background image

Spis zagadnień egzaminacyjnych z przedmiotu:  

Algebra z geometrią. Część II 

 

Automatyka i Robotyka. 

 

 
27. Pierścienie, pierścienie wielomianów, pierścienie Z

n

, homomorfizm pierścieni. 

28. Ciała, ciało Galois, rozszerzenie ciała, ciało ułamków nad pierścieniem. 

29. Określić przestrzeń liniową i podać przykłady przestrzeni liniowej. 
30. Liniowa zależność i liniowa niezależność wektorów. 
31. Powłoka liniowa układu wektorów. 

32. Wymiar przestrzeni liniowej i jej baza. 
33. Omów zagadnienie przejścia z bazy do bazy przestrzeni liniowej. 
34. Określić odwzorowanie liniowe. 
35. Związek odwzorowania liniowego z macierzą. 

36. Wektor własny przekształcenia liniowego. 
37. Równanie charakterystyczne macierzy i jego pierwiastki – wartości własne macierzy. 
38. Podać twierdzenie Ceyleya – Hamiltona (dowód). 

39. Określić iloczyn skalarny w przestrzeni liniowej. 
40. Macierze podobne. Diagonalizacja macierzy. 
41. Określić działania na wektorach w przestrzeni trójwymiarowej. 
42. Określić wektor w postaci analitycznej (w układzie kartezjańskim). 

43. Podać sposoby wyliczania iloczynu wektorowego wektorów. 
44. Warunki równoległości i prostopadłości wektorów. 
45. Podać znane postaci równania płaszczyzny. Wyprowadzić równanie parametryczne płaszczyzny.  

46. Wyprowadzić wzór na obliczanie odległości punktu od płaszczyzny. 
47. Równanie prostej w przestrzeni trójwymiarowej. 
48. Wyprowadzić równanie prostej w postaci parametrycznej i kierunkowej. 

49. Omówić wzajemne położenie prostych, płaszczyzn oraz prostej i płaszczyzny w przestrzeni 

trójwymiarowej 

50. Definicja okręgu i jego równanie. 
51. Definicja hiperboli i jej równanie. 

52. Definicja paraboli i jej równie. 
53. Kwadrygi ich klasyfikacja. 
54. Podać równanie sfery i elipsoidy. Które z tych powierzchni są obrotowe? 

55. Wymień znane paraboloidy i podaj ich równania. 
56. Wymień znane hiperboloidy i podaj ich równania. 
57. Określić powierzchnię walcową i napisać równania znanych walców. 

58. określić powierzchnię stożkową i napisać równania znanych stożków. 
59. Podać sposób określenia okręgu w przestrzeni trójwymiarowej. 
60. Równania prostych stycznych i normalnych do krzywej. 
61. Klasyfikacja punktów osobliwych krzywej. 

62. Kąt między krzywiznami, styczność i ortogonalność krzywych.  
63. Określić styczność rzędu k. 
64. Definicja krzywizny. Wyprowadzić wzór na obliczanie krzywizny linii. 

65. Określić środek i promień krzywizny. 
66. Podać związek między krzywizną i promieniem krzywizny. 
67. Wyprowadź równanie koła ściśle stycznego. 
68. Omów trójścian Freneta  krzywej przestrzennej. 

 
 
 

 
 
 

background image

27. Pierścienie, pierścienie wielomianów, pierścienie Z

n

, homomorfizm pierścieni. 

 

Pierścieniem abstrakcyjnym nazywamy algebrę <S,+,

> wyposażoną w relację równości i taką że: 

1. <S,+> jest grupą abelową 
2. <S,

> jest grupoidem 

3. zachodzi rozdzielność działania „•” względem działania „+”. 

x,y,z: x(y+z)=(xy)+(xz) 

 

Jeżeli dodatkowo: 
x,yS: xy=yx, to pierścień <S,+,

> nazywamy abelowym (przemiennym). 

 

<S,

> jest półgrupą to pierścień <S,+,

> nazywamy łącznym. 

<S,

> jest monoidem to pierścień <S,+,

> nazywamy pierścieniem z jednością (unitarnym). 

istnieją elementy x,yєS takie, że x≠0, y≠0, ale x•y=0, to x i y nazywamy dzielnikami zera.  
Pierścień nie posiadający dzielników zera nazywamy pierścieniem całkowitym.

 

 

Pierścień wielomianów jest pierścieniem całkowitym. 
Jeśli <S/{0},

> jest półgrupą to pierścień <S,+,

>  jest całkowity. 

 

Z[x] - pierścień wielomianów wielomianów o współczynnikach całkowitych 
Q[x] - pierścień wielomianów wielomianów o współczynnikach wymiennych 
R[x] - pierścień wielomianów wielomianów o współczynnikach rzeczywistych 

C[x] - pierścień wielomianów wielomianów o współczynnikach zespolonych 
 
Przykłady pierścieni 

Z

n

  

<Z

4

,+

4

,

 

 

 

 

 

+

4

 

0  1  2  3   

4

 

0  1  2  3 

 

dzielnik zera : 2 

0  1  2  3   

0  0  0  0  0 

 1 

1  2  3  0   

1  0  1  2  3 

2  3  0  1   

2  0  2  0  2 

3  0  1  2   

3  0  3  2  1 

 

<Z

5

,+

5

,

 

+

5

 

0  1  2  3  4 

 

5

 

0  1  2  3  4 

 

brak dzielników zera 

0  1  2  3  4 

 

0  0  0  0  0  0 

1  2  3  4  0 

 

1  0  1  2  3  4 

2  3  4  0  1 

 

2  0  2  4  1  3 

3  4  0  1  2 

 

3  0  3  1  4  2 

4  0  1  2  3 

 

4  0  4  3  2  1 

 
 
Homomorfizm pierścieni

Niech

)

,

,

(

1

0

A

)

,

,

(

2

1

a

a

B

będą pierścieniami. Funkcję h: AB nazywamy homomorfizmem pierścienia A w pierścień B, jeśli 

spełnia ona warunki:

 

1. h(a

1

a

2

)=h(a

1

)

h(a

2

)

 

2. h(a

1

a

2

)=h(a

1

)

h(a

2

)

 

3. h(0)=e

4. h(1)=e

 

 

 
 
 

 
 
 

 
 
 
 

 

background image

28. Ciała, ciało Galois, rozszerzenie ciała, ciało ułamków nad pierścieniem. 

 
Ciałem nazywamy taki pierścień <S,+,

,0,1> w którym <S\{0},



> jest grupą.

 

Jeżeli w ciele „

” jest przemienne to ciało nazywamy polem.

 

Niezerowy pierścień utylitarny (z 1) jest ciałem wtedy i tylko wtedy gdy każdy jego element różny od 0 posiada element 

odwrotny. Każdy skończony pierścień całkowity jest ciałem. 

Ciało Galois – ciało mające skończoną liczbę elementów 
Tw. o reprezentacji: Pierścień <Z

n

,+

n

,

n

,0,1> jest ciałem wtedy i tylko wtedy gdy n jest liczbą pierwszą. Takie ciało 

nazywamy ciałem Galois GF(n). 
 

Każde ciało skończone jest rozszerzeniem pewnego ciała Galois GF(n), co więcej każde z tych rozszerzeń liczy q=n

m

 

elementów, gdzie n jest liczbą pierwszą a m

 

 

Przykłady ciała Galois: 
 

GF(2) 

+

 

0  1   

 

0  1 

0  1   

0  0  0 

 1 

1  0   

1  0  1 

 
 

 

 

GF(4) 

+

 

0  1  A  B   

 

0  1  A  B 

0  1  A  B   

0  0  0  0  0 

 1 

1  0  B  A   

1  0  1  A  B 

A  A  B  0  1   

A  0  A  B  1 

B  B  A  1  0   

B  0  B  1  A 

 
Ciało ułamków nad pierścieniem 
Weźmy pierścień <S,+> - jest on łączny, przemienny i bez dzielników zera oraz rozważmy równanie q

x=p gdzie p

S 

q

S\{0}. Bez względu czy istnieje rozwiązanie tego równania definiujemy x=(p,q) x=p/q  

x

T=S(S\{0}). W zbiorze T definiujemy relację (p,q)~(r,s)ps=qr. 

Własności tej relacji: 
1. zwrotność (p,q)~(p,q)     p

q=qp 

2. symetria (p,g)~(r,s)(r,s)~(p,g)   p

s=qrrq=sp 

3. przechodniość  (p,g)~(r,s)

(r,s)~(x,y)(p,g)~(x,y)    ps=qr   ry=sx   psry=qrsx   (sr)(py)=(sr)(qx)   (p,g)~(x,y) 

Definicja ta jest relacją równoważności i dzieli zbiór T na klasy abstrakcji. Każdy element klasy abstrakcji nazywamy ułamkiem 

s

q

r

q

s

p

s

r

q

p

  

s

q

r

p

s

r

q

p

 działanie to indukuje działanie w zbiorze T. 

Zbiór <T|n,+,

,

1

0

1

1

,> jest ciałem. Nazywamy je ciałem ułamków nad pierścieniem i oznaczamy <Fr(S),+,

>. 

 
29. Określić przestrzeń liniową (

wektorową) i podać przykłady przestrzeni liniowej. 

 
Niech będzie dane ciało przemienne <S,+,

,0,1>. Ciało to nazywamy ciałem skalarów (zazwyczaj R lub C) i niech będzie 

dany zbiór V, który nie jest zbiorem pustym. W zbiorze V określone są 2 działania: 
1. 

:(VV)

V  

2

. 

(S

V)

V 

takie że (własności działań): 
1. <V,

,> - jest grupą abelową z elementem neutralnym  

2. 

v,s

S



r

V

1

v=r 

r

(s

v)=(r

s)

v

 

3. 

r,s

S



u,v

V 

(r+s)

v=(r

v)

(s

v) 

r

(u

v)=(r

u)

(r

v) 

 

Wówczas system <S,V,

,

,

> nazywamy przestrzenią wektorową nad ciałem S. 

Jeżeli v

V to v nazywamy wektorem. 

 

 
 
 

background image

Przykłady przestrzeni wektorowych: 
a) macierze np. 3



 

1 0 0 1

1 1 0 1

0 1 0 0

0 1 0 0

0 1 1 0

0 0 1 0

1 0 1 0

0 0 0 1

1 0 1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

     

1 0 1 1

1 0 1 1

0 0 0 0

1 0 0 1

1 0 0 1

0 0 0 0

1 1 1 1

1 1 1 1

0 0 0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b) ciągi n-elementowe R

n

 

[x

1

,x

2

,…,x

n

]   [y

1

,y

2

,…,y

n

 
c) ciągi nieskończone R

 

 
d) dowolne ciało S i V={v} 

 

 
30. Liniowa zależność i liniowa niezależność wektorów. 

 
Niech będą dane wektory v

1

,v

2

,…,v

V i s

1

,s

2

,…,s

S. 

 

Sumę 

n

i

i

i

v

s

1

 nazywamy liniową kombinacją wektorów v

1

,v

2

,…,v

n

Jeżeli z równania 

n

i

i

i

v

s

1

=

 wynika, że s

1

=s

2

=…=s

n

=0 to o wektorach v

1

,v

2

,…,v

n

 mówimy, że są liniowo niezależne

Jeżeli istnieje układ skalarów s’

1

,s’

2

,…,s’

n

 : 

s

i

0 , ale 

n

i

i

i

v

s

1

=

to v

1

,v

2

,…,v

n

 są liczbowo niezależne

Układ wektorów (v

1

,v

2

,…,v

n

)=U jest liniowo zależny w tedy i tylko w tedy gdy istnieje wektor tego układu, który jest 

kombinacją liniową pozostałych wektorów. 
 

31. Powłoka liniowa układu wektorów. 

 
Niech będzie dany układ wektorów U. Zbiór wszystkich kombinacji liniowych wektorów układu U nazywamy powłoką 

liniową wektorów tego układu i oznaczamy przez span(u) 

lub lin(u).

 

 

32. Wymiar przestrzeni liniowej i jej baza. 

 
Bazą przestrzeni liniowej V nazywamy układ liniowo niezależnych wektorów B taki, że span(B)=V. Bazą przestrzeni 

wektorowej nazywamy maksymalny układ liniowo niezależnych wektorów tej przestrzeni tzn. taki, że dodanie do tego układu 
dowolnego wektora powoduje utratę liniowej niezależności. 

 
W przestrzeni liniowej liczba wektorów bazowych jest stała i nazywamy ją wymiarem tej przestrzeni. |B|=n   dim(V)=n. 
 

Jeżeli V jest przestrzenią wektorową i B jest bazą tej przestrzeni, a jej wymiar jest n, tzn. że baza składa się z wektorów  
B=( v

1

,v

2

,…,v

n

). Każdy wektor przestrzeni V ma dokładnie jedno przedstawienie w postaci kombinacji liniowej wektorów 

bazowych v= 

n

i

i

i

v

a

1

. Współczynniki przedstawienia danego wektora w postaci kombinacji liniowej wektorów danej bazy 

nazywamy współrzędnymi tego wektora. Liczba współrzędnych jest równa liczbie wektorów bazowych a zatem równa jest 

wymiarowi przestrzeni. 
 

Baza standardowa – baza do której można odnosić wszystkie inne bazy. 
 
 

 
 
 

 
 
 

 
 
 

background image

33. Omów zagadnienie przejścia z bazy do bazy przestrzeni liniowej. 
 

Niech będą dane dwie bazy przestrzeni n-wymiarowej 

=(

1

,

2

,…,

n

)  

=(

 1

,

2

,…,

n

). Każdy wektor 

j

 z bazy 

jest 

kombinacją liniową wektorów bazy 



j

=

n

i

i

ij

a

1

, j=1,2,…,n. Zatem istnieje macierz przejścia z bazy do bazy -

 

macierz 

kwadratowa stopnia n równa wymiarowi przestrzeni (liczbie wektorów bazowych przestrzeni) umożliwiająca przeliczenie 

współrzędnych wektora w jednej bazie na współrzędne w innej bazie.  
 

 

n

1

T

n

1

A

    A - macierz przejścia z bazy 

 do bazy  

 
Własności macierzy przejścia z bazy do bazy
1. macierz przejścia z dowolnej bazy 

 do dowolnej bazy  tej samej przestani liniowej V jest nieosobliwa (odwracalna). 

2. jeśli A jest macierzą przejścia z bazy 

 do bazy   A: (

1

,

2

,…,

n

)

B(

 1

,

2

,…,

n

) a macierz B jest macierzą przejścia z 

bazy 

 do bazy 

 B: 

(

 1

,

2

,…,

n

)

 (

1

,

2

,…,

n

) to macierz B

A jest macierzą przejścia z bazy 

 do bazy 



(A

B): (

1

,

2

,…,

n

)

 (

1

,

2

,…,

n

3. Jeżeli A jest macierzą przejścia z bazy 

 do bazy  A: (

1

,

2

,…,

n

)

(

  1

,

2

,…,

n

) to macierz odwrotna A

-1

 jest macierzą 

przejścia od bazy 

 do bazy  A

-1

: (

 1

,

2

,…,

n

)

(

1

,

2

,…,

n

 

 

34. Określić odwzorowanie (

przekształcenie) liniowe. 

 

Niech U i V będą przestrzeniami liniowymi nad ciałem K. Przekształcenie A:U

V nazywamy liniowym, gdy jest ono 

homomorfizmem przestrzeni U w przestrzeń V, czyli: 
1. 

x,yU  A(x+y)=A(x)+A(y) - (addytywność), 

2. 

cK  xU  A(cx)=cA(x)  -  (jednorodność). 

 
Jądrem przekształcenia liniowego A:U

V nazywamy zbiór Ker(A)={xU : Ax=}. Jądro nie może być zbiorem pustym. 

Należy do niego na pewno wektor zerowy. 
 

 

35. Związek odwzorowania liniowego z macierzą. 

 
Dla każdego przekształcenia istnieje macierz zwana macierzą przekształcenia taka że f(x)=A

v  (A- macierz, v-wektor) związek 

ten pokazuje że macierz jest funkcją. 

 

36. Wektor własny przekształcenia liniowego.

 

 
Niech A będzie przestrzenią liniową nad ciałem K i niech x

A. Jeżeli równanie Ax=x , gdzie C, jest spełnione to wektor x 

nazywamy wektorem własnym macierzy (przekształcenia), a liczbę 

 – wartością własną macierzy. 

 
A

x-x=

A

x-Ex=

A-E)x= 

 
Jest to macierz układu n równań z n niewiadomymi. Macierzą współczynników tego układu jest macierz A-

E, a układ jest 

jednorodny zatem ma rozwiązanie. Jeżeli jest to układ Cramera to ma dokładnie jedno rozwiązanie i jest to rozwiązanie 
zerowe, ale wektor zerowy nie może być wektorem własnym. Wynika z tego, że powyższy układ nie jest układem Cramera. 

 

nn

n

n

a

a

a

a

A

1

1

11

     

nn

n

n

a

a

a

a

E

A

1

1

11

 

 

 
 
 

 
 
 

 

background image

37. Równanie charakterystyczne macierzy i jego pierwiastki – wartości własne macierzy. 

 
Wyznacznik macierzy A-

E w postaci rozwiniętej jest wielomianem zmiennej  stopnia n: 

nn

n

n

a

a

a

a

1

1

11

(-1)

n



n

+C

n-1



n-1

+ C

n-2



n-2

+…+ C

1

+C

0

 

 
Równanie charakterystyczne macierzy: (-1)

n



n

+C

n-1



n-1

+ C

n-2



n-2

+…+ C

1

+C

0

=0 

Pierwiastki tego równania nazywamy wartościami własnymi macierzy. 
 

 

38. Podać twierdzenie Ceyleya – Hamiltona (dowód). 

 
Jeżeli A jest macierzą kwadratową, a wielomian C(

) jest wielomianem charakterystycznym to C(A)=0

(macierz zerowa)

Dowód: 
Niech będzie dana macierz A=[a

ij

]

n

m

 i wieloman charakterystyczny macierzy A C(

)=C

n



n

+ C

n-1



n-1

+…+ C

1

+C

0   

(C

n

=(-1)

n

det(A-

E)=C() 

Weźmy macierz A-

E i jej dopełnienie algebraiczne. Dopełnienie algebraiczne A

ij

 macierzy A-

E jest wielomianem zmiennej 

stopnia co najwyrzej n-1. 
A

ij

=(A-

E)

ij

       [(A-

E)]

T

=D

n-1



n-1

+D

n-2



n-2

+…+D

1

+D

0

 , gdzie D

i

 są macierzami stopnia 



(A-

E)[(A-E)]

T

=det(A-

E)E=C(E   

C(

E=(A-E)(D

n-1



n-1

+D

n-2



n-2

+…+D

1

+D

0

Z drugiej strony C(

E=(C

n

E)

n

+(C

n-1

E)

n-1

+…+(C

1

E)+C

0

E 

-D

n-1



n

= C

n

E

n

 

 

-D

n-1

= C

n

E /A

n

  

A

D

n-1

- D

n-2

= C

n-1

E /A

n-1

 

A

D

n-2

- D

n-3

= C

n-2

E /A

n-2

    …  A

D

1

- D

0

= C

1

E /A 

A

D

0

= C

0

E 

- A

n

D

n-1

= C

n

E A

n

 

A

n

D

n-1

- A

n-1

D

n-2

= C

n-1

A

n-1

 

A

n-1

D

n-2

- A

n-2

D

n-3

= C

n-1

A

n-2

 …   A

2

D

1

- A

D

0

= C

1

A 

A

D

0

= C

0

E 

0= C

n

A

n

+ C

n-1

A

n-1

+…+ C

1

A +C

0

E  

C(A)=0 

 
Zastosowanie twierdzenia Caley’a-Hamiltona: dzięki temu twierdzeniu możemy w łatwy sposób wyznaczyć wartości 

wielomianu. 
 

39. Określić iloczyn skalarny w przestrzeni liniowej. 

 
Iloczyn skalarny wektorów wyraża się wzorem 

cos

v

u

v

u

 

Wynik iloczynu skalarnego jest liczbą. 
Iloczyn skalarny wyrażony przez współrzędne wektorów a i b wygląda następująco: 

y

y

x

x

y

x

y

x

v

u

v

u

v

v

u

u

v

u

]

,

[

]

,

[

 

Jeżeli dwa wektory są prostopadłe (ortogonalne) to iloczyn skalarny jest równy 0. 

 
 

40. Macierze podobne. Diagonalizacja macierzy. 

 
Dwie macierze kwadratowe A i B (n

n) nazywamy macierzami podobnymi jeżeli istnieje macierz nieosobliwa P (nn) taka, 

że B=P

-1

AP. Macierze podobne A i B są macierzami tego samego odwzorowania liniowego A:R

n

R

n

 , B:R

n

R

n

  ale macierz A 

jest macierzą przekształcenia w bazie standardowej a macierz B jest macierzą tego samego przekształcenia ale w innej bazie, 

zaś macierz P jest macierzą przejścia z bazy do bazy. 
 
Jeżeli macierz A(n

n) jest podobna do macierzy diagonalnej D to mówimy że macierz A jest diagonalizowalną. Proces 

znajdowania macierzy D i P nazywamy diagonalizacją macierzy

 
Macierz kwadratowa A(n

n) jest podobna do macierzy diagonalnej w tedy i tylko w tedy gdy istnieje baza B={w

1

,w

2

,…,w

n

złożona z wektorów własnych macierzy A. 

 
 

41. Określić działania na wektorach w przestrzeni trójwymiarowej. 

 
Wektorem nazywamy uporządkowaną parę punktów.  
Cechy wektora: 

- kierunek (kierunek prostej na której leży wektor) 2 wektory mają ten sam kierunek, jeżeli leżą na dwóch równoległych 

prostych. 

- zwrot (jeden z dwóch sposobów uporządkowania punktów na prostej) 
- odległość (odległość początku od końca wektora) szczególnym przypadkiem jest wektor zerowy. Jego długość jest równa 0 i 

może przyjąć dowolny kierunek i zwrot.  

background image

Działania na wektorach: 
- dodawanie wektorów    (v

x

, v

y

, v

z

 ) + (u

x

, u

y

, u

z

) =(v

x

+u

x

, v

y

+u

y

, v

z

 + u

z

) , reguła równoległoboku. 

 
- mnożenie wektora przez liczbę  

v

a

v

'

 

 
- iloczyn skalarny 

cos

v

u

v

u

 , 

z

z

y

y

x

x

v

u

v

u

v

u

v

u

 

Własności:  

0

v

u

 

 

v

u

 

 - ortogonalność 

- iloczyn skalarny jest dodatni gdy kąt między wektorami jest z przedziału (0,

2

) ujemny gdy (

2

,



 

 

- iloczyn wektorowy – iloczynem wektorowym 2 wektorów nazywamy wektor, który jest prostopadły do płaszczyzny 

utworzonej przez te wektory, a jego zwrot jest zgodny z regułą śruby prawostronnej. Długość wektora wyraża się wzorwm: 

sin

v

u

v

u

,  

z

y

x

z

y

x

v

v

v

u

u

u

k

j

i

v

u

 

Własności: 

0

 v

u

v

u

||

 - kolinearność 

- wartość liczbowa iloczynu wektorowego jest równa wartości liczbowej pola powierzchni równoległoboku rozpiętego przez 

wektory, które są czynnikami tego iloczynu wektorowego. 

- iloczyn mieszany  

z

y

x

z

y

x

z

y

x

w

w

w

v

v

v

u

u

u

w

v

u

)

(

 

Własności: 

0

)

(

w

v

u

wektory

 

u

,

v

,

w

 

leżą w jednej płaszczyźnie – komplanarność 

- wartość bezwzględna iloczynu mieszanego jest równa objętości równoległościanu rozpiętego przez te wektory 

 
 

42. Określić wektor w postaci analitycznej (w układzie kartezjańskim).

 

 

k

v

j

v

i

v

v

z

y

x

 , gdzie wektory 

i

j

k

 są wektorami jednostkowymi osi x, y, z. 

 

 

43. Podać sposoby wyliczania iloczynu wektorowego wektorów.

 

z

y

x

z

y

x

v

v

v

u

u

u

k

j

i

v

u

 

 
 

44. Warunki równoległości i prostopadłości wektorów. 
 

Wektory są prostopadłe gdy ich iloczyn skalarny jest równy 0 : 

0

v

u

 

 

v

u

 

 - ortogonalność 

Wektory są równoległe gdy ich iloczyn wektorowy jest równy 0 :

0

 v

u

v

u

||

 - kolinearność 

 

 
 
 
 

 
 
 

 
 
 

background image

45. Podać znane postaci równania płaszczyzny. Wyprowadzić równanie parametryczne płaszczyzny.  

 
- równanie normalne płaszczyzny przechodzącej przez punkt P

0

=(x

0

,y

0

,z

0

) i prostopadłej do wektora 

n

=[A,B,C] ma postać : 

: A(x-x

0

)+B(y-y

0

)+ C(z-z

0

)=0 

 
- równanie ogólne płaszczyzny  

: Ax+By+Cz+D=0  A

2

+B

2

+C

2

>0 

 
- równanie parametryczne płaszczyzny przechodzącej przez punkt P

0

=(x

0

,y

0

,z

0

) i rozpiętej na wektorach 

u

=[u

x

,u

y

,u

z

v

=[v

x

,v

y

,v

z

] ma postać:  

x=x

0

+tu

x

+kv

 

:

 

y=y

0

+tu

y

+kv

gdzie k,t

R

 

 

z=z

0

+tu

z

+kv

 
- równanie odcinkowe płaszczyzny odcinającej na osiach 0x, 0y, 0z układu współrzędnych odpowiednie odcinki a, b ,c ma 

postać: 

: 

1

c

z

b

y

a

x

 

 

Wyprowadzenie równania parametrycznego płaszczyzny:

  

 

Niech dana będzie płaszczyzna 

 

rozpięta na dwóch wektorach

 

u

=[u

x

,u

y

,u

z

v

=[v

x

,v

y

,v

z

] i przechodząca przez punkt

 

P

0

=(x

0

,y

0

,z

0

). Oznaczmy dowolny punkt P(x,y,z) tej płaszczyzny. Wektor 

P

P

0

=t

u

+k

v

. Wektory wodzące tych punktów 

wynoszą 

0

OP

=

0

r

=[x

0

,y

0

,z

0

] oraz 

OP

=

r

=[x,y,z]. Zgodnie z regułą równoległoboku otrzymujemy 

r

=

0

r

+

P

P

0

 co po 

podstawianiu daje równanie wektorowe płaszczyzny: 

r

=

0

r

+t

u

+k

v

. Podstawiając współrzędne wektorów otrzymujemy 

równanie (x,y,z)=( x

0

,y

0

,z

0

)+ t

(u

x

,u

y

,u

z

)+k

(v

x

,v

y

,v

z

). Następie to równanie można przedstawić w formie rozwiniętej: 

:

z

z

y

y

x

x

v

k

u

t

z

z

v

k

u

t

y

y

v

k

u

t

x

x

0

0

0

 

 

46. Wyprowadzić wzór na obliczanie odległości punktu od płaszczyzny. 

Odległość punktu P=(x

1

, y

1

, z

1

) od płaszczyzny 

: Ax+By+Cz+D=0  przedstawia wzór: d(P,)=

2

2

2

1

1

1

C

B

A

Cz

By

Ax

 

 

47. Równania prostej w przestrzeni trójwymiarowej. 

 
- równanie parametryczne prostej przechodzącej przez punkt P

0

=(x

0

,y

0

,z

0

) i wyznaczonej przez niezerowy wektor kierunku 

v

=[v

x

,v

y

,v

z

] ma postać: 

x=x

0

+tv

 

l:

 

y=y

0

+tv

gdzie t

R

 

 

z=z

0

+tv

 

- równanie kierunkowe prostej: l: 

z

y

x

v

z

z

v

y

y

v

x

x

0

0

0

 

- równanie krawędziowe prostej która jest częścią wspólną dwóch nierównoległych płaszczyzn 

: A

1

x+B

1

y+C

1

z+D

1

=0 i   

: A

2

x+B

2

y+C

2

z+D

2

=0 ma postać: 

0

0

2

2

2

2

1

1

1

1

D

z

C

y

B

x

A

D

z

C

y

B

x

A

 

 
 

 
 
 
 

 
 
 

 
 

background image

48. Wyprowadzić równanie prostej w postaci parametrycznej i kierunkowej. 

 
Niech będzie dana prosta l przechodząca przez punkt P

0

=(x

0

,y

0

,z

0

) i o wektorze kierunkowym 

v

=[v

x

,v

y

,v

z

]. Wektor wodzący 

punkt P

0

 ma postać

0

OP

=

0

r

=[x

0

,y

0

,z

0

]. Obierzmy dowolny punkt P(x,y,z) należący do tej prostej i o wektorze wodzącym 

OP

=

r

=[x,y,z]. Wektor 

P

P

0

=t

v

. Zgodnie z regułą równoległoboku otrzymujemy 

OP

=

0

OP

+

P

P

0

 co po podstawianiu 

daje równanie wektorowe prostej 

r

=

0

r

+t

v

. Rozpisując to równanie na współrzędne otrzymujemy (x,y,z)=( x

0

,y

0

,z

0

)+ 

t

(v

x

,v

y

,v

z

). Następie to równanie można przedstawić w formie rozwiniętej: 

:

z

y

x

v

t

z

z

v

t

y

y

v

t

x

x

0

0

0

. Równanie kierunkowe prostej 

otrzymujemy po wyrugowaniu parametru t:  

z

z

y

y

x

x

v

v

t

z

z

v

v

t

y

y

v

v

t

x

x

:

/

:

/

:

/

0

0

0

=



t

v

z

z

t

v

y

y

t

v

x

x

z

y

x

0

0

0

    

z

y

x

v

z

z

v

y

y

v

x

x

t

0

0

0

 

 
49. Omówić wzajemne położenie prostych, płaszczyzn oraz prostej i płaszczyzny w przestrzeni 

trójwymiarowej 

 

1. położenie dwóch płaszczyzn 

- odległość między płaszczyznami równoległymi 

: Ax+By+

1

z+D

1

=0 i 

: Ax+By+Cz+D

2

=0 wyraża się równaniem: 

2

2

2

2

1

2

1

)

,

(

C

B

A

D

D

d

 

- kąt między dwoma płaszczyznami 

: A

1

x+B

1

y+C

1

z+D

1

=0 i 

: A

2

x+B

2

y+C

2

z+D

2

=0

o wektorach normalnych 

1

n

=[A

1

,B

1

C

1

], 

2

n

=[A

2

,B

2

,C

2

] : 

2

2

2

2

2

2

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

cos

C

B

A

C

B

A

C

C

B

B

A

A

  lub  

2

1

2

1

arccos

n

n

n

n

 

2. położenie prostej i płaszczyzny 

- kąt nachylenia prostej l o wektorze kierunkowym 

v

 do płaszczyzny 

 o wektorze normalnym 

n

wyraża się wzorem: 

v

n

v

n

l

arcsin

)

,

(

 

3. położenie dwóch prostych 

 - kąt miedzy prostymi l

1

,l

2

 o wektorach kierunkowych 

1

v

2

v

 wyraża się wzorem: 

2

1

2

1

2

1

arccos

)

,

(

v

v

v

v

l

l

 

 
50. Definicja okręgu i jego równanie. 
 

Niech S = (x

0

,y

0

) będzie ustalonym punktem, zaś r odcinkiem o dodatniej długości. Okręgiem nazywamy zbiór punktów 

płaszczyzny euklidesowej odległych od punktu S o zadaną odległość r. 
Równania okręgu:

  

(

x

 − 

x

0

)

2

 + (

y

 − 

y

0

)

2

 = 

r

2

 - jest to wzór geometrii analitycznej obowiązujący w kartezjańskim układzie 

współrzędnych. W tym samym układzie współrzędnych okrąg może być opisany również za pomocą równania 

parametrycznego: 

sin

cos

0

0

r

y

y

r

x

x

  gdzie parametr (0,2). Podstawiając do wzoru geometrii analitycznej 

r=

c

y

x

2

0

2

0

 otrzymujemy równanie: x

2

+y

2

-2x

0

x-2y

0

y+c=0 

 

 

 
 
 
 

 

background image

51. Definicja hiperboli i jej równanie

Hiperbola jest krzywą stożkową, będąca zbiorem punktów takich, że bezwzględna wartość różnicy odległości tych punktów 

od dwóch punktów, nazywanych ogniskami hiperboli, jest stała. Jeżeli ogniska hiperboli mają współrzędne (-c,0) i (c,0) to 

hiperbola jest opisana równaniem: 

1

2

2

2

2

b

y

a

x

 gdzie a, to połowa odległości pomiędzy wierzchołkami hiperboli, zaś b to 

połowa odległości pomiędzy wierzchołkami urojonymi. Zachodzi również związek: 

b

2

 = 

c

2

 − 

a

2

. Hiperbole można jeszcze 

opisać równaniem: 

0

0

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

a

b

y

a

x

b

a

b

y

a

x

b

.

 Jeżeli a = b to hiperbolę nazywamy równoosiową. 

52. Definicja paraboli i jej równanie. 

Parabola to krzywa stożkowa utworzona przez przecięcie stożka płaszczyzną równoległą do tworzącej stożka. Parabolę 

można też zdefiniować jako miejsce geometryczne punktów równo odległych od prostej (zwanej kierownicą paraboli) i 
pewnego punktu (ogniska paraboli) nie leżącego na tej prostej. W kartezjańskim układzie współrzędnych, parabola z osią 

symetrii równoległą do osi 

y

, wierzchołkiem o współrzędnych (

h

k

), ogniskiem (

h

k

 + 

p

), i kierownicą 

y

 = 

k

 - 

p

 opisana jest 

równaniem: (x-h)

2

=2p(y-k). Parabolę można również opisać wzorem: 

0

2

0

2

2

2

py

x

y

px

. Parabola ma jedną oś symetrii, która 

przechodzi przez ognisko i wierzchołek i jest prostopadła do kierownicy paraboli. 

 
 

53. Kwadrygi – ich klasyfikacja. 

 
Niech będzie dany układ kartezjański OXYZ. Powierzchnią stopnia drugiego nazywamy miejsce geometryczne punktów, 

których współrzędne spełniają równanie : a

11

x

2

+a

22

y

2

+2a

33

z

2

+2a

12

xy+2a

13

xz+2a

23

xz+2a

10

x+2a

20

y+2a

30

z+a

00

=0 przy 

założeniu, że a

11

2

+a

22

2

+a

33

2

+a

12

2

+a

13

2

+a

23

2

>0. 

 

 

1. Sfera:  

2

2

2

2

r

z

y

x

2

2

2

2

)

(

)

(

)

(

r

c

z

b

y

a

x

,  

gdzie a, b, c to współrzędne środka sfery. 

 

 

2. Elipsoida:  

1

2

2

2

2

2

2

c

z

b

y

a

x

,  

gdzie a, b, c to „promienie” odpowiednio na osiach OX, OY, OZ 

 

 

3. Walce: 

Eliptyczny (równoległy do z):  

1

2

2

2

2

b

y

a

x

 

 

background image

Paraboliczny:  

px

y

2

2

,  

gdzie p to parametr 

22

11

a

a

p

  

 

Hiperboliczny:  

1

2

2

2

2

b

y

a

x

 

 

 

4. Hiperbola jedno powłokowa:  

1

2

2

2

2

2

2

c

z

b

y

a

x

 

 

 

5. Paraboloida eliptyczna:  

pz

b

y

a

x

2

2

2

2

2

  

gdy p>0 to jest skierowany do góry a jak p<0 to w dół. 

 

 

6. Paraboloida hiperboliczna: 

pz

b

y

a

x

2

2

2

2

2

  

gdy p<0 to wygląda jak siodło, a jak p>0 to nie wiem. 

 

 

7. Hiperboloida dwu powłokowa:  

1

2

2

2

2

2

2

c

z

b

y

a

x

 

 

 

 
 

 
 
 
 

 
 

background image

54. Podać równanie sfery i elipsoidy. Które z tych powierzchni są obrotowe? 

 
Sfera

2

2

2

2

r

z

y

x

2

2

2

2

)

(

)

(

)

(

r

c

z

b

y

a

x

,  gdzie a, b, c to współrzędne środka sfery 

Elipsoida

1

2

2

2

2

2

2

c

z

b

y

a

x

, gdzie a, b, c to „promienie” odpowiednio na osiach OX, OY, OZ 

Co o do powierzchni obrotowych to nie jestem pewien, ale  z zadań które były liczone to wynika ze elipsoida jest (dwie 
spośród a, b, c musi być liczbą niewymierną, np. a i c). 

 

55. Wymień znane paraboloidy i podaj ich równania

 

Paraboloida to nieograniczona powierzchnia drugiego stopnia posiadająca jedną oś symetrii.  
Wyróżnia się 3 typy paraboloid: 

- paraboloida obrotowa  x

2

 + y

2

 = a

2

paraboloida eliptyczna  

pz

b

y

a

x

2

2

2

2

2

 

paraboloida hiperboliczna  

pz

b

y

a

x

2

2

2

2

2

 

 

56. Wymień znane hiperboloidy i podaj ich równania. 

 
Hiperboloida - nieograniczona, nierozwijalna powierzchnia drugiego stopnia (kwadryka), powstała przez obrót hiperboli 

wokół osi rzędnych (hiperboloida jednopowłokowa) lub osi odciętych (hiperboloida dwupowłokowa), a także każda otrzymana 
z takiej przez przekształcenie afiniczne przestrzeni. Każda hiperboloida ma środek symetrii oraz co najmniej trzy osie i trzy 

płaszczyzny symetrii. 

- hiperboloida jednopowłokowa  

1

2

2

2

2

2

2

c

z

b

y

a

x

 

- hiperboloida dwupowłokowa 

1

2

2

2

2

2

2

c

z

b

y

a

x

 

- hiperboloida której obie powłoki mają dokładnie jeden punkt wspólny  

0

2

2

2

2

2

2

c

z

b

y

a

x

 

57. Określić powierzchnię walcową i napisać równania znanych walców. 

 
Powierzchnię walcową nazywamy powierzchnię utworzona przez zbiór prostych (tworzących powierzchnię walcową) 

równoległych do danej prostej i przechodzących przez punkty krzywej L (kierownicy). 
 

- walec eliptyczny: 

1

2

2

2

2

b

y

a

x

 

- walec paraboliczny: 

px

y

2

2

, gdzie p to parametr 

22

11

a

a

p

 

- walec hiperboliczny: 

1

2

2

2

2

b

y

a

x

 

 

58. Określić powierzchnię stożkową i napisać równania znanych stożków. 

 

Powierzchnia stożkowa - powierzchnia powstała przez połączenie prostymi (tzw. tworzące) zadanego punktu w przestrzeni 
(tzw. wierzchołek) z każdym punktem na pewnej zadanej krzywej, zwanej kierującą.