett punkt. Slå til<br />
slutt omsirkelen til trekanten<br />
For å trekke halveringslinja for en vinkel, må du klikke på tre punkter: Først<br />
et på det vinkelbeinet, deretter på vinkelens toppunkt og så på et punkt på det<br />
andre vinkelbeinet.<br />
Eksempel 13<br />
Tegn en trekant, og trekk vinkelhalveringslinjene for to av vinklene. Merk<br />
av skjæringspunktet mellom disse normalene. Trekk vinkelhalveringslinja<br />
for den siste vinkelen. Velg Ligger på?, og klikk først på skjæringspunktet<br />
og deretter på den siste halveringslinja. Flytt musa til et passende sted og<br />
klikk. Du får teksten ”Dette punktet ligger på objektet”. Vi har dermed<br />
demonstrert (ikke ”bevist”) at halveringslinjene for vinklene i en trekant<br />
skjærer hverandre i ett punkt. Nedfell så en normal fra skjæringspunktet<br />
mellom vinkelhalveringslinjene på en av sidene, og slå til slutt innsirkelen til<br />
trekanten.<br />
Denne brukes til å konstruere summen av to gitte vektorer. Vektoren kan<br />
være plassert hvor som helst, og behøver ikke å ha felles startpunkt. Klikk på<br />
hver av vektorene og deretter på et punkt som du vil bruke som startpunkt for<br />
vektorsummen.<br />
Eksempel 14<br />
Tegn to vektorer med felles startpunkt, og tegn en figur som illustrerer<br />
”kreftenes parallellogram”, dvs. to parallelle kopier av hver vektor, samt<br />
vektorsummen.<br />
Denne brukes til tegne en sirkel med gitt radius. Radien kan være gitt på en<br />
av tre måter: (i) Som avstanden mellom to gitte punkter; da må du først<br />
klikke på punktene, (ii) som et linjestykke; da må du peke på dette<br />
linjestykke eller (iii) som et antall centimeter; da må du først ha skrevet inn et<br />
tall ved hjelp av Rediger tall. Til sist klikker du på et punkt som skal være<br />
sentrum i sirkelen.<br />
Eksempel 15<br />
Start en ny tegning. Velg Passer, og klikk på tre punkter. Du får trukket en<br />
sirkel. De to første punktene blir brukt til å definere radius i sirkelen, og det<br />
siste blir brukt som sentrum. Trekk så et linjestykke. Velg Passer, klikk på<br />
dette linjestykket og deretter på et punkt. Dette punktet blir sentrum i en<br />
sirkel med lengden av linjestykket som radius. Velg så Rediger tall, og skriv<br />
inn for eksempel 2.5. Velg Passer, og klikk på dette tallet og deretter på et<br />
punkt. Du får trukket en sirkel med dette antallet centimeter som radius. Velg<br />
Rediger tall igjen, og endre tallet ved hjelp av pilene. Observer hvordan<br />
sirkelen endres.<br />
Denne brukes til å avsette et bestemt lengde langs en stråle eller en<br />
buelengde fra et punkt langs en sirkelbue. Du må først opprette et tall ved<br />
hjelp av Rediger tall, og du må ha enten en stråle eller en sirkel og et punkt<br />
på sirkelen. Du klikker da først på tallet og deretter på enten strålen eller på<br />
sirkelen og punktet.<br />
MA-132 Geometri 135 Byrge Birkeland
Lokus<br />
(geometrisk<br />
sted)<br />
Definer på<br />
nytt<br />
Eksempel 16<br />
Opprett tallet 2.5 ved hjelp av Rediger tall. Tegn en stråle, og slå en sirkel,<br />
og merk av et punkt sirkelen. Velg Avsett mål, og klikk på tallet, og deretter<br />
på strålen. Klikk på tallet igjen, og deretter på sirkelen og punktet. Du får<br />
avsatt punkter langs strålen eller sirkelen i den valgte avstanden fra<br />
startpunktet. Velg Rediger tall igjen, klikk på tallet 2.5, og endre dette ved<br />
hjelp av pilene til høyre i boksen. Observer hva som skjer ved negative<br />
verdier av tallet.<br />
Denne er en av de mest interessante mulighetene i Cabri. Prinsippet er slik:<br />
Et punkt P kan bevege seg på et objekt Q. Et annet sted på tegningen har vi et<br />
punkt X som avhenger av P slik at X vil flytte seg når P flytter seg på Q.<br />
Spørsmålet er hvilken kurve X vil beskrive når P flytter seg på Q. For å få<br />
fram denne kurven velger du Lokus (geometrisk sted), og så klikker du<br />
først på X og deretter på P. Du kan finne ligningen for denne kurven ved<br />
hjelp av Likning og koordinater.<br />
Eksempel 17<br />
En ellipse er det geometriske sted for de punkter hvis avstander til to gitte<br />
punkter, brennpunktene, har en konstant sum. Start med å tegne en stråle, og<br />
gi startpunktet navnet A – bruk Sett navn på. Merk av et punkt B på strålen<br />
og marker linjestykket AB; dette skal nå spille rollen som den konstante<br />
summen av avstandene fra et punkt på ellipsen til brennpunktene. Bruk<br />
Punkt på objekt til å velge et punkt P på dette linjestykket. Du får valget<br />
mellom strålen og linjestykket, og velger altså linjestykket. Marker<br />
linjestykkene AP og PB. Velg to punkter – brennpunktene, og bruk Passer<br />
til å slå sirkler fra disse med radier hhv. AP og PB. Marker skjæringspunkter<br />
X og Y mellom de to sirklene. Velge Lokus, pek på X og P og så på Y og P.<br />
Ellipsen trekkes. Finn likningen med Likning og koordinater.<br />
Denne brukes å omdefinere avhengighetsforhold mellom objekter uten å<br />
slette dem først. Hvis du har valgt Definer på nytt og klikker på et punkt, får<br />
du opp en meny<br />
.<br />
Punkt betyr at du kan løsrive punktet fra et objekt og flytte det vekk fra<br />
objektet. Punkt på objekt betyr at du kan feste punktet på et annet objekt.<br />
Du klikker først på punktet og deretter på objektet som punktet skal festes på.<br />
Skjæringspunkt betyr at du kan omdefinere punktet til å bli et<br />
skjæringspunkt. Klikk først på punktet og deretter på et skjæringspunkt.<br />
Overfør til annet objekt betyr at du kan overføre punktet til et annet punkt, så<br />
du må på forhånd ha et annet punkt å overføre til.<br />
Hvis har valgt Definer på nytt og klikker på en linje, får du følgende meny:<br />
Med menyvalget Linje kan du frigjøre en linje som er konstruert til en som<br />
MA-132 Geometri 136 Byrge Birkeland
fritt valgt. Med Normal kan du gjøre om en linje til normalen på et linjeobjekt.<br />
Med Parallell/Midtnormal/Vinkelhalveringslinje kan du gjøre en<br />
linje om til en Parallell/Midtnormal/Vinkelhalveringslinje.<br />
Hvis du har valgt Definer på nytt og klikker på et linjestykke, en stråle, en<br />
sirkel, en vektor, en bue eller et kjeglesnitt, får du en meny som ser slik ut:<br />
Øverste menyvalg Linjestykke erstattes eventuelt med navnet på<br />
vedkommende objekttype. Da kan du bare opprette et nytt objekt av samme<br />
type hhv. overføre objektet til et eksisterende objekt av samme type.<br />
Eksempel 18<br />
Tegn en sirkel, og merk av et punkt på sirkelen. Velg Definer på nytt, og<br />
klikk på punktet. Velg Punkt i menyen, og deretter Pek på. Trekk punktet<br />
vekk fra sirkelen. Velg Definer på nytt igjen, og klikk på punktet. Velg nå<br />
Punkt på objekt og klikk på sirkelen. Punktet blir festet til sirkelen igjen.<br />
Trekk en linje som skjærer sirkelen. Velg igjen Definer på nytt, klikk på<br />
punktet, og velg denne gangen Skjæringspunkt. Klikk på et av<br />
skjæringspunktene mellom sirkelen og linja. Punktet blir flyttet dit. Prøv også<br />
å omdefinere en halveringslinje til en midtnormal osv. Å omdefinere andre<br />
objekter enn punkter og linjer er knapt så interessant; effekten blir ikke stort<br />
annerledes enn å flytte eller slette. Prøv dette på andre objekter.<br />
7.6 Transformasjonsmenyen<br />
Speil om<br />
linje<br />
Speil om<br />
punkt<br />
Denne brukes til speile et objekt omkring en linje, et linjestykke eller en stråle.<br />
Objektet kan være av en hvilken som helst type: Punkt, linjestykke, sirkel osv.<br />
Klikk først på objektet som skal speiles, deretter på speilaksen.<br />
Eksempel 19<br />
Tegn en linje eller et linjestykke eller en stråle. Tegn et linjestykke, en sirkel, en<br />
mangekant en vektor og et kjeglesnitt, og bruk Speil om linje til å finne<br />
speilbildene av objektene.<br />
Denne brukes til å speile om et punkt, som er det samme som å rotere 180<br />
grader om punktet. Klikk på objektet og deretter på punktet som det skal speiles<br />
omkring.<br />
Eksempel 20<br />
Merk av et punkt P. Tegn et linjestykke, en sirkel, en mangekant en vektor og et<br />
kjeglesnitt, og bruk Speil om punkt til å tegne de symmetriske bildene av<br />
objektene om punktet P.<br />
MA-132 Geometri 137 Byrge Birkeland
Parallellforskyv<br />
Rotasjon<br />
Strekk<br />
Konstruer<br />
invers<br />
Denne brukes til å foreta en translasjon ved hjelp av en vektor. Klikk først på<br />
objektet som skal parallellforskyves og deretter på vektoren.<br />
Eksempel 21<br />
Merk av en vektor. Tegn et linjestykke, en sirkel, en mangekant en vektor og<br />
et kjeglesnitt, og bruk Parallellforskyv til å tegne de translaterte bildene av<br />
objektene.<br />
Denne brukes til å foreta en rotasjon av et objekt omkring et punkt. Du trenger<br />
et objekt som skal roteres, og fire punkter. Det første punktet blir<br />
rotasjonssenteret. Det andre punktet skal være et punkt på det ene vinkelbeinet,<br />
det andre vinkelens toppunkt og det tredje et punkt på det andre vinkelbeinet.<br />
Eksempel 22<br />
Tegn et objekt, for eksempel en mangekant, og merk av tre punkter. Klikk på<br />
objektet, og deretter på de tre punktene i riktig rekkefølge.<br />
Denne brukes til å foreta en homoteti av et objekt fra et gitt punkt med en<br />
numerisk faktor som er opprett ved hjelp av Rediger tall.<br />
Eksempel 23.<br />
Tegn en mangekant (eller et annet objekt), og merk av et punkt P. Velg<br />
Rediger tall, og skriv tallet 2.1. Velg Strekk, og klikk på mangekanten, og så<br />
på punktet og til sist på tallet 2.1. Velg Rediger tall, og endre tallet ved hjelp av<br />
pilene til høyre i feltet. Observer spesielt hva som skjer nå tallet blir negativt.<br />
Denne brukes til konstruere den inverse til et punkt med hensyn på en sirkel.<br />
Dette er definert slik: Gitt en sirkel med sentrum P og radius r, og et punkt Q i<br />
avstanden r1 fra sentrum i sirkelen Det inverse punktet T til Q med hensyn til<br />
2<br />
sirkelen ligger på strålen PQ, og avstanden r2 til sentrum P er slik at r1 ⋅ r2 = r .<br />
Denne funksjonen virker bare på punkter. Skal du invertere større objekter, må<br />
du invertere punkter i objektet, og sette punktene samme til et nytt objekt. Eller<br />
du kan bruke Lokus (geometrisk sted).<br />
Eksempel 24<br />
Tegn en sirkel med sentrum i et punkt P, og merk av et punkt Q utenfor P.<br />
Trekk strålen PQ, og merk av skjæringspunktet S med sirkelen. Velg Konstruer<br />
invers, klikk på Q og deretter på sirkelen. Du får et nytt punkt, som du kaller T.<br />
Bruk Avstand og lengde til å finne avstandene PQ, PS og PT. Velg Beregn,<br />
2<br />
og finn produktene PQ⋅ PT og PS . Kontroller at de stemmer overens. Prøv å<br />
invertere en sirkel. (Vink: Bruk Lokus (geometrisk sted).)<br />
7.7 Makro-menyen<br />
Startobjekter<br />
Av og til kan det være at du skal foreta den samme konstruksjonen<br />
mange ganger, og denne konstruksjonen finnes ikke i Cabris<br />
menysystem, men den kan utføres ved hjelp av de funksjonene som er<br />
innebygd. Først utfører du konstruksjonen<br />
Så velger du Startobjekter, og klikker på alle objekter som var<br />
utgangspunktet for konstruksjonen.<br />
MA-132 Geometri 138 Byrge Birkeland
Sluttobjekter<br />
Definer makro<br />
Så velger du Sluttobjekter, og klikker så på det eller de objektene som<br />
skal være resultatet av konstruksjonen.<br />
Til slutt velger du Definer makro, og får fram dialogboksen nedenfor.<br />
”Navn på konstruksjon” er det navnet som vises i menysystemet.<br />
Makroen blir føyd til som en hvilken som helst kommando i<br />
menysystemet etter Definer Makro. ”Navn på det første sluttobjektet”<br />
vises når muspekeren nærmer seg sluttobjektet på samme måte som<br />
”Dette punktet” eller ”Denne linja” når muspekeren nærmer seg et<br />
punkt eller en linje. ”Hjelp til denne makroen” brukes som forklaring på<br />
makroenden nederste del av skjermen når Hjelp er aktivisert (trykk F1).<br />
”Password for this macro” brukes for å passordbeskytte makroen.<br />
”Lagre til fil” krysses av hvis du vil gjøre makroen tilgjengelig fra alle<br />
Cabri-filer. Den blir lagret som en egen fil, og kan hentes inn ved å<br />
velge Fil-Åpne og velge filtype Macrofiler (*.MAC) i<br />
nedtrekksmenyen. ”Edit Tool Icon” brukes til å lage et ikon som vises<br />
når makroen er valgt.<br />
Eksempel 25<br />
Du skal lage en makro som kan brukes til å konstruere et linjestykke<br />
istedenfor en linje som gjennom et oppgitt punkt og står normalt på en<br />
oppgitt linje.<br />
MA-132 Geometri 139 Byrge Birkeland
Tegn en linje L, og merk av et punkt P utenfor linja. Trekk en normal<br />
M fra punktet til linja, og merk av skjæringspunktet Q mellom L og M.<br />
Merk av linjestykket PQ. Velg Startobjekter, og klikk på linja L og<br />
punktet P. Velg Sluttobjekter, og klikk på linjestykket PQ. Velg<br />
Definer Makro, og fyll ut dialogboksen: Jeg gir ikke noen detaljert<br />
beskrivelse av hvordan dette gjøres; det meste er enkelt. Klikk OK til<br />
slutt. ”NormalStykke” blir nå føyd til i Makro-menyen. Tegn en linje,<br />
og merke av et punkt. Velg NormalStykke, klikk på linja og på<br />
punktet. Normallinjestykket blir konstruert.<br />
Du vil så gjerne bruke makroen Normalstykke til å konstruere høydene<br />
i en trekant. Du tegner en vilkårlig trekant, og prøver å bruke makroen<br />
på et hjørne i en trekant og den motstående sida. Dette går ikke, fordi du<br />
har en linje som startobjekt, ikke et linjestykke. Du vil utvide makroen<br />
til også å kunne brukes på et linjestykke og et punkt utenfor dette. Du<br />
tegner da et linjestykke AB og merker av et punkt P utenfor linja. Så<br />
trekker du en linje L gjennom A og B, og bruker samme konstruksjon<br />
som ovenfor til å få et linjestykke fra P ned på L. Du velger<br />
Startobjekter, og klikker på linjestykket AB og punktet P. Så velger du<br />
Sluttobjekter, og klikker på linjestykket. Så velger du Definer makro,<br />
og fyller ut dialogboksen en gang til med samme navn, men sørger for<br />
at beskrivelsen også gir rom for den muligheten at et linjestykke også<br />
kan være startobjekt. Når du prøver å lagre dette, får du følgende<br />
dialogboks:<br />
MA-132 Geometri 140 Byrge Birkeland
7.8 Spørsmåls-menyen<br />
På linje?<br />
Parallelle?<br />
Normalt<br />
på?<br />
Med<br />
samme<br />
avstand?<br />
Velg Utvid, hvis du vil at det skal være mulig å bruke både linjer og<br />
linjestykker som startobjekt i tillegg til et punkt. Hvis du velger Erstatt,<br />
vil det bare være mulig å velge det siste settet av startobjekter. Tegn så<br />
en trekant, og bruk makroen på et hjørne og den motstående sida.<br />
Denne brukes til å avgjøre om tre gitte punkter ligger på linje<br />
Eksempel 26<br />
Tegn en trekant. Konstruer ortosenteret H (for eksempel ved hjelp av makroen<br />
i forrige eksempel)som er høydenes skjæringspunkt, deretter<br />
gravitasjonssenteret G, som er medianene skjæringspunkt, og trekantens<br />
omsenter O, som er skjæringspunktet mellom midtnormalene på trekantens<br />
sider. Bruk På linje? til å avgjøre at de ligger på linje. Bruk Avstand og<br />
lengde og Beregn til å vise at OG:GH=1:2. Dette resultatet skyldes Leonhard<br />
Euler.<br />
Denne brukes til å avgjøre om to linjer parallelle.<br />
Eksempel 27<br />
Bruk Mangekant til å tegne en vilkårlig firkant. Finn midtpunktene på hver av<br />
sidene, og trekk den firkanten ABCD der disse midtpunktene er hjørner. Bruk<br />
Parallelle? til a vise at AB||DC og BC||AD. Dette resultatet tilskrives Pierre<br />
Varignon (1654-1722)<br />
Denne brukes til å avgjøre om en to linjer står normalt på hverandre.<br />
Eksempel 28<br />
Slå en sirkel, og trekk en linje gjennom sirkelens sentrum. Finn<br />
skjæringspunktene A og B mellom linja og sirkelen. AB er da en diameter i<br />
sirkelen. Merk av et punkt C på sirkelen. Bruk Normalt på? til å konstatere at<br />
AC står normalt på CB.<br />
Denne brukes til å avgjøre om det første av tre punkter har samme avstand til<br />
de to siste punktene.<br />
Eksempel 29<br />
Tegn en trekant, og trekk to midtnormaler, og merk av skjæringspunktet.<br />
MA-132 Geometri 141 Byrge Birkeland
Ligger på?<br />
Bruk Med samme avstand? til å avgjøre at skæringspunktet har samme<br />
avstand til alle tre hjørnene.<br />
Denne brukes til å avgjøre om et punkt ligger på et objekt<br />
Eksemplene 10-13 viser bruk av Ligger på?<br />
7.9 Menyen for numeriske størrelser og beregninger<br />
Avstand og<br />
lengde<br />
Areal<br />
Stigningskoeffisient<br />
Vinkel<br />
Likning og<br />
koordinater<br />
Denne brukes til å måle avstanden mellom to punkter, lengden av et<br />
linjestykke eller omkretsen av en mangekant, sirkel eller kjeglesnitt.<br />
Eksempel 30<br />
Tegn to punkter, et linjestykke, en sirkel, en mangekant, en regulær<br />
mangekant og et kjeglesnitt. Velg Avstand og lengde, og mål avstanden<br />
mellom punktene, lengden av linjestykket og omkretsen av resten av<br />
objektene.<br />
Denne brukes til å arealet av et objekt, som må være en mangekant, en sirkel<br />
eller en ellipse.<br />
Eksempel 31<br />
Finn arealene av sirkelen, mangekanten, den regulære mangekanten og<br />
kjeglesnittet fra forrige eksempel.<br />
Denne måler stigningskoeffisienten for en linje, et linjestykke, en stråle eller<br />
en vektor, altså tangens til vinkelen mellom objektet og den positive x-aksen.<br />
Eksempel 32<br />
Tegn en linje, et linjestykke, en stråle og en vektor. Velg Stigningskoeffisient,<br />
og klikk på objektene.<br />
Denne måler en vinkel. Du klikker først på et punkt på ett vinkelbein,<br />
deretter på vinkelens toppunkt, og så på et punkt på det andre vinkelbeinet.<br />
Eksempel 33<br />
Tegn en trekant. Velg Vinkel, og mål vinklene i trekanten Trekk i hjørnene<br />
for å se at vinklene endres.<br />
Denne gir koordinatene for et punkt, eller likningen for en linje, en sirkel<br />
eller et kjeglesnitt. Den kan også bruke den på geometriske steder.<br />
Eksempel 34<br />
Merk av et punkt, og tegn en linje, en sirkel og et kjeglesnitt. Velg Likning<br />
og koordinater, og klikk på disse objektene. Slett så alle objektene. Tegn en<br />
MA-132 Geometri 142 Byrge Birkeland
Beregn<br />
Apply an<br />
Expression<br />
Lag tabell<br />
sirkel og en ellipse utenfor sirkelen (kjeglesnitt). Velg et punkt P på ellipsen,<br />
og konstruer den inverse Q av P med hensyn på sirkelen. Velg<br />
Lokus(geometrisk sted), pek på Q, og deretter på P. Velg Likning og<br />
koordinater, og klikk på det geometriske stedet. Du får en likning av tredje<br />
eller fjerde grad i x og y.<br />
Denne brukes til å utføre numeriske beregninger du får en dialogboks<br />
Du skriver inn uttrykk ved å klikke på numeriske størrelser som er målt ved<br />
hjelp av de andre funksjonene på denne menyen og på knappene på dialog-<br />
boksen. Når du er ferdig, klikker du på , og resultatet kommer fram i<br />
feltet øverst til høyre. Du trekker så resultatet til et passende sted på skjermen<br />
med musa. Du kan redigere en formel ved å velge Beregn og dobbeltklikke<br />
på resultatet.<br />
Eksempel 35<br />
Merk av tre punkter A, B og C. Trekk linjestykkene AB, BC og CA. Mål<br />
lengdene av dem. Trekk så trekanten ABC, og finn omkretsen av den med<br />
Avstand og lengde og arealet av den. Velg Beregn, og finn halve<br />
omkretsen s. Skriv så inn et uttrykk som tilsvarer Herons formel<br />
s( s−a)( s−b)( s− c)<br />
. Observer at dette uttrykket stemmer med arealet.<br />
Her må du ha skrevet inn et matematisk uttrykk med korrekt syntaks ved<br />
hjelp av Expression på neste meny, og en numerisk verdi ved hjelp av<br />
Rediger tall for hver av variablene som inngår i uttrykket. Variablene må ha<br />
navn fra a til z. Så velger du Apply an Expression og klikker først på<br />
uttrykket, og deretter på et tall for hver av variablene. Hvis uttrykket<br />
inneholder bare én variabel x og altså er en funksjon av x, kan du få fram<br />
grafen til funksjonen ved først å klikke på uttrykket og deretter på x-aksen.<br />
Da må du ha brukt Vis akser slik at aksene er synlige.<br />
Eksempel 36<br />
Velg Expression, og skriv inn uttrykket x^2+y^2. Velg Rediger tall, og<br />
skriv inn for eksempel 2.1, og deretter et nytt tall 3.2 et annet sted. Velg<br />
Apply an expression, og klikk deretter på 2.1 og så på 3.2. Du får en verdi<br />
som du kan flytte til et passende sted med musa. Velg så Expression igjen,<br />
og skriv inn uttrykket sin(x). Velg Vis aksene på neste meny for å få fram<br />
aksene, hvis de ikke allerede er synlige. Velg Apply an Expression igjen.<br />
Klikk på uttrykket sin(x) og deretter på x-aksen. Du får tegnet grafen til xaksen<br />
Denne brukes til å opprette en tabell av verdier av en målt numerisk størrelse<br />
eller en tabell av sammenhørende verdier av flere numeriske variabler. Du<br />
kan ikke bruke en numerisk verdi som er opprettet med Rediger tall i<br />
utgangspunkt, det må være en målt eller beregnet verdi. Du kan bruke<br />
Beregn, men ikke Apply an expression.<br />
Eksempel 37<br />
Trekk en linje gjennom et punkt P. Slå en sirkel med P som sentrum, og en<br />
MA-132 Geometri 143 Byrge Birkeland
7.10 Diverse-menyen<br />
Sett navn<br />
på<br />
Skriv<br />
kommentar<br />
Rediger tall<br />
Expression<br />
Marker<br />
vinkel<br />
bue som dekker halve sirkelens periferi begrenset av linjen Skjul sirkelen.<br />
Velg et punkt Q på buen, og nedfell normalen fra Q på diameteren. Kall<br />
lengden av normalen mellom Q og diameteren for z, og de to delene som<br />
diameteren deles i, for x og y. Sett opp en tabell med verdier for x, y, x⋅ y og<br />
2<br />
z . Hva tyder tabellen på?<br />
Denne brukes til å sette på et navn. Klikk på objektet, og skriv inn et navn og<br />
trykk Enter.<br />
Denne brukes til å skrive en kommentar et vilkårlig sted på skjermen.<br />
Denne brukes på to forskjellige måter. Hvis en numerisk verdi skal brukes i<br />
en konstruksjon som Avsett mål, klikker du på et ledig sted på arket og<br />
skriver inn et tall. Du får føyd til piler etter tallet , og disse kan du<br />
bruke til å endre tallet etterpå. Du kan også bruke Rediger tall til å føye til<br />
variabelnavn til et tall som er fremkommet som resultatet av en måling eller<br />
en beregning. Klikk på tallet, klikk på Home og skriv inn en tekst.<br />
Denne brukes til å skrive inn et uttrykk, som du deretter kan beregne verdien<br />
av ved hjelp av Apply an Expression.<br />
Denne brukes til å markere en vinkel med et symbol, som er en eller flere<br />
buer med små linjestykker. Du kan endre symbolet ved først å velge Valg-<br />
Vis stilvalg, så du får en loddrett meny til venstre på skjermen. Klikk på<br />
vinkele, og trekk musa til det ønskede formatet på vinkelen. Alternativt<br />
velger du Endre utseende fra den siste menyen.<br />
Eksempel 38<br />
Tegn en trekant, sett navn på hjørnene og sidene, og marker vinklene med<br />
hver sitt symbol.<br />
Fastsett/ Denne brukes til å hindre, hhv. muliggjøre at et valgt eller konstruert punkt<br />
MA-132 Geometri 144 Byrge Birkeland
fristill<br />
Spor På/Av<br />
Animer<br />
Multippel<br />
animasjon<br />
kan flyttes. Hvis du fastsetter et skjæringspunkt, vil ikke de objektene som<br />
definerer skjæringspunktet, kunne flyttes.<br />
Denne avgjør hvorvidt det skal tegnes kopier av et objekt underveis når du<br />
trekker i et objekt. Klikk først på objektet, og dra i det eller endre det. Du får<br />
tegnet en rekke kopier underveis. Kopiene kan fjernes ved å velge Rediger-<br />
Frisk opp figur eller trykke Ctrl+F. Du kan sette spor på-egenspen ut av<br />
kraft ved å holde nede skift-tasten og trykke på et tomt sted på skjermen.<br />
Eksempel 39<br />
Tegn en sirkel, og velg Spor På/Av, og klikk på sirkelen. Velg Pek På, og<br />
trekk i sirkelens periferi. Du får en rekke konsentriske sirkler. Klikk Ctrl/F<br />
for å fjerne alle unntatt den siste sirkelen. Velg Spor På/Av igjen, og klikk<br />
på sirkelen. Velg Pek på, og dra i sirkelens sentrum. Du får tegnet en rekke<br />
ikke-konsentriske sirkler. Prøv det samme med andre objekter.<br />
Denne brukes til å animere et objekt som kan beveges eller endres ved at<br />
punkt på et objekt flytter seg.<br />
Eksempel 40<br />
Merk av et punkt P, og slå en sirkel C1 med P som sentrum. Trekk en<br />
horisontal tall linje gjennom sentrum, og merk av det høyre skjæringspunktet<br />
Q med sirkelen. Tegn en regulær 12-kant innskrevet i denne<br />
sirkelen med ett hjørne i Q. Gi hjørnene i 12-kanten navn fra 1 til 12 som på<br />
en urskive, og slå en sirkel til utenfor tallene. Velg et punkt X på sirkelen, og<br />
trekk vektoren PX. Velg Animer, og klikk på vektoren. Dra så i X mot<br />
urviserne for å starte animasjonen.<br />
Denne brukes når en tegning avhenger av flere av flere størrelser. Du får<br />
menyen til venstre. Knappen brukes for å klikke på de punktene (på<br />
objekter) som figuren er avhengig av. Når du har sluppet knappen kan du dra<br />
musa i motsatt retning av den veien du vil at animasjonen skal ta. Du ser en<br />
”fjær” som viser at punktet skal flyttes under animasjonen. Lengden av fjæra<br />
vil indikere hvor fort animasjonen skal gå. Du kan fjerne en fjær ved hjelp av<br />
knappen . Du setter animasjonen i gang ved hjelp av knappen ,<br />
som blir endret til , som du kan stoppe animasjonen med. Knappen<br />
brukes til å starte animasjonen på nytt.<br />
Eksempel 41<br />
Tegn to linjestykker AB og CD, og merk av et punkt P på AB og et punkt Q<br />
på CD. Mål avstandene x=AP og y=CQ. Tegn så en vannrett stråle X og en<br />
loddrett stråle Y med felles startpunkt O. Avsett målet x langs X til et punkt<br />
Px og avsett målet y langs Y til et punkt Py. Trekk en linje gjennom Px<br />
parallell med Y og en linje gjennom Py parallell med X. Sett navn T på<br />
skjæringspunktet. Velg Spor Av/På, og klikk på T. Velg Multippel<br />
animasjon, og sørg for at punktene P og Q blir animert. Sett i gang<br />
animasjonen.<br />
MA-132 Geometri 145 Byrge Birkeland
7.11 Format-menyen<br />
Skjul/Vis<br />
Hide/Show Button<br />
Velg farge<br />
Mange av formateringsmulighetene på denne menyen kan du<br />
også få ved å trykke F9 eller velge Valg – Vis stilvalg fra<br />
øverste menylinje slik at du fram en loddrett menylinje. Du kan<br />
også utvide menyen som kommer fram under Endre utseende<br />
ved å klikke på en av ikonene på den loddrette menyen.<br />
Denne er meget nyttig, og brukes ofte til å skjule objekter som er<br />
nødvendige underveis i en konstruksjon, men som bidrar til å rote til<br />
tegningen.<br />
Eksempel 42<br />
Tegn et linjestykke, og konstruer et kvadrat med linjestykket som en av<br />
sidene. Skjul alle objekter som ikke er en del av det endelige kvadratet.<br />
Denne gir mulighet for å slå av/på funksjonen Skjul på et eller flere<br />
objekter, slik at det er lettere å se hvordan en konstruksjon er utført. Du<br />
oppretter en skjul/vis-knapp ved å velge Hide/Show Button og dra ut<br />
et passende rektangel på skjermen. Så velger du Skriv kommentar,<br />
klikker på knappen, og skriver inn en forklaring på knappen. Så velger<br />
du Hide/Show Button igjen, klikker på knappen, og deretter på alle<br />
objekter skal kunne slås av og på.<br />
Eksempel 43<br />
Fortsett med forrige eksempel. Gjør alle objekter synlige igjen ved å<br />
velge Skjul/Vis og klikke på alle usynlig objekter etter tur. Opprett så<br />
en knapp ved hjelp av Hide/Show Button som kan brukes å gjøre de<br />
samme elementene synlige eller usynlige.<br />
Denne bruker du til å skifte farge på objekter. Du får en fargepalett:<br />
MA-132 Geometri 146 Byrge Birkeland
Fyll ut<br />
Text Color<br />
Velg<br />
strektykkelse<br />
Velg stiplet<br />
Endre utseende<br />
Klikk på en farge, og deretter på et objekt som skal ha denne fargen.<br />
Legg merke til at dette verktøyet bare påvirker omrisset av et objekt,<br />
ikke en eventuell fyllfarghe.<br />
Du får den samme fargepaletten, og velger en farge og klikker på et<br />
objekt som skal fylles med denne fargen. Objektet må være en sirkel,<br />
en bue (der man trekker et linjestykke fra første til siste punkt) eller en<br />
mangekant.<br />
Eksempel 44<br />
Tegn en sirkel, en trekant, en mangekant, en bue og kjeglesnitt. Fyll de<br />
fire første objektene med hver sin farge, og prøv å fylle kjeglesnittet.<br />
Du får den samme fargepaletten igjen. Klikk på teksten eller tallet som<br />
skal ha en annen farge.<br />
Du får følgende valg:<br />
Velg i menyen, og klikk på det objektet som skal ha en annen<br />
strektykkelse.<br />
Du får følgende valg:<br />
Velg i menyen, og klikk på det objektet som skal ha et annet<br />
strekformat.<br />
Her får du menyene, og du kan altså skifte format på punkt,<br />
vinkelsymboler, linjestykker, linjer og koordinatsystem med rutenett.<br />
MA-132 Geometri 147 Byrge Birkeland
Vis aksene<br />
Nye akser<br />
Definer rutenett<br />
7.12 Øvingsoppgaver<br />
Legg merke til linjeformatet, som gir deg muligheter for bare å trekke<br />
en begrenset del av en linje eller stråle. Linjestykke-formatet gjør det<br />
mulig for eksempel å merke like linjestykker likt.<br />
Denne slår av eller på koordinataksene.<br />
Her kan du føye til nye koordinatakser. Du klikker på tre punkter. Det<br />
første gir origo, det andre gir et punkt på x-aksen og det tredje gir et<br />
punkt på y-aksen. Hvis du skal ha koordinatene eller ligningen for et<br />
objekt i forhold et koordinatsystem som ikke er standardkoordinatsystemet,<br />
må du velge Likning og koordinater, og så klikke<br />
først på punktet, og så på en av aksene.<br />
Denne tegner prikker i punkter med heltallige koordinater i forhold det<br />
valget aksekorset som klikker på.<br />
7.12.1 Trekant med medianer. Cabri-fil her. Løsning her.<br />
a. Merk av tre punkter, og sett navn A, B og C på dem. Trekk trekanten ABC.<br />
b. Finn midtpunktene A' på BC, B' på AC og C' på AB, og sett navn på dem.<br />
c. Trekk to av medianene (forbindelseslinja mellom et hjørne og midtpunktet på den<br />
motstående sida) AA' og BB' som linjestykker og merk av og sett navn på<br />
skjæringspunktet D.<br />
d. Trekk den siste medianen CC' som linjestykke.<br />
e. Bruk Ligger På? til å påvis at D ligger på CC'<br />
f. Mål AD og DA' ved hjelp av Avstand og lengde, og beregn AD':DA'.<br />
g. Hvilken plangeometrisk setning svarer denne oppgaven til?<br />
h. Her er referanser til beslektede eksempler:<br />
Eulerlinja (Word), Eulerlinja(Cabri),<br />
Trekant med ortosenter (Word), Trekant med ortosenter (Cabri),<br />
MA-132 Geometri 148 Byrge Birkeland
7.12.2 Omsirkel med makro. Cabri-fil her. Løsningsforslag her.<br />
a. Tegn en trekant ABC.<br />
b. Oppreis midtnormaler på sidene AB og AC<br />
c. Merk av og sett navn på skjæringspunktet D mellom disse midtnormalene<br />
d. Oppreis en midtnormal på sida BC.<br />
e. Bruk Ligger På? til å vise at D ligger på midtnormalen på BC.<br />
f. Slå en sirkel med sentrum i D som går gjennom A (og B og C). Kommentér.<br />
g. La oss si at du gjentatte ganger har bruk for å finne omsirkelen til en trekant. Du vil lage<br />
en makro for å ta seg av dette.<br />
h. Velg X-> (Startobjekter), og klikk på trekanten ABC.<br />
i. Velg Y-> (Sluttobjekter), og klikk på punktet D og sirkelen.<br />
j. Velg så Definer Makro, og fyll ut dialogboksen. Gi makroen navnet Omsirkel, og merk<br />
av Lagre til fil. Tegn eventuelt et passende ikon.<br />
k. Test makroen på noen nye trekanter.<br />
7.12.3 Innsirkel med makro. Cabri-fil her. Løsningsforslag her.<br />
a. Tegn en trekant ABC, og sett navn på hjørnene.<br />
b. Trekk vinkelhalveringslinjene for vinklene A og B. Sett navn a og b på linjene.<br />
c. Merk av skjæringspunktet for de to vinkelhalveringslinjene og sett navnet D på det.<br />
d. Trekk vinkelhalveringslinja for vinkel C, og sett navnet c på den.<br />
e. Bruk Ligger på? til å vise at D ligger på C.<br />
f. Nedfell en normal fra D på AB, og merk av skjæringspunktet E.<br />
g. Trekk en sirkel med sentrum i D som går gjennom E.<br />
h. Nå har du konstruert innsirkelen til trekantene ABC.<br />
i. Lag og test en makro på samme måte som i oppgave 2 der du konstruerer innsirkelen med<br />
sentrum i en gitt trekant.<br />
7.12.4<br />
Du skal tegne et rektangel basert på et linjestykke og et punkt på en kant normalt på dette<br />
linjestykket. Cabri-fil her. Løsningsforslag her.<br />
a. Merk av og sett navn på to punkter A og B, og trekk linjestykket AB.<br />
b. Oppreis en normal på AB i A og en normal i B.<br />
c. Merk av et punkt D på normalen i A. Bruk Punkt på objekt.<br />
d. Trekk en linje parallell med AB gjennom D.<br />
e. Merk av og sett navn på skjæringspunktet C mellom parallellen og normalen gjennom<br />
B.<br />
f. Trekk opp firkanten ABCD som mangekant.<br />
g. Skjul parallellen og normalene, slik at bare firkanten ABCD blir synlig. Bruk Skjul/Vis.<br />
h. Klikk på og trekk i hvert av punktene A, B og D for å se effekten.<br />
i. Klikk på C og prøv å trekke i det. Dette er ikke mulig, fordi C er resultatet av en<br />
konstruksjon, ikke et valg, slik som A, B og D er. Det er viktig å holde styr på hvilke<br />
punkter som kan trekkes i, og det kan være nyttig å markere disse med et annet utseende<br />
enn andre punkter. Dette kan du gjøre på følgende måte: Velg først i menyen på øverste<br />
MA-132 Geometri 149 Byrge Birkeland
linje på skjermen: Valg - Vis stilvalg (eller trykk F9). Hold så nede Skift-tasten og klikk<br />
etter tur på punktene A, B og D. Trekk deretter i punktformatverktøyet (nr. 5 nedenfra) til<br />
du kommer til en firkant, og slipp. Trekk deretter i linjetykkelsesverktøyet (nr. 5 ovenfra)<br />
og trekk til den tykkeste linja og slipp.<br />
j. Finn midtpunktene E og F på hver av sidene AB og CD.<br />
k. Trekk opp firkantene AEFD og EBCF som mangekanter.<br />
l. Nå har du en figur som vi seinere kan bruke som horisontalprojeksjonen av et hus med<br />
møne.<br />
7.12.5 Speilinger og translasjoner. Cabri-fil her. Løsningsforslag her.<br />
a. Tegn en linje og sett navnet l på linja.<br />
b. Tegn en trekant ABC.<br />
c. Merk av et punkt D.<br />
d. Trekk en linje og sett navnet l på linja.<br />
e. Velg Speil om linje, og klikk på trekanten ABC, deretter på linja l. Se hva som skjer.<br />
f. Velg Speil om punkt, og klikk på trekanten ABC og deretter på punktet D. Se hva som<br />
skjer.<br />
g. Trekk en vektor, og sett navnet v på den.<br />
h. Velg Parallellforskyv, og klikk på trekanten ABC, deretter på vektoren v.<br />
i. Da i A, B, C, trekanten ABC, linja l punktet D, vektoren v og i v's endepunkter og observer<br />
hva som skjer.<br />
7.12.6 Rotasjoner. Cabri-fil her. Løsningsforslag her.<br />
a. Tegn to stråler med felles startpunkt O, og sett navn m og n på dem<br />
b. Tegn en vilkårlig mangekant, og gi den navnet P<br />
c. Velg Rotasjon, klikk så først på mangekanten P, og deretter på et punkt på m og så på O<br />
og så på et punkt på n. Observer hva som skjer.<br />
d. Trekk i strålene, mangekanten og O og observer.<br />
e. Dette er det verktøyet som kan brukes til å tegne symmetriske flislegginger, som er nevnt i<br />
geometripensummet i 2PX.<br />
7.12.7 Parallellforskyvninger. Cabri-fil her. Løsningsforslag her.<br />
a. Merk av tre punkter og sett navn A, B og C på dem.<br />
b. Trekk linjene AB og AC<br />
c. Trekk en parallell med AB gjennom C og en parallell med AC gjennom B.<br />
d. Merk av skjæringspunktet mellom parallellene, og sett navnet D på det,<br />
e. Trekk opp mangekanten ABDC.<br />
f. Skjul de fire linjene, slik at bare parallellogrammet er synlig<br />
g. Trekk opp vektorene AB og AC.<br />
h. Velg Parallellforskyv. Klikk på mangekanten ABDC og deretter på vektoren AB.<br />
i. Klikk på mangekanten ABDC og deretter på vektoren AC.<br />
j. Gjenta på kopiene inntil du har fått dekket et parallellogramformet område.<br />
k. Fyll ut med passende farger.<br />
MA-132 Geometri 150 Byrge Birkeland
l. Trekk i punktene A, B og C og observer.<br />
7.12.8 Flislegging med regulære sekskanter. Cabri-fil her. Løsningsforslag her.<br />
a. Velg Regulær mangekant, og tegn en regulær sekskant med sentrum i O og et hjørne i<br />
A.<br />
b. Sett navn B, C, D, E og F på de andre hjørnene i retning mot urviserne.<br />
c. Trekk vektoren DB<br />
d. Velg Parallellforskyv. Klikk på sekskanten og deretter på vektoren DB. Da får du en kopi<br />
av sekskanten "oppover til høyre".<br />
e. Trekk en vektor v gjennom D og A som spenner over en side til i kopien.<br />
f. Trekk vektoren EC.<br />
g. Bruk Parallellforskyv til å lage flere kopier av sekskanten til den dekker et noenlunde<br />
rektangulært område.<br />
h. Fyll ut sekskantene i passende farger<br />
i. Her er lenker til beslektede filer:<br />
Fliser med trekanter<br />
Fliser med trekanter<br />
7.12.9 Flislegging med regulære sekskanter, kvadrater og likesidede trekanter.<br />
I denne oppgaven trenger du tre makroer, som jeg har laget på forhånd. Velg Fil - Åpne... i<br />
den øverste menyen, velg filtypen Makrofiler (*.mac) og hent inn etter tur makroene<br />
Kvadrat og RegulærTrekant. Disse konstruerer et kvadrat, hhv. en likesidet trekant basert<br />
på to gitte punkter. Hjørnene blir gjennomløpt i positiv omløpsretning ut fra de to oppgitte<br />
punktene. Cabri-fil her. Løsningsforslag her.<br />
j. Start med å trekke et linjestykke, f.eks. loddrett.<br />
k. Finn midtpunktet av linjestykket.<br />
l. Konstruer en regulær mangekant med midtpunktet som sentrum og et hjørne i det<br />
øverste punktet på linjestykket. Trekk i muspekeren til du får en regulær sekskant.<br />
m. Bruk makroen Kvadrat til å tegne et kvadrat utenfor sekskanten på tre av sidene. Velg<br />
dem slik at de peker mot nordvest, nordøst og sørøst.<br />
n. Fyll ut mellomrommene mellom de tre kvadratene med trekanter ved å bruke makroen<br />
RegulærTrekant.<br />
o. Fyll ut sekskanten i én farge, kvadratene i en annen farge og trekantene i en tredje farge.<br />
p. Nå har du nok fliser til å dekke et noenlunde rektangulært område ved<br />
parallellforskyvning.<br />
q. Trekk passende vektorer og bruk dem til å lage parallellforskjøvne kopier av flisene.<br />
r. Her er lenker til beslektede filer:<br />
FliserSemi4_3_3_4_3.fig FliserSemi6_3_3_3_3.fig<br />
FliserSemi6_4_3_4.fig FliserSemi12_6_4_3.fig<br />
FliserSemi12_6_4_3.fig<br />
s. Her er lenker til Cabrifiler med flislegginger der noen av flisene er stjerneformede:<br />
Fliser_Stjerne3_6__6.fig Fliser_Stjerne4_4__4.fig<br />
FliserStjerne3_3_8_4_8.fig FliserStjerne3_3__3_3.fig<br />
FliserStjerne3_4_6_3_12.fig FliserStjerne3_12_3_3_12.fig<br />
FliserStjerne4_6_4_6.fig FliserStjerne4_6_4_6_4_6.fig<br />
MA-132 Geometri 151 Byrge Birkeland
FliserStjerne4_6_6_6.fig FliserStjerne6_3_3.fig<br />
FliserStjerne8_3_4.fig FliserStjerne12_3_12_3.fig<br />
t. Her er lenker til Cabrifiler med flislegginger som har andre symmetrier i tillegg til<br />
translasjonssymmetrier:<br />
Fliser/Cabri/Fliser_cm.fig Fliser/Cabri/Fliser_cmm.fig<br />
Fliser/Cabri/Fliser_p2.fig Fliser/Cabri/Fliser_p3.fig<br />
Fliser/Cabri/Fliser_p3_1.fig Fliser/Cabri/Fliser_p3_2.fig<br />
Fliser/Cabri/Fliser_p3m1.fig Fliser/Cabri/Fliser_p4g.fig<br />
Fliser/Cabri/Fliser_p4m.fig Fliser/Cabri/Fliser_p6.fig<br />
Fliser/Cabri/Fliser_p6m.fig Fliser/Cabri/Fliser_pg.fig<br />
Fliser/Cabri/Fliser_pmg.fig Fliser/Cabri/Fliser_pmm.fig<br />
7.12.10 Det gylne snitt.<br />
I denne oppgaven skal vi konstruere et rektangel der sidene er som i det gylne snitt, og lage en<br />
makro som konstruerer et slikt rektangel automatisk, gitt den lengste sida. Cabri-fil her.<br />
Løsningsforslag her.<br />
a. Start med å trekke et linjestykke AB.<br />
b. Finn midtpunktet M av AB<br />
c. Oppreis en normal på AB i A.<br />
d. Slå en sirkel med sentrum i A og radius AM .<br />
e. Merk av skjæringspunktet C med normalen i A.<br />
f. Trekanten ABC er nå en rettvinklet trekant med kateter AB og AB/2 Etter Pythagoras er da<br />
hypotenusen √5/2 AB.<br />
g. Slå en sirkel med radius AB/2 og sentrum i C.<br />
h. Merk av skjæringspunktet D med hypotenusen.<br />
i. Slå en sirkel med radius BD og sentrum i D.<br />
j. Marker skjæringspunktet E med normalen i B.<br />
k. Trekk en parallell med AB gjennom E og marker skjæringspunktet F med normalen i A.<br />
l. Lengden av linjestykket BD er nå AB (√5−1)/2, og dette er den riktige verdien i det gylne<br />
snitt. Kontroller dette:<br />
m. Bruk Avstand og lengde til å finne lengdene av AB og BE.<br />
n. Bruk Beregn til å finne forholdet mellom dem.<br />
o. Lag og test en makro som gir et rektangel i det gylne snitt, gitt et linjestykke.<br />
7.12.11 Ellipse.<br />
I denne oppgaven skal vi konstruere en ellipse ut fra definisjonen: En ellipse er det<br />
geometriske sted for de punkter hvis avstander til to oppgitte punkter har en konstant sum.<br />
Cabri-fil her. Løsningsforslag her.<br />
a. Merk av to punkter (brennpunkter) A og B.<br />
b. Trekk en vannrett stråle (langt unna A og B) som starter i et punkt D. Merk av et punkt E<br />
på strålen (Punkt på objekt), og marker linjestykket DE.<br />
c. Linjestykket DE skal nå spille rollen som summen av avstandene til de to brennpunktene<br />
fra et punkt på ellipsen.<br />
d. Skjul strålen, og merk av et punkt F på linjestykket DE.<br />
MA-132 Geometri 152 Byrge Birkeland
e. Marker linjestykkene DF og FE, som skal være de to avstandene.<br />
f. Velg Passer, og slå en sirkel om A med DF som radius (klikk på A og deretter på DF) og<br />
så en sirkel om B med radius FE. Marker skjæringspunktene P og Q.<br />
g. Velg Lokus (geometrisk sted). Klikk på P og deretter på F. Klikk så på Q og deretter på<br />
F. Nå har du fått trukket ellipsen.<br />
h. Trekk i punktene A, B, F og E og observer.<br />
i. Animer figuren: Velg Animer, klikk på P og trekk deretter i F.<br />
j. Lenker til lignende filer:<br />
Tekstfil: Cabri-fil:<br />
Hyperbel.doc Hyperbel.fig<br />
Parabel.doc Parabel.fig<br />
ArchimedesSpiral.doc ArchimedesSpiral.fig<br />
Hyposykloide.doc Hyposykloide.fig<br />
Episykloide.doc Episykloide.fig<br />
KastUtenLuftmotstand.doc KastUtenLuftmotstand2.fig<br />
Sykloider.doc Sykloide1.fig Sykloide2.fig<br />
Ur.doc Ur.fig<br />
MA-132 Geometri 153 Byrge Birkeland
Stikkordregister<br />
A<br />
abelsk;77; 99<br />
absolutt vinkelmåling;14<br />
aksiom;11; 12; 17; 77<br />
areal;25; 26; 27; 28; 29; 31; 32; 39; 43; 48<br />
avstand;16; 19; 20; 26; 36; 39; 43; 85; 102; 107; 113; 141<br />
avstandsfunksjon;12; 13<br />
B<br />
Babylon;27<br />
bijeksjon;19; 24; 78; 82<br />
billedplan;113; 114; 115; 117; 118; 119; 121<br />
binær operasjon;77; 79<br />
buelengde;14; 135<br />
bånd;99; 100; 101<br />
båndmønstre;100; 102<br />
C<br />
Cabri;1; 52; 71; 101; 104; 110; 114; 115; 122; 129; 130;<br />
132; 133; 136; 139; 148; 149; 150; 151; 152; 153<br />
Cabri 3d;114<br />
celle;105; 106<br />
cosecans;33<br />
cosinus;33; 34; 56; 61; 69<br />
cosinussetningen;34; 61<br />
cotangens;33<br />
delingsforhold;18; 19<br />
determinant;71<br />
diagonal;28; 29; 39; 43; 45; 47; 49; 59<br />
diameter;30; 32; 33; 35; 45; 47; 48; 50; 60; 91; 141<br />
differensen mellom to vinkler;15<br />
dihedral gruppe;80; 81; 101<br />
dilatasjon;24<br />
direkte isometri;17; 84; 85; 86; 87; 97; 99<br />
dobbeltperiodisk;105; 110<br />
D<br />
E<br />
Egypt;27<br />
ellipse;17; 136; 142; 152<br />
endepunkt;12; 13; 76; 116; 128; 132<br />
enhetsvektor;53; 58; 59; 60; 61<br />
Euklid;11; 12; 17; 22; 27; 44<br />
F<br />
fikslinje;84; 85; 86; 99; 100<br />
fikspunkt;84; 85; 86; 87; 88; 90; 91; 92; 94; 97; 99; 120<br />
fikspunktlinje;84; 85; 86<br />
firkant;16; 28; 29; 37; 39; 40; 42; 43; 44; 46; 47; 48; 49;<br />
55; 80; 83; 90; 96; 141; 149; 150<br />
fluktpunkt;118; 119; 120; 121; 123<br />
formlik;24; 25; 26; 32; 33; 36; 40; 45; 46; 47; 50<br />
forsvinningspunkt;118<br />
fraktaler;97<br />
MA-132 Geometri 154 Byrge Birkeland<br />
G<br />
generator;77<br />
geometrisk sted;17; 136; 138; 142; 153<br />
gliderefleksjon;75; 76; 85; 87; 88; 100; 101; 106<br />
gravitasjonssenter;36<br />
grunnlinje;23; 25; 28; 39; 113<br />
gruppe;77; 78; 79; 81; 82; 88; 92; 99; 102<br />
gylne snitt;37; 38; 152<br />
H<br />
heksagonalt nett;105<br />
Herons formel;35; 41; 143<br />
hjørne;13; 16; 17; 35; 37; 80; 133; 134; 141; 142; 144;<br />
145; 149; 151<br />
homogene koordinater;73; 74; 75; 76; 85; 88<br />
homoteti;24; 73; 74; 76; 97; 99; 131; 138<br />
homotetier;73; 99<br />
horisont;118; 119; 120; 121; 123<br />
horisontalprojeksjon;113; 115; 116; 117<br />
hosliggende;13; 15; 29; 33<br />
hypotenus;15; 27; 33; 152<br />
høyde;25; 28; 36; 109; 118; 129; 134; 139<br />
høyre-system;55; 62; 63<br />
I<br />
identitetsmatrisen;75<br />
ikke-euklidsk;12<br />
indre vinkler;14<br />
infix;77<br />
innsenteret;36; 50<br />
innsirkel;36<br />
isometri;15; 17; 18; 19; 24; 73; 74; 84; 85; 86; 87; 88; 89;<br />
90; 91; 92; 94; 95; 97; 99; 100; 101; 102; 105<br />
isomorfi;81; 82; 85; 88; 91; 92; 99; 100; 101; 102; 105<br />
K<br />
kartesisk;11; 13; 55; 61; 72<br />
kollineære;11<br />
kolonnevektor;74<br />
komplementvinkler;15<br />
kongruens;16; 17; 18; 26; 28; 36; 49<br />
konkurrente;11<br />
koordinater;11; 13; 34; 55; 56; 57; 59; 61; 64; 70; 72; 73;<br />
74; 75; 76; 95; 133; 136; 142; 147; 148<br />
korde;30; 31; 32; 34; 39; 43; 133<br />
kryssprodukt;62; 63; 64; 68<br />
kvadrat;16; 26; 32; 39; 43; 44; 46; 49; 50; 51; 80; 82; 89;<br />
105; 113; 146; 151<br />
kvadratur;32; 33<br />
L<br />
lengde;11; 12; 14; 16; 19; 20; 21; 26; 31; 42; 43; 44; 45;<br />
46; 47; 48; 49; 50; 51; 52; 53; 57; 58; 59; 61; 75; 85;<br />
97; 100; 106; 135; 138; 141; 142; 143; 148; 152<br />
lengdeaksen;99; 100; 101; 102; 107
likebeint;15; 21; 22; 30; 33; 38; 41; 42; 48; 49; 89<br />
likesidet;15; 20; 48; 91; 98; 105; 151<br />
lineær algebra;53<br />
lineær avbildning;74<br />
linjal;17; 115; 129; 133<br />
linje;11; 12; 13; 14; 18; 19; 20; 21; 22; 23; 24; 26; 30; 32;<br />
36; 40; 43; 46; 47; 48; 57; 61; 66; 69; 73; 74; 76; 84;<br />
85; 86; 87; 88; 89; 90; 92; 97; 99; 113; 115; 116; 117;<br />
118; 121; 131; 132; 133; 134; 135; 136; 137; 139;<br />
141; 142; 143; 145; 147; 149; 150<br />
linjestykke;12; 13; 19; 20; 21; 23; 26; 29; 30; 36; 42; 45;<br />
48; 49; 51; 57; 88; 97; 115; 127; 130; 132; 133; 134;<br />
135; 136; 137; 138; 139; 142; 146; 147; 148; 149;<br />
151; 152<br />
M<br />
Mathematica;110<br />
matrisemultiplikasjon;71; 74; 75; 78; 79; 88<br />
matriser;70; 71; 73; 74; 75; 78; 79; 80; 85; 86; 88; 92<br />
median;36; 41; 54; 55; 57; 134; 141; 148<br />
medianvektor;53<br />
mellomproporsjonalen;37; 38; 39<br />
midtnormal;19; 21; 35; 87; 89; 119; 133; 134; 137; 149<br />
modulo;77; 78; 92<br />
motsatt isometri;13; 14; 15; 17; 19; 24; 33; 52; 67; 84;<br />
85; 86; 87; 97; 99; 145<br />
motstående;12; 13; 15; 18; 26; 29; 31; 33; 35; 36; 37; 40;<br />
53; 54; 57; 60; 134; 139; 148<br />
multiplikasjonstabell;77; 79; 81; 83<br />
N<br />
nabovinkler;14<br />
nett;105; 107; 108<br />
normal;15; 19; 20; 21; 23; 28; 32; 33; 36; 44; 46; 47; 48;<br />
49; 50; 51; 53; 62; 67; 69; 84; 114; 115; 116; 117;<br />
121; 134; 135; 136; 139; 143; 149; 152<br />
normalvektor;67<br />
omkrets;31<br />
omsenter;35; 141<br />
orden;77<br />
O<br />
P<br />
papirformat;38<br />
parallell;11; 13; 18; 23; 26; 33; 39; 42; 43; 44; 50; 51; 52;<br />
53; 55; 58; 65; 66; 69; 74; 85; 99; 118; 134; 145; 149;<br />
150; 152<br />
parallellaksiom;11; 12; 23<br />
parallellogram;16; 26; 28; 29; 37; 54; 55; 61; 83; 105;<br />
135<br />
parallellogramnett;105<br />
parallellprojeksjon;113<br />
parameterfremstilling;66; 67; 68<br />
passer;17; 115; 129; 133<br />
periferivinkel;30<br />
permutasjon;79; 80; 82; 83<br />
perspektivprojeksjon;113; 115; 119; 127<br />
perspektivtegning;113; 118; 128<br />
plan;17; 53; 61; 62; 64; 65; 66; 67; 68; 69; 78; 84; 87; 91;<br />
92; 113<br />
polarkoordinater;72<br />
polygon;16; 17; 26; 27; 28; 29; 96; 133; 134; 137; 138;<br />
142; 147; 149; 150; 151<br />
potens;31; 32; 43; 44; 77; 82<br />
produktet av et tall og en vektor;13<br />
profilplan;113<br />
profilprojeksjon;113; 115; 116; 117<br />
projeksjonsplan;113; 120; 121<br />
punkt;11; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 23; 24;<br />
29; 30; 31; 35; 36; 39; 40; 43; 44; 45; 46; 47; 48; 50;<br />
51; 52; 54; 55; 56; 60; 62; 65; 66; 67; 68; 69; 70; 72;<br />
73; 74; 75; 76; 78; 82; 84; 85; 88; 89; 90; 91; 93; 97;<br />
99; 100; 102; 113; 115; 116; 117; 118; 119; 121; 125;<br />
127; 130; 131; 132; 133; 134; 135; 136; 137; 138;<br />
139; 141; 142; 143; 144; 145; 147; 148; 149; 150;<br />
151; 152<br />
Pythagoras;27; 28; 32; 35; 38; 51; 152<br />
MA-132 Geometri 155 Byrge Birkeland<br />
R<br />
radian;14<br />
radius;14; 17; 19; 20; 23; 30; 31; 34; 35; 36; 38; 40; 42;<br />
43; 46; 47; 48; 50; 51; 72; 84; 133; 135; 138; 152; 153<br />
regulær;16; 28; 29; 38; 54; 80; 81; 82; 83; 110; 133; 142;<br />
145; 151<br />
regulær femkant;28; 38; 43<br />
regulær tikant;38<br />
rektangel;16; 26; 32; 37; 38; 39; 43; 48; 83; 105; 146;<br />
149; 152<br />
rektangulært nett;107<br />
René Descartes;55<br />
retningscosinus;56; 57; 60<br />
rettvinklet;15; 26; 27; 28; 32; 33; 35; 38; 41; 152<br />
rotasjon;73; 74; 78; 80; 81; 82; 89; 90; 91; 107<br />
rotasjonssenter;84; 89; 96; 130; 131; 138<br />
rotasjonsvinkel;84; 90<br />
S<br />
samsvarende vinkler;14; 22; 23; 24; 26; 33<br />
secans;33<br />
sekant;30; 31; 43<br />
sentralprojeksjon;113; 114; 116<br />
sentralvinkel;30; 31<br />
side;12; 13; 15; 16; 18; 20; 21; 22; 23; 26; 28; 29; 33; 35;<br />
36; 37; 40; 41; 42; 43; 44; 45; 46; 47; 48; 49; 54; 55;<br />
61; 80; 83; 90; 98; 134; 135; 141; 144; 146; 149; 150;<br />
151; 152<br />
similaritet;24; 73; 84; 97; 99<br />
sinus;33; 34<br />
sinussetningen;34; 41<br />
sirkel;14; 16; 17; 19; 20; 23; 30; 31; 32; 33; 34; 35; 36;<br />
37; 39; 40; 41; 42; 43; 46; 47; 48; 49; 50; 72; 84; 91;<br />
117; 133; 135; 136; 137; 138; 141; 142; 143; 145;<br />
147; 149; 152; 153<br />
sirkelbue;14; 19; 20; 23<br />
sirkelperiferi;30; 40<br />
sirkelsegment;34<br />
sirkelsektor;31; 34<br />
skalarkomponent;13<br />
skalarprodukt;57; 58; 59; 62; 67; 71<br />
skalarprojeksjon;53; 57; 60; 62; 67<br />
speilakse;75; 76; 84; 85; 137<br />
speiling;73; 74; 75; 76; 80; 81; 84; 85; 86; 87; 88; 89; 90;<br />
91; 92; 93; 97; 100; 102; 105; 106; 107; 108; 109<br />
speilsymmetri;80; 91; 92<br />
speilsymmetrier;92; 105; 107<br />
spiss vinkel;14<br />
spissvinklet;14; 15; 40; 42; 50; 133<br />
SSS;18; 19; 20; 23; 28<br />
SSV;18; 22
startpunkt;12; 13; 53; 76; 132; 135; 145; 150<br />
stråle;12; 15; 26; 123; 132; 134; 135; 136; 137; 142; 145;<br />
147; 152<br />
stump vinkel;14<br />
stumpvinklet;14; 15; 41<br />
summen av to vinkler;15<br />
supplementvinkler;15; 19<br />
SVS;18; 19; 22<br />
syklisk;37; 44; 48; 49; 63; 77; 80; 81; 82; 90<br />
syklisk permutasjon;80; 82<br />
syklisk undergruppe;81; 82<br />
symmetrigruppe;78; 82; 83; 91; 92; 93; 96; 101; 105; 107<br />
symmetrisk gruppe;79; 82<br />
T<br />
tangens;33; 34; 142<br />
tangent;30; 31; 32; 39; 40; 46; 50<br />
tapetmønstre;105; 110; 111<br />
Tess;101; 104; 110<br />
Thabit ibn Qurras;27<br />
Thales;30; 31; 37<br />
toppunkt;13; 14; 15; 20; 24; 30; 39; 135; 138; 142<br />
toppvinkler;14; 22; 24<br />
translasjon;74; 75; 85; 87; 88; 89; 90; 97; 99; 100; 101;<br />
102; 105; 106; 107; 138; 150<br />
translasjonsvektor;75; 87; 101; 102; 105<br />
transversalsetningen;26; 33; 36; 37<br />
trapes;16; 26; 42; 45; 46; 49<br />
trekant;12; 13; 14; 15; 18; 20; 21; 22; 23; 24; 26; 27; 28;<br />
29; 31; 33; 34; 35; 36; 38; 39; 40; 41; 42; 43; 44; 45;<br />
46; 47; 48; 49; 50; 53; 54; 55; 60; 61; 65; 84; 86; 87;<br />
89; 90; 95; 97; 98; 105; 127; 130; 132; 133; 134; 135;<br />
139; 141; 142; 144; 147; 149; 150; 151; 152<br />
trekantulikheten;12; 18; 25<br />
trigonometri;33; 34<br />
trippelprodukt;63; 66; 68<br />
tverrakse;99; 100; 107<br />
tyngdepunkt;36; 131<br />
undergruppe;81; 82; 99<br />
U<br />
MA-132 Geometri 156 Byrge Birkeland<br />
V<br />
Varignon;37<br />
vektor;13; 52; 53; 55; 56; 57; 58; 59; 60; 61; 62; 63; 66;<br />
67; 69; 70; 71; 74; 75; 76; 85; 87; 88; 93; 97; 100;<br />
102; 105; 132; 134; 135; 136; 137; 138; 142; 145;<br />
150; 151<br />
vektordifferens;13; 52<br />
vektorkomponent;13; 56<br />
vektorprodukt;62; 64<br />
vektorprojeksjon;57<br />
vektorrom;53; 70<br />
vektorsum;13<br />
vertikalprojeksjon;113<br />
vinkel;11; 13; 14; 15; 18; 19; 20; 21; 22; 23; 24; 25; 26;<br />
28; 29; 30; 31; 33; 34; 36; 39; 40; 42; 43; 48; 58; 59;<br />
60; 69; 72; 73; 74; 75; 76; 78; 80; 82; 84; 86; 88; 89;<br />
90; 91; 92; 93; 135; 142; 144; 149<br />
vinkelbein;13; 23; 24; 142<br />
vinkelhalveringslinje;20; 29; 33; 36; 42; 44; 47; 50; 86;<br />
135; 137<br />
Von Kochs snøflakkurve;97<br />
VSV;18; 23; 26<br />
Wikipedia;11; 37<br />
ytre vinkel;14; 22; 23; 30<br />
øyepunkt;113; 115; 116; 118<br />
åpent utsagn;16<br />
W<br />
Y<br />
Ø<br />
Å
Referanser<br />
[1] Hans Erik Borgersen og Trygve Breiteig: Notater i geometri. Hia 2002.<br />
[2] Hans Erik Borgersen: Notater i geometri. Hia 1985.<br />
[3] Trygve Breiteig: Projektiv geometri. Hia 2001.<br />
[4] Erik M. Alfsen og Erling R. Hansén: Fo4. Universitetsforlaget 1960.<br />
MA-132 Geometri 157 Byrge Birkeland