Plangeometri Romgeometri Høyere dimensjoner. Vinkler. Arne B. Sletsjøe. Universitetet i Oslo. Faglig-pedagogisk dag, 1.

Like dokumenter
Oppgaver MAT2500. Fredrik Meyer. 20. september v e + f = 2

Platonske legemer i klasserommet

Kul geometri - overflateareal og volum av kuler

Kul geometri - overflateareal og volum av kuler

Oppgaver MAT2500 høst 2011

Regulære polytoper. Masteroppgave, Vår Benedicte Mogan Olsen. Matematisk institutt Universitetet i Oslo

Tessellering og mangekanter:

Familiematematikk MATTEPAKKE 6. Trinn

INNHOLD SAMMENDRAG GEOMETRI

Grunnleggende geometri

Kul geometri - volum og overflate av kulen

Geometri. A1A/A1B, vår 2009

Trekanter er mangekanter med tre sider. Vi skal starte med å bli kjent med verktøyet som brukes til å tegne mangekanter.

Oppgaver MAT2500. Fredrik Meyer. 29. september 2014

2.4 Sprettoppfigurer, overraskelseseffekter med mye matematikk

Karakterer. Kapittel Homomorfier av grupper. 8.2 Representasjoner

5.8 Iterative estimater på egenverdier

Fasit. Grunnbok. Kapittel 4. Bokmål

GEOMETRISKE FIGURER FRA A TIL Å VEILEDER FOR FORELDRE MED BARN I KLASSE

Tau rundt jorda. Kai Forsberg

TMA4120 Matematikk 4K Høst 2015

MA2401 Geometri Vår 2018

En presisering av kompetansemålene

1.9 Oppgaver Løsningsforslag

På samme måten er de spesielle trekantene likesidet, likebeint, rettvinklet.

INF-MAT5370. Trianguleringer i planet (Preliminaries)

Kul geometri - overflateareal og volum av kuler

Randkurva C til flata S orienteres positivt sett ovenfra, og kan parametriseres ved: r (t) = [ sin t, cos t, sin t] dt, 0 t 2π.

Kapittel 21 TESSELERING TESSELERING. Tesselere betyr å dekke en flate med en type eller noen få forskjellige typer figurer.

Integralsatser: Green, Stokes og Gauss

Tillegg om flateintegraler

KOHOMOLOGI AV KNUTEROM, ETTER VASSILIEV. John Rognes

Eksamen i FO929A Matematikk Underveiseksamen Dato 9. desember 2008 Tidspunkt Antall oppgaver 6. Tillatte hjelpemidler Godkjent kalkulator

Lærerveiledning. Oppgave 1. Tallene på figuren viser omkretsen av hver av de fire små trekantene. Hva er omkretsen av den store trekanten?

INF Triangulering. Med sterk støtte fra Petter Kristiansen. Skal først se på et eksempel fra Google Earth

Mandag qq 4πε 0 r 2 ˆr F = Elektrisk felt fra punktladning q (følger av definisjonen kraft pr ladningsenhet ): F dl

Løsningsforslag kapittel 3

Løsningsforslag eksamen TMA4105 matematikk 2, 25. mai 2005

2 π[r(x)] 2 dx = u 2 du = π 1 ] 2 = π u 1. V = π. V = π [R(x)] 2 [r(x)] 2 dx = π (x + 3) 2 (x 2 + 1) 2 dx = 117π 5.

Tirsdag r r

1. En tynn stav med lengde L har uniform ladning λ per lengdeenhet. Hvor mye ladning dq er det på en liten lengde dx av staven?

Matematisk juleverksted

Onsdag og fredag

Løsningsforslag Matematikk for ungdomstrinnet Del 1, Modul 1, 4MX130UM1-K

MA2401 Geometri Vår 2018

NTNU. MA1103 Flerdimensjonal Analyse våren Maple-øving 2. Viktig informasjon. Institutt for matematiske fag. maple02 28.

Geometri - MAT Innledning. Jan Arthur Christophersen og Kristian Ranestad 11. august 2015

Geometri. Mål. for opplæringen er at eleven skal kunne

TMA4105 Matematikk 2 Vår 2014

FY1006/TFY Øving 9 1 ØVING 9

GeoGebraøvelser i geometri

11 Nye geometriske figurer

Integralsatser: Green, Stokes og Gauss

Den deriverte og derivasjonsregler

1 Å konstruere en vinkel på 60º

Morleys teorem, Eulerlinja og nipunktsirkelen

Oppgaver og fasit til kapittel 6

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, 8.juni 2010

Test, Geometri (1P) 2.1 Lengde og vinkler. 1) Hvor mange grader er en rett vinkel?

5 Geometri. Trigonometri

Geometri - MAT Innledning. Jan Arthur Christophersen og Kristian Ranestad 10. august 2012

INF-MAT5370. Delaunay-trianguleringer og Voronoi-diagram

QED 1 7. Matematikk for grunnskolelærerutdanningen. Bind 2. Fasit kapittel 2 Geometri

Oppgavesettet har 10 punkter 1, 2ab, 3ab, 4ab, 5abc som teller likt ved bedømmelsen.

OVERFLATE FRA A TIL Å

15 Hovedprinsippet for vektorrom med et indre produkt

Kap. 6 Ortogonalitet og minste kvadrater

MAUMAT644 ALGEBRA vår 2016 Fjerde samling Runar Ile

TMA4100 Matematikk1 Høst 2008

MAT jan jan jan MAT Våren 2010

Trianguleringer i planet.

Volum Lengde Areal Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Integraler. John Rognes. 15. mars 2011

(1 + x 2 + y 2 ) 2 = 1 x2 + y 2. (1 + x 2 + y 2 ) 2, x 2y

6: Trigonometri. Formlikhet bør kanskje repeteres. Og Pytagoras læresetning. Se nettsidene! Oppgaver Innhold Dato

Vi viser denne ekvivalensen ved å vise begge implikasjoner. " "Anta at G virker trofast på X og anta at g, h G er slik at gx = hx for alle

UNIVERSITETET I OSLO

En (reell) funksjon f fra en (reell) mengde D er en regel som til hvert element x D tilordner en unik verdi y = f (x).

Lærerveiledning. Oppgave 1. Hva er arealet av det grå området i figuren? Tips til veiledning:

1P kapittel 3 Geometri Løsninger til innlæringsoppgavene

Geometri Mona Røsseland Nasjonalt senter for matematikk i Opplæringen Leder i LAMIS Lærebokforfatter, MULTI Geometri i skolen Geometri etter 4.

Bedre vurderingspraksis. Utprøving av kjennetegn på måloppnåelse i fag. Slik jobber vi i Tana (Seida og Austertana)

Notat om trigonometriske funksjoner

Oppgaver MAT2500. Fredrik Meyer. 3. oktober 2014 AD BC + BD CA + CD AB = 0.

Hovedområder og kompetansemål fra kunnskapsløftet:

Løsningsforslag til eksamen i MAT1110, 13/6-07

Tangens, sinus og cosinus Arealformel for trekanter Trigonometri

Periode Tema Kompetansemål Læringsaktiviteter Vurdering Uke 34-38

Fasit til obligatorisk oppgave i MAT 100A

Oppgavene er hentet fra fagets lærebok, Hass, Weir og Thomas, samt gamle eksamener.

Felt i naturen, skalar- og vektorfelt, skalering

Eksamen i Geometrisk Modellering

Felt i naturen, skalar- og vektorfelt, skalering

Figur 1: Volumet vi er ute etter ligger innenfor de blå linjene. Planet som de røde linjene ligger i deler volumet opp i to pyramider.

MAT mars mars mars 2010 MAT Våren 2010

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Mandag 2. juni 2008 kl

Plan. I dag. Neste uke

Oppgaver MAT2500. Fredrik Meyer. 29. august 2014

M1_01. Funksjonene f og g er definert ved f( x)= x 1. g( f( x)) er da lik. b ( x + 3) d ( x + 2) e x MA M1 Side 1

Transkript:

Universitetet i Oslo Faglig-pedagogisk dag, 1. november 2012

Plangeometri Vinkelsummen i en plan trekant er 180 grader eller π.

Vinkelsummen i en firkant er 2π.

Proposisjon For en mangekant med vinkler α 1, α 2,..., α n har vi n α i = (n 2)π i=1 Bevis. Velg ut ett hjørne og trekk linjer til alle andre hjørner. Mangekanten dekkes av n 2 trekanter og vinkelsummen er lik summen av vinkelsummen i disse trekantene.

Definisjon Krumningen i et punkt på en glatt kurve er gitt ved 1 delt med radius i den sirkelen som best approksimerer kurven i punktet, den såkalte oskulasjonssirkelen. Totalkrumningen til kurven er gitt ved integralet (summen) av krumningen i alle punkter.

Frenchels teorem Plangeometri Werner Fenchel viste i 1929 følgende resultat: Teorem Totalkrumningen til en lukket romkurve er større enn eller lik 2π, med likhet dersom kurven er plan og konveks. Spesielt vil en sirkel i hvert punkt approksimeres best av seg selv, krumningen i alle punkter der derfor 1 r, og totalkrumningen er lik krumning ganger omkrets, dvs. 1 r 2πr = 2π, som bekrefter Frenchels resultat i det tilfellet.

Mangekant med n hjørner n Glatt konveks plan kurve Problem Spikkeproblemet (i planet): Kan vi definere en størrelse knyttet til hjørnene (og kantene) i en mangekant, som tilfredsstiller to krav: 1. Størrelsen endrer seg ikke dersom vi skjærer av et hjørne 2. Størrelsen tåler grenseovergangen til det kontinuerlige tilfellet og svarer da til krumning på grensekurven.

Definerer funksjon φ : S 1 R ved { 0 {0 + λv} C = {0} φ(v) = 1 ellers Definisjon Indre vinkel: α(c) = φ ds S 1

Definisjon Ytre vinkel (nabovinkel): α = π α(c)

Proposisjon Ytre vinkelsum er invariant under avkutting av hjørner, dvs. lik for alle mangekanter. Bevis. n αi = i=1 n (π α i ) i=1 = nπ n i=1 α i = nπ (n 2)π = 2π som er uavhengig av antall hjørner i mangekanten.

Plangeometrisk konklusjon: Ytre vinkler i hjørner og krumning i glatte områder er av samme natur. For en lukket, konveks kurve i planet kan de summeres opp og vil til sammen gi 2π. Gitt ved r = a cos 2θ og krumningen κ(θ) = 1 a π 2 θ π 2. 8 3 cos 2 2θ (4 3 cos 2 2θ) 3 2,

Problem Spikkeproblemet (i planet): Kan vi definere en størrelse knyttet til hjørnene (og kantene) i en mangekant, som tilfredsstiller to krav: 1. Størrelsen endrer seg ikke dersom vi skjærer av et hjørne 2. Størrelsen tåler grenseovergangen til det kontinuerlige tilfellet og svarer da til krumning på grensekurven. LØST i det plane tilfellet

Plangeometri Definerer funksjon φ : S 2 R ved { 0 {0 + λv} C = {0} φ(v) = 1 ellers Definisjon Indre vinkel: β = φ ds S 2

OBS OBS. Dette viser seg å være et dårlig forsøk: Definisjon Ytre vinkel: β = 2π β

For hjørnene i et tetraeder har vi β = 3π 3 arccos 1 3 Vinkelsummen for de 4 hjørnene blir ca. 1, 8245 4π. For hjørnene i kuben har vi β = 3π 2 Vinkelsummen for de 8 hjørnene blir 12π.

Definisjon I et hjørne v i et polyeder hvor n flater møtes definerer vi vinkeldefekten ved n v = 2π i=1 der α 1, α 2,..., α n er hjørnevinklene til de n flatene. α i

Vinkeldefekten måler hvor langt et hjørne i polyederet er fra å være flatt. Et flatt hjørne har vinkeldefekt 0. Definisjon Vinkeldefekten til et polyeder er summen av vinkeldefekten til hjørnene i polyederet, D = v

Et dodekaeder og et dodekaeder i utbrettet form.

Descartes teorem Plangeometri Teorem Vinkeldefekten til et polyeder er lik 4π. Bevis. Anta at polyederet har V hjørner, E kanter og F flater. Vinkeldefekten er gitt ved V 2π α ij, antall ledd i summen er 2E. Det gir D = V 2π α ij = V 2π (π αij) = V 2π 2Eπ + αij = V 2π 2Eπ + F 2π = χ 2π = 4π

Descartes sier at krumningen i et hjørne i et polyeder er akkurat vinkeldefekten, og argumenterer med dens helt spesielle egenskaper: 1. Invariant under lokale polyhedrale isometrier (dvs. som bevarer lengdene på kantene) 2. 0 i et flatt hjørne 3. Tilfredsstiller det polyhedrale Gauss-Bonnet-teoremet (for et konvekst polyeder sier dette at D = 4π)

sk konklusjon: Vinkeldefekt i hjørner og krumning i glatte områder er av samme natur. For et lukket, konveks legeme i rommet kan de summeres opp og vil til sammen gi 4π. Mao. vi kan skjære bort et hjørne uten at den totale vinkeldefekten endrer seg. Vi kan også gjøre dette uendelig mange ganger og på den måten glatte ut polyederet. De endelig mange hjørnedefektene vil da i grensen fordele seg jevnt som en kontinuerlig krumning ut over hele overflaten til legemet.

Problem Spikkeproblemet (i rommet): Kan vi definere en størrelse knyttet til hjørnene (og kantene) i en mangekant, som tilfredsstiller to krav: 1. Størrelsen endrer seg ikke dersom vi skjærer av et hjørne 2. Størrelsen tåler grenseovergangen til det kontinuerlige tilfellet og svarer da til krumning på grenseflaten. LØST i det romlige tilfellet

La M være et konvekst polytop i et (n + 1)-dimensjonalt rom. Polytopet er definert ved n-dimensjonale underrom, en for hver fasett. Vi kaller disse underrommene for fasettrommene. Fasettrommene deler det (n+1)-dimensjonale rommet i to, positiv og negativ side, hvor positiv side er den siden som inneholder polytopet. Vi kaller disse halvrommene for V 1, V 2,..., V m. Alle fasetter av fasetter av fasetter... (underfasetter) er beskrevet som snitt av halvrommene V i1 V i2 V ik

Vi fikserer et punkt inne i polytopet og tenker oss at vi trekker rette linjer i alle retninger. Hvert fasettrom vil bli truffet av halvparten av alle disse linjene, og tilsvarende kan vi finne brøker for alle underfasetter. Disse brøkene svarer til det vi har definert som indre vinkler.

Tallene på figuren indikerer hvor mange fasettrom linjer i den gitte sektoren treffer.

Poincares teorem Plangeometri Sammenhengen mellom de indre vinklene er gitt ved Poincares teorem: Teorem Gitt et polygon M av dimensjon n. La α i,j være den indre vinkelen (normert til et tall mellom 0 og 1) til underfasett j blant underfasettene av dimensjon i. Da har vi α n,j α n 1,j + α n 2,j + ± α 0,j = 1 j j j

For en kube ser dette ut som følger: 1 Sideflatene svarer for en romvinkel 2, sidekantene for 1 4 og hjørnene for 1 8. Med 6 sideflater, 12 sidekanter og 8 hjørner blir dette 6 1 2 12 1 4 + 8 1 8 = 1

Og for en n-kant i planet, med indre vinkler α 1,..., α n, hvor hver kant teller 1 2, og hjørnene teller α i 2π ; n 1 2 α i 2π = n (n 2)π 2 2π = 1

Merk at i hvert hjørne i et polytop møtes et endelig antall fasetter, hver av disse fasettene har en indre vinkel β k i det aktuelle hjørnet. Dersom summen av alle de indre vinklene var 1, ville hjørnet være flatt (av høy dimensjon!). Vinkeldefekten i hjørnet definerer vi ved det som mangler, D = 1 β Merk. Dette gjelder ikke kun for hjørner, men for alle underfasetter opp til dimensjon n 2. Siden det største polytopet vi visualiserer er av dimensjon 2, kjenner vi kun denne type krumning for hjørner (av dimensjon 0).

Denne vinkeldefekten har alle de samme egenskapene som vinkeldefekten i det 2-dimensjonale tilfellet 1. Invariant under lokale polyhedrale isometrier (dvs. som bevarer lengdene på kantene) 2. 0 i et flatt hjørne 3. Tilfredsstiller det polyhedrale Gauss-Bonnet-teoremet, D = χ(m).

Problem Spikkeproblemet (generelt): Kan vi definere en størrelse knyttet til underfasettene i et polytop, som tilfredsstiller to krav: 1. Størrelsen endrer seg ikke dersom vi skjærer av et hjørne 2. Størrelsen tåler grenseovergangen til det kontinuerlige tilfellet og svarer da til krumning i grenserommet. LØST i det generelle tilfellet