Tetraeder og plan med arealsetning i rommet

Del 2, alle hjelpemidler

Tetraeder og plan med arealsetning i rommet

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

I et koordinatsystem har vi punktene O(0,0,0), A(3,0,0), B(0,4,0) og C(0,0,5).

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Tegn punktene i et koordinatsystem. Finn avstanden fra A til B.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Finn AB→×AC→, og bruk svaret til å finne volumet av tetraederet OABC.

En arealsetning oppkalt etter Pytagoras sier at:

F△ABC2=F△AOC2+F△BOC2+F△AOB2

Her betyr F△ABC arealet av trekanten ABC. Tilsvarende gjelder for leddene på høyre side.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Regn ut de fire arealene, og kontroller at arealsetningen stemmer i dette tilfellet.

Planet α går gjennom punktene A, B og C.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bestem likningen til planet α.

Et annet plan β er gitt ved

β:x+y−z=5
Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Finn vinkelen mellom planene α og β.

Vi lar nå punktet C få koordinatene (0,0,t). Vi antar at t≠0.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Forklar at likningen til planet α da kan skrives på formen

α:x3+y4+zt=1
Hjelpemiddelkrav: For hånd

Finn likningen for det planet som α nærmer seg til når t→∞. Hva kan du si om dette planet?

Fasit

|AB→|=5

AB→×AC→=(20,15,12),V=10

F△ABC=12769≈13,9,F△AOC=7,5,F△BOC=10,F△AOB=6

α:20x+15y+12z=60

v≈61,4°

Se utledning under.

4x+3y=12 (vertikalplan gjennom linjen AB, parallelt med z-aksen)

LøsningsforslagKI-generert

Punktene O(0,0,0), A(3,0,0), B(0,4,0) og C(0,0,5) ligger på hver sin akse i koordinatsystemet — A på x-aksen, B på y-aksen og C på z-aksen.

Avstanden fra A til B finner vi med avstandsformelen i rommet:

|AB→|=(0−3)2+(4−0)2+(0−0)2=9+16=25=5

|AB→|=5

Vi finner vektorene AB→ og AC→:

AB→=B−A=(−3,4,0)AC→=C−A=(−3,0,5)

Kryssproduktet regnes ut komponentvis:

AB→×AC→=|i→j→k→−340−305|=(4⋅5−0⋅0,0⋅(−3)−(−3)⋅5,(−3)⋅0−4⋅(−3))=(20,15,12)

Dette er kontrollert i GeoGebra CAS ved at AB→⋅n→=0 og AC→⋅n→=0 (se sjekk1, sjekk2 i utklippet), som bekrefter at n→=(20,15,12) står normalt på begge vektorene.

Volumet av tetraederet OABC finner vi ved formelen

V=16|(AB→×AC→)⋅AO→|

der AO→=O−A=(−3,0,0). Da blir

V=16|(20,15,12)⋅(−3,0,0)|=16|−60|=10

GeoGebra CAS-utregning

V=10

Arealet av trekant ABC er halve lengden av kryssproduktet fra b):

F△ABC=12|AB→×AC→|=12202+152+122=12769≈13,87

De tre andre trekantene ligger i koordinatplanene, og kantene OA, OB, OC står parvis normalt på hverandre (de ligger langs hver sin akse). Da er arealene rett og slett halvparten av produktet av de to katetene:

F△AOC=12⋅|OA|⋅|OC|=12⋅3⋅5=7,5
F△BOC=12⋅|OB|⋅|OC|=12⋅4⋅5=10
F△AOB=12⋅|OA|⋅|OB|=12⋅3⋅4=6

Vi kontrollerer arealsetningen (se sjekk i utklippet over):

F△AOC2+F△BOC2+F△AOB2=7,52+102+62=56,25+100+36=192,25
F△ABC2=(12769)2=7694=192,25

Siden begge sidene gir 192,25, stemmer arealsetningen i dette tilfellet.

F△ABC≈13,9,F△AOC=7,5,F△BOC=10,F△AOB=6

Vektoren n→=AB→×AC→=(20,15,12) fra b) står normalt på planet α, siden den står normalt på to vektorer i planet. Planlikningen blir da

α:20(x−3)+15(y−0)+12(z−0)=0
α:20x+15y+12z=60

I GeoGebra CAS-utklippet over er dette kontrollert ved å sette inn A, B og C i uttrykket 20x+15y+12z (planeA, planeB, planeC) — alle tre gir 60, så planet går gjennom alle punktene. Deler vi likningen på 60, ser vi at planet også kan skrives på skjæringsform

α:x3+y4+z5=1

som stemmer med at α skjærer aksene i A(3,0,0), B(0,4,0) og C(0,0,5).

α:20x+15y+12z=60

Normalvektoren til α er n→α=(20,15,12), og normalvektoren til β:x+y−z=5 er n→β=(1,1,−1).

Vinkelen v mellom planene finner vi via vinkelen mellom normalvektorene:

cos⁡v=|n→α⋅n→β||n→α|⋅|n→β|=|20+15−12|769⋅3=232307

Dette er regnet ut i GeoGebra CAS (cosv, vinkel i utklippet over). Numerisk gir dette

v=arccos⁡(232307)≈61,4°

v≈61,4°

Nå er C=(0,0,t) med t≠0. Vektorene fra A blir

AB→=(−3,4,0)AC→=(−3,0,t)

og kryssproduktet er

AB→×AC→=(4⋅t−0⋅0,0⋅(−3)−(−3)⋅t,(−3)⋅0−4⋅(−3))=(4t,3t,12)

Denne vektoren er normal til α, så planlikningen blir

4t(x−3)+3t⋅y+12⋅z=0
4tx+3ty+12z=12t

Siden t≠0 kan vi dele hele likningen på 12t:

4tx12t+3ty12t+12z12t=1
x3+y4+zt=1

som var det som skulle vises.

I likningen x3+y4+zt=1 er x, y og z faste for hvert punkt i rommet, mens t→∞. Da går leddet zt→0 for enhver fast verdi av z, og likningen nærmer seg

x3+y4=1dvs.4x+3y=12

Dette er likningen for et plan der z ikke inngår i det hele tatt. Det betyr at planet inneholder alle punkter (x,y,z) der (x,y) ligger på linjen x3+y4=1 i xy-planet — altså linjen gjennom A(3,0,0) og B(0,4,0) — for enhver verdi av z.

Geometrisk betyr dette at når C flyttes stadig lenger ut langs z-aksen, dreier planet α seg om linjen AB og nærmer seg det vertikale planet gjennom AB som står parallelt med z-aksen (og dermed normalt på xy-planet).

4x+3y=12

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i matematikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt