Svmmarivm
Haec lectio vectores, qvos lectio de vectoribvs in plano dvabvs coordinatis tractavit, in spativm trivm dimensionvm transfert. Systema trivm axivm perpendicvlarivm orientatione positiva figit, facta geometriae Evclideae spatii qvae admittvntvr declarat et, theoremate Pythagorae bis adhibito, distantiam inter dvo pvncta obtinet. Vectores vt terniones nvmerorvm realivm definit, cvm eorvm svmma, prodvcto per scalarem, basi canonica et vnicitate coordinatarvm; normam et prodvctvm scalare definit, eorvm proprietates demonstrat, inaeqvalitatem Cavchy-Schwarzianam per discriminantem et inaeqvalitatem triangvlarem, et per eas angvlvm dvorvm vectorvm definit, qvi cvm angvlo geometriae elementaris congrvit. Deinde orthogonalitatem, proiectionem orthogonalem, cosinvs directores et scriptvram prodvcti scalaris vt prodvcti versvs per colvmnam tractat, ex qva seqvitvr matrices qvarvm colvmnae svnt vectores vnitarii inter se perpendicvlares longitvdines et angvlos servare. Applicationes svnt opvs vis, theorema cosinvvm in spatio et angvlvs molecvlae methani; problemata de diagonalibvs cvbi et parallelepipedi agvnt, de vectoribvs dvobvs datis perpendicvlaribvs, de tensionibvs trivm fvnivm et de tetraedris qvorvm acies oppositae perpendicvlares svnt.
Proposita discendi
- Pvncta in systemate coordinatarvm Cartesianarvm spatii collocare, eorvm octantem agnoscere et distantias compvtare, formvla per theorema Pythagorae confirmata.
- Cvm vectoribvs spatii operari, eos in basi canonica exprimere et per eos proprietates parallelogrammorvm, parallelepipedorvm et tetraedrorvm demonstrare.
- Normas, prodvcta scalaria, angvlos, proiectiones orthogonales et cosinvs directores compvtare, atqve inaeqvalitates Cavchy-Schwarzianam et triangvlarem in spatio demonstrare.
- Prodvctvm scalare vt prodvctvm matricvm scribere et per id decernere vtrvm matrix longitvdines et angvlos servet.
- Prodvcto scalari opvs vis, aeqvilibrivm virivm concvrrentivm et angvlos molecvlae exprimere.
Systema coordinatarvm spatii
In lectione cvrsvs Algebra et Geometria I de vectoribvs in plano, vnvmqvodqve pvnctvm plani cvm pari nvmerorvm et qvaeqve translatio cvm alio pari identificata est, et geometria rectarvm, angvlorvm et distantiarvm in compvtationes cvm his paribvs conversa est. Mvndvs physicvs tamen tres dimensiones habet: positio aeroplani, atomi in molecvla vel lampadis e lacvnari pendentis tres nvmeros postvlat. Qvod si ita est, constrvctionem cvm ternionibvs repetere convenit. Pleraqve eorvm qvae in plano demonstrata svnt sine mvtatione extendvntvr, qvia demonstrationes per singvlas componentes procedebant vel solas proprietates algebraicas prodvcti scalaris adhibebant; in his casibvs haec lectio ad lectionem de plano remittit. Qvod cvram postvlat, geometria est: in spatio figvra plana qvae omnia contineat non habetvr, et angvlvs dvorvm vectorvm, exempli gratia, definiri debet anteqvam compvtetvr.
Facta geometriae Evclideae spatii qvae admittvntvr
Geometria analytica spatii geometriam solidorvm convertit, qvam Evclides in libris XI ad XIII Elementorvm exposvit. Eivs constrvctio axiomatica hvnc cvrsvm excedit, vt accidit constrvctioni plani in lectione de aeqvatione rectae, vbi facta geometriae planae qvae admittvntvr in indicem collecta svnt. Eodem modo facta spatii qvibvs haec pars vtitvr sine demonstratione admittvntvr et in indicem infra scriptvm colligvntvr; qvotiens lectio hvivs partis ad vnvm eorvm recvrrit, ad hvnc indicem remittit.
- Plana. Per tria pvncta non collinearia vnicvm planvm transit, et si dvo pvncta rectae in plano svnt, tota recta in eo est. In vnoqvoqve plano spatii valent facta geometriae planae in lectione de aeqvatione rectae admissa; nominatim theorema Pythagorae eivsqve conversa, et libertas systematis axivm in eo eligendi.
- Rectae et plana perpendicvlaria. Per vnvmqvodqve pvnctvm vnicvm planvm transit rectae datae perpendicvlare, et hoc planvm rectam in vnico pvncto secat. Recta plano perpendicvlaris perpendicvlaris est omnibvs rectis plani qvae per pvnctvm transevnt in qvo planvm secat.
- Axes. Tres rectae qvae per pvnctvm transevnt et binae perpendicvlares svnt, cvm sensv positivo in vnaqvaqve et eadem mensvra longitvdinis, systema axivm efficivnt. Distantiae, angvli et figvrae ab hac electione non pendent.
- Coordinatae. Systemate axivm fixo, plana tribvs axibvs perpendicvlaria per pvnctvm dvcta eos in pvnctis abscissarvm , et secant, et vicissim, pro vnoqvoqve ternione nvmerorvm haec tria plana in vnico pvncto se secant. Pvncta qvorvm tertia coordinata aeqvalis est planvm efficivnt axi perpendicvlare, in qvo dvae primae coordinatae svnt coordinatae Cartesianae plani eadem mensvra; pvncta qvorvm primae coordinatae fixae svnt rectam efficivnt axi parallelam, illi plano perpendicvlarem, in qva tertia coordinata positionem eadem mensvra metitvr. Idem valet axibvs permvtatis.
Qvartvm factvm est consectarivm trivm primorvm, qvod geometria solidorvm per proprietates rectarvm parallelarvm et planorvm parallelorvm demonstrat; separatim envntiatvr qvia ea est forma qva adhibebitvr.
Systema coordinatarvm Cartesianarvm spatii est systema axivm, qvae axis , axis et axis appellantvr et in origine se secant. Vnvmqvodqve pvnctvm cvm ternione svarvm coordinatarvm identificatvr, , qvae abscissa, ordinata et applicata appellantvr. Tria plana coordinata svnt planvm , aeqvationis ; planvm , aeqvationis ; et planvm , aeqvationis .
Plana coordinata spativm in octo regiones dividvnt, qvae octantes appellantvr, secvndvm signvm cvivsqve coordinatae; primvs octans est pvnctorvm qvorvm tres coordinatae positivae svnt, et ceteri ternione signorvm svorvm nominantvr, exempli gratia octans . In plano dvo axes perpendicvlares dvobvs modis essentialiter diversis disponi possvnt: secvndvs axis obtinetvr primo per qvadrantem conversionis contra motvm horologii verso, avt secvndvm motvm horologii. In spatio idem cvm tribvs axibvs accidit, et distinctio nomen habet.
Systema coordinatarvm spatii orientationem positivam habet cvm, a latere positivo axis inspectvm, qvadrans conversionis qvi semiaxem positivvm in semiaxem positivvm dvcit contra motvm horologii videtvr. Aeqvivalenter valet regvla manvs dextrae: si digiti manvs dextrae a semiaxe positivo ad semiaxem positivvm cvrvantvr, pollex semiaxem positivvm monstrat.
Si sensvs vnivs axivm invertitvr, orientatio mvtatvr; si dvorvm, servatvr. Axibvs circvlariter permvtatis, a , , ad , , , orientatio ne sic qvidem mvtatvr, ita vt in systemate positivo, a semiaxe positivo inspecto, conversio a ad qvoqve contra motvm horologii fiat. Posthac omnia systemata orientationem positivam habent. Figvrae ea in perspectiva eqvestri delineant: axem dextrorsvm, axem svrsvm et axem ad spectatorem, obliqve dvctvm et longitvdinibvs ad dimidivm redactis. Orientatio in hac lectione nihil confert; in proxima lectione, de prodvcto vectoriali et prodvcto mixto, essentialis erit.
Pvnctvm per axes procedendo collocare, eivs octantem indicare et pvnctvm collocare.
Demonstratio
Tres axes orientatione positiva delineamvs: desvper inspectvs, qvadrans conversionis a semiaxe positivo ad semiaxem positivvm contra motvm horologii fit.
Spativm longitvdinis per axem procedimvs.
Ab spativm longitvdinis in directione axis procedimvs, e plano non egressi.
Ab spativm longitvdinis in directione axis ascendimvs. Tres coordinatae positivae svnt: in primo octante est, et vertex est oppositvs ipsi capsae cvivs acies svnt , et .
Si ab spativm longitvdinis descenditvr, ad pervenitvr, in octante . Planvm segmentvm perpendicvlariter in eivs pvncto medio secat: est pvnctvm symmetricvm ipsivs respectv illivs plani.
Distantia inter dvo pvncta
In plano distantia inter dvo pvncta obtenta est theoremate Pythagorae semel adhibito ad triangvlvm cvivs catheti axibvs paralleli svnt. In spatio bis adhibendvm est: primvm in plano horizontali, deinde in plano verticali.
Distantia inter pvncta et formvla infra scripta datvr.
Pvnctvm avxiliare introdvcitvr, in altitvdine ipsivs et in verticali ipsivs . Figvra adhibet et .
Demonstratio
Sit pvnctvm cvm dvabvs primis coordinatis ipsivs et applicata ipsivs . Pvncta et in plano applicatae svnt, et et in recta axi parallela, qvae ex pvnctis primarvm coordinatarvm et constat.
Per factvm de coordinatis, in plano applicatae dvae primae coordinatae Cartesianae svnt, et formvla distantiae in plano, ex lectione de aeqvatione rectae, longitvdinem ipsivs dat. In figvra, .
In recta verticali qvae et continet, applicata positionem metitvr: longitvdo ipsivs est valor absolvtvs differentiae applicatarvm. In figvra, .
Recta perpendicvlaris est plano applicatae et, per secvndvm factvm admissvm, rectae , qvae in illo plano est et per transit. Triangvlvm rectangvlvm est in et, per primvm factvm, theorema Pythagorae valet in plano qvod id continet.
Svbstitvimvs et radicem qvadratam extrahimvs. Si vel , triangvlvm non est, sed formvla ad formvlam vnivs tantvm distantiarvm redigitvr et vera manet. In figvra distantia est .
Speciatim distantia ipsivs ab origine est , longitvdo diagonalis capsae cvivs acies svnt , et . Exempli gratia, diagonalis cvbi aciei metitvr .
Argvmentvm oneratvr…