Afstandsformlen og Cirklens Ligning

Relaterede dokumenter
Afstandsformlen og Cirklens Ligning

Værktøjskasse til analytisk Geometri

Værktøjskasse til analytisk Geometri

Afstand fra et punkt til en linje

Vinkelrette linjer. Frank Villa. 4. november 2014

Problemløsning i retvinklede trekanter

Analytisk plangeometri 1

Afstande, skæringer og vinkler i rummet

Afstandsformlerne i Rummet

Implikationer og Negationer

Analytisk Geometri. Frank Nasser. 11. juli 2011

Analytisk Geometri. Frank Nasser. 12. april 2011

Afstande, skæringer og vinkler i rummet

Diskriminantformlen. Frank Nasser. 11. juli 2011

Differentiation af Trigonometriske Funktioner

Delmængder af Rummet

Archimedes Princip. Frank Nasser. 12. april 2011

Cosinusrelationen. Frank Nasser. 11. juli 2011

π er irrationel Frank Nasser 10. december 2011

Egenskaber ved Krydsproduktet

Pythagoras Sætning. Frank Nasser. 20. april 2011

Trekanter. Frank Villa. 8. november 2012

Andengradsligninger. Frank Nasser. 11. juli 2011

Analytisk geometri. Et simpelt eksempel på dette er en ret linje. Som bekendt kan en ret linje skrives på formen

Brug og Misbrug af logiske tegn

User s guide til cosinus og sinusrelationen

Løsning af simple Ligninger

Delmængder af Rummet

Andengradsligninger. Frank Nasser. 12. april 2011

Eksamensspørgsmål: Trekantberegning

Polynomiumsbrøker og asymptoter

Ting man gør med Vektorfunktioner

Omskrivningsregler. Frank Nasser. 10. december 2011

Grafmanipulation. Frank Nasser. 14. april 2011

De rigtige reelle tal

VUC Vestsjælland Syd, Slagelse Nr. 1 Institution: Projekt Trigonometri

Potensfunktioner, Eksponentialfunktioner og Logaritmer

Bedste rette linje ved mindste kvadraters metode

Funktionsterminologi

Forslag til løsning af Opgaver til analytisk geometri (side 338)

Flere ligninger med flere ukendte

Tip til 1. runde af Georg Mohr-Konkurrencen Geometri

Ting man gør med Vektorfunktioner

Frank Villa. 15. juni 2012

Projekt 2.5 Brændpunkt og ledelinje

Egenskaber ved Krydsproduktet

Funktionsterminologi

Ordbog over Symboler

Matematik C. Cirkler. Skrevet af Jacob Larsen 3.år HTX Slagelse Udgivet i samarbejde med Martin Gyde Poulsen 3.år HTX Slagelse.

Matematik projekt. Klasse: Sh-mab05. Fag: Matematik B. Projekt: Trigonometri

Pointen med Differentiation

Potensfunktioner, Eksponentialfunktioner og Logaritmer

Hvad er matematik? C, i-bog ISBN

Kapitel 4. Trigonometri. Matematik C (må anvendes på Ørestad Gymnasium) Kapitel 4

Projekt 2.1: Parabolantenner og parabelsyning

Tal. Vi mener, vi kender og kan bruge følgende talmængder: N : de positive hele tal, Z : de hele tal, Q: de rationale tal.

Opgaver om koordinater

Kompendium i faget. Matematik. Tømrerafdelingen. 2. Hovedforløb. Y = ax 2 + bx + c. (x,y) Svendborg Erhvervsskole Tømrerafdelingen Niels Mark Aagaard

5: Trigonometri Den del af matematik, der beskæftiger sig med figurer og deres egenskaber, kaldes for geometri. Selve

Her er et spørgsmål, du måske aldrig har overvejet: kan man finde to trekanter med samme areal?

Pointen med Funktioner

Projekt 2.5 Brændpunkt og ledelinje for parabler

Fraktaler Mandelbrots Mængde

Algebra - Teori og problemløsning

Vektorer og lineær regression

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 10 opgaver over. , og et punkt er givet ved: P (2, 1).

Trekants- beregning for hf

Enhedscirklen og de trigonometriske Funktioner

Vektorer og lineær regression. Peter Harremoës Niels Brock

Om problemløsning i matematik

Additionsformlerne. Frank Villa. 19. august 2012

Tip til 1. runde af Georg Mohr-Konkurrencen. Geometri. Georg Mohr-Konkurrencen

Eksempel på den aksiomatisk deduktive metode

Matematik A August 2016 Delprøve 1

M A T E M A T I K. # e z. # a. # e x. # e y A U E R B A C H M I K E. a z. a x

ØVEHÆFTE FOR MATEMATIK C GEOMETRI

Undersøgelser af trekanter

Introduktion til cosinus, sinus og tangens

Tema: Kvadrattal og matematiske mønstre:

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 10 opgaver over. 1, og et punkt er givet ved: (2, 1)

Tegn med GPS 1 - Vejledning

Du skal lave en tegning af bordet set lige på fra alle sider (fra langsiden, den korte side, fra oven og fra neden - 4 tegninger i alt).

Matematikprojekt Belysning

Undervisningsbeskrivelse

Pythagoras Ensvinklede trekanter Trigonometri. Helle Fjord Morten Graae Kim Lorentzen Kristine Møller-Nielsen

dvs. vinkelsummen i enhver trekant er 180E. Figur 11

for matematik på C-niveau i stx og hf

Polynomier. Frank Villa. 26. marts 2012

VUC Vestsjælland Syd, Slagelse Nr. 2 Institution: Projekt Vejanlæg. Matematik B-niveau Differentialregning

Lad os prøve GeoGebra.

Undervisningsbeskrivelse Stamoplysninger til brug ved prøver til gymnasiale uddannelser Termin Maj-juni 2019 Institution

Retningslinjer for bedømmelsen. Georg Mohr-Konkurrencen runde

Projekt 1.4 Tagrendeproblemet en instruktiv øvelse i modellering med IT.

TREKANTER. Indledning. Typer af trekanter. Side 1 af 7. (Der har været tre kursister om at skrive denne projektrapport)

Beregning til brug for opmåling, udfoldning og konstruktion

Undervisningsbeskrivelse Stamoplysninger til brug ved prøver til gymnasiale uddannelser Termin Maj-juni 2015 Institution

Funktioner generelt. for matematik pä B-niveau i stx Karsten Juul

Struktureret læsning i Matematik

Projekt 6.7. Beviser for Pythagoras sætning - og konstruktion af animationer

Transkript:

Afstandsformlen og Cirklens Ligning Frank Villa 19. august 2012 2008-2012. IT Teaching Tools. ISBN-13: 978-87-92775-00-9. Dette dokument må kun anvendes til undervisning i klasser som abonnerer på MatBog.dk. Se yderligere betingelser for brug her.

Indhold 1 Introduktion 1 2 Afstandsformlen 2 3 Cirklens Ligning 5 3.1 En fejl i beviset?................... 7

Resumé I dette dokument beviser to nemme, men meget fundamentale sætninger fra analytisk geometri. 1 Introduktion Det er nok lidt overdrevet at kalde sætningerne i dette dokument for sætninger. De er nemlig ikke ret meget andet end smarte anvendelser af Pythagoras sætning. Men de er så nyttige at huske på at man har ophøjet dem til sætninger alligevel. Det kan dog varmt anbefales at huske beviserne i stedet for sætningerne. På den måde kan man nøjes med at huske på Pythagoras sætning som er hovedingrediensen i dem begge. Forudsætninger For at læse disse beviser har du brug for at kende det todimensionale koordinatsystem og vide hvordan man beskriver delmængder ved hjælp af ligninger 1. Desuden skal du selvfølgelig kende Pythagoras sætning. 1 Læs om analytisk geometri her. side 1

2 Afstandsformlen Sætning 1. Hvis P og Q er to punkter i det todimensionale koordinatsystem med koordinaterne: P = (x 1 ; y 1 ) og Q = (x 2 ; y 2 ) så er afstanden mellem P og Q givet ved: P Q = (x 2 x 1 ) 2 + (y 2 y 1 ) 2 Bevis. Vi varmer op ved at se på nogle specielle situationer først. Først og fremmest: Hvis de to punkter skulle gå hen at være ens 2 altså hvis x 1 = x 2 og y 1 = y 2, så ligger de oven i hinanden. I det tilfælde påstår sætningen at afstanden mellem punkterne er: P Q = (x 2 x 1 ) 2 + (y 2 y 1 ) 2 = 0 2 + 0 2 = 0 Hvilket må siges at være rigtigt nok. Dernæst: Hvis punkterne enten har samme x-koordinater eller samme y-koordinater, så svarer det til at de ligger på samme vandrette eller lodrette linje. Lad os se på situationen hvor x-koordinaterne er ens, altså x 1 = x 2. I dette tilfælde kan vi tegne et lodret linjestykke mellem de to punkter (se figur 1), og er det ret klart at afstanden imellem dem kan beregnes som afstanden mellem y-koordinaterne, altså: P Q = y 2 y 1 2 Ja, jeg ved at det virker superfjollet. Men når sætningen udtaler sig om to vilkårlige punkter, så er man nødt til at sikre sig at den gælder uanset hvordan disse punkter ligger. Også de tilfælde hvor man aldrig kunne drømme om at anvende sætningen. side 2

(Bemærk at vi har brug for den nummeriske værdi, fordi vi ikke kan vide hvilken af y-koordinaterne der er størst. Og vi har jo ikke lyst til at afstanden bliver et negativt tal.) Figur 1: Afstanden mellem to punkter som har samme x-koordinat. er: Sætningen påstår i dette tilfælde at afstanden mellem punkterne P Q = (x 2 x 1 ) 2 + (y 2 y 1 ) 2 = 0 2 + (y 2 y 1 ) 2 = (y 2 y 1 ) 2 Men det er præcis det samme, fordi kvadratroden af et tal opløftet i anden potens er det samme som tallets nummeriske værdi. Tilfældet hvor det er y-koordinaterne som er ens håndteres på præcis samme måde. Til sidst er vi klar til at bevise formlen i det rigtige tilfælde, nemlig hvor punkterne har forskellige x-koordinater og forskellige y-koordinater. Her laver vi et lille trick: Vi integner punkterne i koordinatsystemet og tilføjer en lodret linje gennem det ene punkt og en vandret linje gennem det andet. Disse to linjer vil skære hinanden i et eller andet punkt som vi kan kalde R. De vil endda danne en ret vinkel i dette punkt, hvorved der opstår en retvinklet trekant. (Se figur 2.) I denne retvinklede trekant kan vi hurtigt bestemme kateternes længder. (Bemærk at dette er præcis samme problem som vi løste i side 3

Figur 2: Afstanden mellem to punkter i det generelle tilfælde. tilfældet hvor P og Q havde samme x-koordinat eller y-koordinat.) Vi har nemlig: og Nu siger pythagoras at: P R = y 2 y 1 RQ = x 2 x 1 dvs. P Q 2 = RQ 2 + P R 2 = x 2 x 1 2 + y 2 y 1 2 P Q = x 2 x 1 2 + y 2 y 1 2 Nu mangler vi kun at indse at de nummeriske værdier uden problemer kan erstattes med almindelige parenteser. Det kan vi fordi et tal og dets nummeriske værdi altid bliver ens når de opløftes i anden potens. Man kan sige at opløftningen i anden potens har en nummerisk værdi indbygget. Så derfor kan vi omskrive: P Q = x 2 x 1 2 + y 2 y 1 2 = (x 2 x 1 ) 2 + (y 2 y 1 ) 2 side 4

3 Cirklens Ligning Med den foregående sætning i lommen får vi en vigtig sætning mere nærmest gratis. Måske bør vi dog starte med at fjerne eventuel forvirring ved at minde om: Definition 2. Når man i analytisk geometri taler om en cirkel, så mener man punkterne på cirkelperiferien. Altså ikke punkterne inde i cirklens indre. Sætning 3. Hvis a og b er to reelle tal, og R er et ikke-negativt reelt tal, så er cirklen med centrum i punktet P = (a; b) og radius R > 0 givet ved ligningen: (x a) 2 + (y b) 2 = R 2 Sagt med andre ord, så er cirklen følgende mængde: { (x; y) R 2 (x a) 2 + (y b) 2 = R 2} Bevis. Dette bevis er så kort at man skal passe på ikke at snuble over logikken. Vi ønsker en ligning som karakteriserer punkterne på cirklen. Altså en ligning med to ukendte, x og y, som opfører sig sådan at et punkt (x; y) ligger på cirklen præcis hvis x og y får ligningen til at være opfyldt. side 5

For at komme i tanker om sådan en skal vi spørge os selv hvad det er som et punkt P = (x; y) på cirklen opfylder, og som ingen andre punkter opfylder. Det gode svar på dette spørgsmål er: Afstanden til sådan et punkt fra cirklens centrum C = (a; b) er lig med radius, R. Hvis vi skriver dette ned ved hjælp af afstandsformlen, så får vi: dvs. CP = R (x a) 2 + (y b) 2 = R Og det er sådan set en glimrende ligning for cirklen. Den bliver dog lidt nemmere at overskue hvis man laver en enkelt omskrivning ved at opløfte begge sider i anden potens. Dermed får vi: (x a) 2 + (y b) 2 = R 2 side 6

3.1 En fejl i beviset? Hvis man er typen der tænker grundigt over tingene, så kan man godt i et kort øjeblik komme til at frygte at den allersidste omskrivning i beviset er forkert! Det er jo ikke rigtigt at en ligning har præcis de samme løsninger når man opløfter begge sider i anden potens. F.eks. er ligningen x = 7 bestemt ikke den samme ligning som x 2 = 49 Det er korrekt af hvis x = 7 så er x 2 = 49, men den modsatte konklusion gælder ikke. (Hvis x 2 = 49 kan x være både 7 og 7.) Men der er heldigvis ikke noget galt. Vi er bare nødt til at tænke lidt mere over hvorfor de to ligninger: og (x a) 2 + (y b) 2 = R (x a) 2 + (y b) 2 = R 2 har præcis de samme løsninger. For det første hvis x og y er to tal som får den øverste ligning til at være opfyldt, så er det klart at de også får den nederste til at være opfyldt. Det er af samme grund som at x = 7 medfører at x 2 = 49 og fordi en opløftning af en kvadratrod i anden potens altid bare fjerner kvadratroden. Og for det andet: Hvis x og y er to tal som får den nederste ligning til at være opfyldt, så kan vi uden problemer tage kvadratroden på begge sider, fordi begge sider er ikke-negative. Så vi kan konkludere at: (x a) 2 + (y b) 2 = R 2 Men nu står vi men samme problem som tidligere, nemlig at kvadratroden af et tal i anden potens ikke altid giver tallet tilbage, men side 7

derimod den nummeriske værdi af tallet. Vi kan altså umiddelbart kun konkludere at: (x a) 2 + (y b) 2 = R Men eftersom vi heldigvis ved at R ikke er negativ, så er den nummeriske værdi af R helt sikkert det samme som R, og derfor kan vi konkludere at: (x a) 2 + (y b) 2 = R Dermed har vi vist at hvis et punkt opfylder den ene ligning, så opfylder det også den anden. Og dermed er de to versioner af cirklens ligning faktisk lige gode, præcis som vi påstod. side 8