Μετάβαση στο περιεχόμενο
Topos Uranos

Περίληψη

Αυτό το μάθημα ανοίγει την πέμπτη και τελευταία ενότητα του κύκλου μαθημάτων, αφιερωμένη στην αναλυτική γεωμετρία του χώρου. Παρουσιάζει τα τέσσερα μαθήματα που τη συγκροτούν και το νήμα που τα ενώνει: τα διανύσματα του επιπέδου, που μελετήθηκαν στον πρώτο κύκλο μαθημάτων, γίνονται τριάδες αριθμών με ένα εσωτερικό γινόμενο που μετρά μήκη και γωνίες· η ορίζουσα τάξης τρία της ενότητας 4 δίνει ένα νέο γινόμενο, το εξωτερικό, και μαζί του το μικτό γινόμενο, που μετρά εμβαδά και όγκους· οι ευθείες και τα επίπεδα περιγράφονται με γραμμικές εξισώσεις, και οι σχετικές θέσεις τους κρίνονται με τη βαθμίδα και το θεώρημα Ρουσέ-Φρομπένιους· και όλα αυτά συνενώνονται για να μετρηθούν αποστάσεις και γωνίες ανάμεσα σε σημεία, ευθείες και επίπεδα. Διατρέχει το ιστορικό υπόβαθρο αυτών των ιδεών, από τις συντεταγμένες του Καρτέσιου και του Φερμά, που τον 17ο αιώνα μόλις βγήκαν από το επίπεδο, έως τον διανυσματικό λογισμό του Γκιμπς και του Χέβισαϊντ και την κρυσταλλογραφία· διατυπώνει με ακρίβεια, μέσω δύο σηράγγων ενός δικτύου μετρό, το πρόβλημα από το οποίο γεννήθηκαν, να κριθεί αν δύο ευθείες του χώρου τέμνονται και να μετρηθεί πόσο απέχουν όταν δεν τέμνονται· και δείχνει πού χρησιμοποιούνται ξανά σε αυτόν τον κύκλο μαθημάτων, σε άλλους κύκλους μαθημάτων του ιστοτόπου και στην επιστήμη και την τεχνική.

Μαθησιακοί στόχοι

  1. Να περιγράφεται η σειρά των μαθημάτων της ενότητας και να εξηγείται ποιο εργαλείο προσφέρει το καθένα και ποια παίρνει από την ενότητα για τους πίνακες και από τη γεωμετρία του επιπέδου του πρώτου κύκλου μαθημάτων.
  2. Να τοποθετούνται στο ιστορικό τους πλαίσιο οι συντεταγμένες του χώρου, το εσωτερικό γινόμενο, το εξωτερικό γινόμενο και ο διανυσματικός λογισμός, με αναφορά στο πρόβλημα που ήρθε να λύσει η καθεμία ιδέα.
  3. Να διατυπώνεται ως γραμμικό σύστημα το ερώτημα αν δύο ευθείες του χώρου τέμνονται, να κρίνεται με τη βαθμίδα του επαυξημένου πίνακα και να υπολογίζεται η ελάχιστη απόσταση δύο ασύμβατων ευθειών.
  4. Να αναγνωρίζονται χρήσεις της αναλυτικής γεωμετρίας του χώρου στη φυσική, στα γραφικά υπολογιστή, στη ρομποτική, στη γεωδαισία, στον δορυφορικό εντοπισμό θέσης και στη χημεία.

Αρχική αξιολόγηση

Πριν διατρέξουμε την ενότητα, αξίζει να μετρήσουμε το σημείο εκκίνησης. Οι οκτώ πρώτες ερωτήσεις αγγίζουν, ανά δύο, τα τέσσερα μαθήματα της ενότητας, και η ένατη είναι ένα πρόβλημα μοντελοποίησης, που ζητά να διατυπωθεί με την απόσταση σημείου από ευθεία μια κατάσταση σε πλαίσιο· οι ίδιες δεξιότητες μετρώνται ξανά στο τέλος, στο μάθημα της σύνθεσης. Οι τρεις τελευταίες ελέγχουν όσα η ενότητα θεωρεί γνωστά από την ενότητα για τους πίνακες και από τον πρώτο κύκλο μαθημάτων. Αυτός ο αυτοέλεγχος δεν βαθμολογεί: χρησιμεύει για να ξέρουμε τι κατέχουμε και πού να σταθούμε.

Αρχική αξιολόγηση

Πριν ξεκινήσεις την ενότητα, μέτρησε το σημείο εκκίνησής σου. Είναι μια σύντομη αυτοαξιολόγηση: δεν βαθμολογείται και το αποτέλεσμα αποθηκεύεται μόνο στον περιηγητή σου.

  1. Ερώτηση 1Να υπολογιστεί η απόσταση των σημείων P=(1,−2,3)P = (1, -2, 3) και Q=(3,1,9)Q = (3, 1, 9).

  2. Ερώτηση 2Ποια γωνία σχηματίζουν τα διανύσματα u⃗=(1,1,0)\vec{u} = \left( 1, 1, 0 \right) και v⃗=(1,0,1)\vec{v} = \left( 1, 0, 1 \right);

  3. Ερώτηση 3Να υπολογιστεί το (1,2,0)×(0,1,3)\left( 1, 2, 0 \right) \times \left( 0, 1, 3 \right).

  4. Ερώτηση 4Να υπολογιστεί ο όγκος του τετραέδρου με κορυφές O=(0,0,0)O = (0, 0, 0), A=(1,2,0)A = (1, 2, 0), B=(0,1,3)B = (0, 1, 3) και C=(2,0,1)C = (2, 0, 1).

  5. Ερώτηση 5Ποια είναι η εξίσωση του επιπέδου που διέρχεται από τα A=(1,0,0)A = (1, 0, 0), B=(0,2,0)B = (0, 2, 0) και C=(0,0,2)C = (0, 0, 2);

  6. Ερώτηση 6Ποια είναι η σχετική θέση των ευθειών (1,0,0)+t(1,1,0)\left( 1, 0, 0 \right) + t \left( 1, 1, 0 \right) και (0,1,1)+s(1,−1,0)\left( 0, 1, 1 \right) + s \left( 1, -1, 0 \right);

  7. Ερώτηση 7Να υπολογιστεί η απόσταση του σημείου P=(1,2,3)P = (1, 2, 3) από το επίπεδο 2x−y+2z=12x - y + 2z = 1.

  8. Ερώτηση 8Ποια γωνία σχηματίζει η ευθεία με διάνυσμα κατεύθυνσης (1,0,1)\left( 1, 0, 1 \right) με το επίπεδο x+y=0x + y = 0;

  9. Ερώτηση 9Ένα drone απογειώνεται από το σημείο O=(0,0,0)O = (0, 0, 0) ενός πάρκου και ανεβαίνει σε ευθεία γραμμή κατά τη διεύθυνση του διανύσματος (2,2,1)\left( 2, 2, 1 \right), με τις αποστάσεις σε μέτρα. Στο σημείο P=(12,6,0)P = (12, 6, 0) του εδάφους κάθεται ένα άτομο. Σε ποια ελάχιστη απόσταση από αυτό περνά το drone, σε μέτρα;

  10. Ερώτηση 10Από προηγούμενες ενότητεςΝα υπολογιστεί η ορίζουσα του πίνακα με γραμμές (1,2,0)\left( 1, 2, 0 \right), (3,1,2)\left( 3, 1, 2 \right) και (0,1,1)\left( 0, 1, 1 \right).

  11. Ερώτηση 11Από προηγούμενες ενότητεςΈνα σύστημα τριών γραμμικών εξισώσεων με δύο αγνώστους έχει πίνακα των συντελεστών βαθμίδας 22 και επαυξημένο πίνακα βαθμίδας 33. Πόσες λύσεις έχει;

  12. Ερώτηση 12Από προηγούμενες ενότητεςΓια ποια τιμή του kk είναι κάθετα τα διανύσματα (3,−1)\left( 3, -1 \right) και (2,k)\left( 2, k \right) του επιπέδου;