Loading jsMath...

4.1 Vinklar och cirklar

Sommarmatte 1

(Skillnad mellan versioner)
Hoppa till: navigering, sök
Versionen från 24 april 2007 kl. 11.37 (redigera)
Lina (Diskussion | bidrag)
(Avståndsformlen)
← Gå till föregående ändring
Versionen från 24 april 2007 kl. 11.45 (redigera) (ogör)
Lina (Diskussion | bidrag)
(Avståndsformlen)
Gå till nästa ändring →
Rad 80: Rad 80:
Pythagoras sats är en av de mest kända satserna i matematiken och säger att i en rätvinklig triangel med kateter a och b , och hypotenusa c gäller att Pythagoras sats är en av de mest kända satserna i matematiken och säger att i en rätvinklig triangel med kateter a och b , och hypotenusa c gäller att
 +<div class="regel">
 +'''Pythagoras sats:'''
c^2 = a^2 + b^2 \; \mbox{.}
c^2 = a^2 + b^2 \; \mbox{.}
 +</div>
Bild: figur 3.2.5 Bild: figur 3.2.5

Versionen från 24 april 2007 kl. 11.45

Innehåll

[göm]

4.1 Vinklar och cirklar

Innehåll:

  • Vinkelmått
  • Avståndsformeln i planet
  • Cirkelns ekvation

Läromål:

Efter detta avsnitt ska du ha lärt dig att:

  • Omvandla mellan grader, radianer och varv
  • Beräkna arean och omkretsen av en cirkelsektor
  • Beräkna avståndet mellan två punkter i planet
  • Skissera cirklar med hjälp av att kvadratkomplettera deras ekvationer
  • Använda begreppen enhetscirkel, tangent, radie, diameter, pereferi, korda och cirkelbåge.
  • Lösa geometriska problem som innehåller cirklar


Övningar

Teori

Vinkelmått

Det finns flera olika enheter för att mäta vinklar, som är praktiska i olika sammanhang. De två vanligaste vinkelmåtten i matematiken är grader och radianer.

  • Grader. Om ett helt varv delas in i 360 delar, så kallas varje del 1 grad. Beteckningen för grader är ^\circ.

Bild: figur 3.2.1

  • Radianer. Ett annat sätt att mäta vinklar är att omvända längden av vinkelns cirkelbåge i förhållandet till radien som mått på vinkeln. Detta vinkelmått kallas för radian. Ett varv är alltså 2\pi radianer eftersom cirkelns omkrets är 2\pi r, där r är cirkelns radie.

Bild: figurer 3.2.2 och figurer 3.2.3


Ett helt varv är 360^\circ eller 2\pi radianer och det gör att

1^\circ = \frac{1}{360} \cdot 2\pi \mbox{ radianer } = \frac{\pi}{180} \mbox{ radianer }
1 \mbox{ radianer } = \frac{1}{2\pi} \cdot 360^\circ = \frac{180^\circ}{\pi}
Dessa omvandlingsfaktorer kan användas för att konvertera mellan grader och radianer.

Exempel 1

  1. 30^\circ = 30 \cdot 1^\circ = 30 \cdot \displaystyle \frac{\pi}{180} \mbox{ radianer } = \displaystyle \frac{\pi}{6} \mbox{ radianer }

  2. \displaystyle \frac{\pi}{8} \mbox {radianer } = \displaystyle \frac{\pi}{8} \cdot (1 \; \mbox{radian }) = \displaystyle \frac{\pi}{8} \cdot \displaystyle \frac{180^\circ}{\pi} = 22,5^\circ

I en del sammanhang kan det vara meningsfullt att tala om negativa vinklar eller vinklar som är större än 360^\circ. Då kan man använda att man kan ange samma riktning med flera olika vinklar som skiljer sig från varandra med ett helt antal varv.

Bild: Figur 3.2.4

Exempel 2

  1. Vinklar -55^\circ och 665^\circ anger samma riktning eftersom
    -55^\circ + 2 \cdot 360^\circ = 665^\circ \; \mbox{.}
  2. Vinklarna \frac{3\pi}{7} och -\frac{11\pi}{7} anger samma riktning eftersom
    \frac{3\pi}{7} - 2\pi = -\frac{11\pi}{7} \; \mbox{.}
  3. Vinklarna 36^\circ och 216^\circ anger inte samma riktning utan motsatta riktningar eftersom
    36^\circ + 180^\circ = 216^\circ \; \mbox{.}

Avståndsformlen

Pythagoras sats är en av de mest kända satserna i matematiken och säger att i en rätvinklig triangel med kateter a och b , och hypotenusa c gäller att

Pythagoras sats:

c^2 = a^2 + b^2 \; \mbox{.}

Bild: figur 3.2.5

Exempel 3

Bild: figur 3.2.6

I triangel till höger är

c^2= 3^2 + 4^2 = 9 +16 = 25
och därför är hypotenusan c lika med
c=\sqrt{25} = 5 \; \mbox{.}

Pythagoras sats kan användas för att beräkna avståndet mellan två punkter i ett koordinatsystem.

Avståndsformeln:

Avståndet d mellan två puntker med koordinater (x, y) och (a, b) är

d = \sqrt{(x – a)^2 + (y – b)^2}

Denna formel kallas för avståndsformeln.

Linjestycket mellan punkterna är hypotenusan i en rätvinklig triangel vars kateter är parallella med koordinataxlarna.

Bild: figur 3.2.7

Kateternas längd är lika med beloppet av skillnaden i x- och y-led mellan punkterna, d.v.s. |x-a| respektive |y-b|. Pythagoras sats ger sedan avståndsformeln.

Exempel 4

  1. Avståndet mellan (1,2) och (3,1) är
    d=\sqrt{ (1-3)^2 + (2-1)^2} = \sqrt{(-2)^2 + 1^2} = \sqrt{ 4+1} = \sqrt{5} \; \mbox{.}
  2. Avståndet mellan (-1,0) och (-2,-5) är
    d=\sqrt{ (-1-(-2))^2 + (0-(-5))^2} = \sqrt{1^2 + 5^2} = \sqrt{1+25} = \sqrt{26} \; \mbox{.}

Interaktivt experiment: Här kan du experimentera med avståndsformeln och Pythagoras sats

Cirklar

En cirkel består av alla punkter som befinner sig på ett visst fixt avstånd r från en punkt (a,b).

Bild:figur 3.2.8

Avståndet r kallan för cirkelns radie och punkten (a,b) för cirkelns medelpunkt. Figuren nedan visar andra viktiga cirkelbegrepp.

Bild:3_2_10.gif


Exempel 5

En cirkelsektor är given i figuren till höger. Bild: figur 3.2.10

  1. Bestäm cirkelbågens längd

    Medelpunktsvinkeln 50^\circ blir i radianer
    50^\circ= 50 \cdot 1^\circ = 50 \cdot \frac{\pi}{180} \mbox{ radianer } = \frac{5\pi}{18} \mbox{ radianer. }
    På det sätt som radianer är definerat betyder detta att cirkelbågens längd är radien multiplicerat med vinkeln mätt i radianer,
    3 \cdot \frac{5\pi}{18} \mbox{ l.e. } = \frac{5\pi}{6} \mbox{ l.e. }
  2. Bestäm cirkelsektorns area.

    Cirkelsektorns andel av hela cirkeln är
    \frac{50^\circ}{360^\circ} = \frac{5}{36}
    och det betyder att dess area är \frac{5}{36} delar av cirkelns area som är \pi r^2 = \pi 3^2 = 9\pi, d.v.s.
    \frac{5}{36} \cdot 9\pi \mbox{ a.e. }= \frac{5\pi}{4} \mbox{ a.e. }

Bild:3.2.11

En punkt (x,y) ligger på cirkeln som har medelpunkt i (a,b) och radie r om dess avstånd till medelpunkten är lika med r. Detta villkor kan formuleras med avståndsformeln som

Cirkelns ekvation:

(x – a)^2 + (y – b)^2 = r^2

och kallas för cirkelns ekvation.

Exempel 6

  1. (x-1)^2 + (y-2)^2 = 9 är ekvationen för en cirkel med medelpunkten i (1,2) och radie \sqrt{9} = 3.

  2. x^2 + (y-1)^2 = 1 kan skriva som (x-0)^2 + (y-1)^2 = 1 och är ekvationen för en cirkel med medelpunkten i (0,1) och radie \sqrt{1} = 1.

  3. (x+1)^2 + (y-3)^2 = 5 kan skrivas som (x-(-1))^2 + (y-3)^2 = 5 och är ekvationen för en cirkel med medelpunkten i (-1,3) och radie \sqrt{5} \approx 2{,}236.

Bild: figur 3.2-12-14

Exempel 7

  1. Ligger punkten (1,2) på cirkeln (x-4)^2 +y^2=13?

    Stoppar vi in punktens koordinater x=1 och y=2 i cirkelns ekvation har vi att
    \mbox{VL }= (1-4)^2+2^2 =(-3)^2+2^2=9+4=13= \mbox{ HL}\; \mbox{.}
    Eftersom punkten uppfyller cirkelns ekvation ligger punken på cirkeln.

  2. Bestäm ekvationen för cirkeln som har medelpunkt i (3,4) och innehåller punkten (1,0).

    Eftersom punkten (1,0) ska ligga på cirkeln måste cirkelns radie vara lika med avståndet från (1,0) till medelpunkten (3,4). Avståndsformlen ger att detta avstånd är
    c=\sqrt{(3-1)^2 + (4-0)^2 }= \sqrt{4 +16} = \sqrt{20} \; \mbox{.}
    Cirkelns ekvation är därför
    (x-3)^2 + (y-4)^2 = 20 \; \mbox{.}

Bild: 3.2.15 och 3.2.16

Exempel 8

Bestäm medelpunkt och radie för den cirkel vars ekvation är x^2 + y^2 – 2x + 4y + 1 = 0.


Vi försöker skriva om cirkelns ekvation på formen

(x – a)^2 + (y – b)^2 = r^2
för då kan vi direkt avläsa att medelpunken (a,b) och radien r.

Börja med att kvadratkomplettera termerna som innehåller x i vänsterledet

\underline{x^2-2x} + y^2+4y + 1 =\underline{(x-1)^2-1^2} + y^2+4y + 1
(de understrukna termerna visar kvadratkompletteringen).

Kvadratkomplettera sedan termerna som innehåller y

(x-1)^2-1^2 + \underline{y^2+4y} + 1= (x-1)^2-1^2 + \underline{(y+2)^2-2^2} + 1

Vänsterledet är alltså lika med

(x-1)^2 + (y+2)^2-4

och flyttar vi över 4 till högerledet är cirkelns ekvation

(x-1)^2 + (y+2)^2 = 4 \; \mbox{.}

Vi avläser att medelpunkten är (1,2) och radien är \sqrt{4}= 2.

Bild:766790.gif


Råd för inläsning

Tänk på att:

Lär dig att använda enhetscirkeln som ett verktyg i det trigonometriska arbetet. Avläsningar i enhetscirkeln ger dig viktiga upplysningar om diverse samband.


Lästips

för dig som vill fördjupa dig ytterligare eller behöver en längre förklaring vill vi tipsa om:

Sammanfattning av Geometri B ur Theducations gymnasielexikon

Läs mer om Pythagoras sats på svenska Wikipedia

Läs mer i Mathworld om cirkeln


Länktips

Interaktivt experiment: sinus och cosinus i enehtscirkeln (Flash)

Experimentera med Randvinkelsatsen

Experimentera med Pythagoras sats

Experimentera med vinkelsumman i en fyrhörning


© Copyright 2006, KTH Matematik




Personliga verktyg