Uppgift 8

Låt $$P_{1} : (1,0,0),\, P_{2}:(0,1,0),\, P_{3}: (0,0,1),\, P_{4}:(0,0,0)$$

  1. Bestäm en ekvation på affin form för planet \(\pi\) genom punkterna \(P_{1}, P_{2}\) och \(P_{3}\)
  2. Bestäm det minsta avståndet mellan punkten \(P_{4}\) och planet\(\pi\) och ange den punkt i \(\pi\) som ligger närmast \(P_{4}\).

Vi kan beräkna normalvektorn som kryssprodukten av två vektorer i planet.

$$n = (P_1P_2) \times (P_1P_3) = (-1, 0, 1) \times (1,1,0)$$
$$ = \left( \left| \begin{array}{cc} 0 & 1 \\ 1 & 0\end{array} \right|, -\left| \begin{array}{cc} -1 & 1 \\ -1 & 0\end{array} \right|, \left| \begin{array}{cc} -1 & 1 \\ -1 & 0\end{array} \right| \right)$$
$$ = (-1, -1, -1)$$

För ett plan \(ax + by + cz + d=0\) så är \((a,b,c)\) en normalvektor, så insättning ger:

$$-x -y -z + d = 0 \Leftrightarrow x + y + z -d = 0$$

För att hitta värdet på \(d\) sätter vi in koordinaterna för punkten \(P_1\):

$$1 + 0 + 0 - d = 0 \Rightarrow d=1$$

Så ekvationen för planet \(\Pi\) är:

$$\Pi: x+y+z-1 = 0$$

För att hitta kortaste avståndet till punkten \(P_4 = (0,0,0)\) beräknar vi vektorn från någon punkt i planet (till exempel \(P_1\)) och projicerar den längs normalvektorn, då vet vi kortast möjliga rörelse från planet till punkten.

$$v = proj_n P_1P_4 = \frac{(P_1P_4) \cdot n}{||n||^2}n$$ $$= \frac{(-1,0,0) \cdot (1,1,1)}{3}(1,1,1) = (\frac{1}{3}(1,1,1)$$

Längden av denna vektor ger kortaste sträckan:

$$||v|| = \frac{1}{3}\sqrt{1^2 + 1^2 + 1^2} = \frac{1}{\sqrt{3}}$$

För att hitta punkten \(Q\) i planet som är närmast \(P_4\) kan vi utnyttja följande likhet:

$$(OQ) = (OP_1) + (P_1P_4) - (P_4Q)$$

$$ = (1,0,0) + (-1,0,0) - \frac{-1}{3}(1,1,1)$$

$$ = \frac{1}{3}(1,1,1)$$

Så \(Q = \frac{1}{3}(1,1,1)\).


Har du kommit så här långt i mattestudierna passar du kanske utmärkt som volontär i Mattecentrums räknestugor. Läs mer här om hur du blir volontär.

Har du en fråga du vill ställa om Uppgift 8? Ställ den på Pluggakuten.se
Har du hittat ett fel, eller har du kommentarer till materialet på den här sidan? Mejla matteboken@mattecentrum.se