- Eşkenar Üçgen - 05/05/2017
- İntegral - 01/04/2016
- İntegral - 10/05/2015
- Kareler 06/01/2015
- Labirent 12/07/2014
- Elips ve Teğetleri 04/07/2014
- İntegral 20/06/2014
- Elips içinde üçgen 28/03/2014
- Mutlak Değer 20/03/2014
- Çemberlere Eşit Uzaklık 03/03/2014
- Köyler arası yollar 23/02/2014
- Ardışık yazılımlar 16/02/2014
- Kombinasyon Özdeşliği 10/02/2014
- Üç kişinin buluşması 25/01/2014
- Parabolün dik teğetleri 05/01/2014
- Bir açı sorusu 24/11/2013
- Alt küme elemanlar çarpımı 07/11/2013
- Kare ve Çemberler 30/10/2013
- Bir cebir sorusu 30/10/2013
- Dörtgen oluşturma olasılığı 01/06/2013
Aşağıdaki videoda tabanı kare olan bir eğik prizmanın açınımı gösterilmektedir. Birçok kaynakta (MEB onaylı kitaplarda dahi) düzgün eğik prizmaların yanal yüzeyinin açınımı paralelkenar olarak verilmektedir. Video izlediğiniz zaman bunun doğru olmadığı görülmektedir.
Video burada görüntülenecektir.
Müfredat dahilinde olmasada bu konuya değinmek istedim. Uzayda verilen aykırı iki doğru arasındaki en kısa uzaklık nasıl bulunur? Denklemleri $$d_1:X=A+k_1.\overrightarrow{u_1}$$ ve $$d_2:X=B+k_2.\overrightarrow{u_2}$$ olan aykırı iki doğru verilsin. Aşağıdaki şekildeki gibi \(d_1\) doğrusunu içine alan ve \(d_2\) doğrusuna paralel olan \(E\) düzlemini çizelim.
Şekilden de anlaşılacağı üzere doğrular arasındaki en kısa uzaklık \(d_2\) doğrusu ile bu doğrunun \(E\) düzlemindeki izdüşümü olan \({d_2}'\) doğrusu arasındaki uzaklık olacaktır. \(d_1\) ve \({d_2}'\) doğrusunun kesişimine \(C\) dersek, şekilde bu uzaklık \(|CD|\) olarak görülmektedir. Tabii bu noktaları bulmak hiç kolay değildir. Bu nedenle aşağıdaki şekle bakalım.
Şekilden görüleceği üzere aslında \(C\) ve \(D\) arasındaki uzaklık, \(\overrightarrow{AB}\) nün düzlemin \(\overrightarrow{N}\) normal vektörü üzerine izdüşüm vektörünün uzunluğuna eşittir. Yani \(|CD|=|AH|\) dır. \(\overrightarrow{AB}\) nü rahatlıkla bulabiliriz, fakat \(\overrightarrow{N}\) nasıl bulunabilir? Aşağıdaki şekil dikkatli incelenirse
düzlemin normal vektörünün \(\overrightarrow{N}=\overrightarrow{u_1}\times\overrightarrow{u_2}\) olduğu görülebilir.
O halde aykırı iki doğru arasındaki en kısa uzaklık $$|AH|=\dfrac{\left |<\overrightarrow{AB},\overrightarrow{N}> \right |}{||\overrightarrow{N}||}=\dfrac{\left |<\overrightarrow{AB},\overrightarrow{u_1}\times\overrightarrow{u_2}> \right |}{||\overrightarrow{u_1}\times\overrightarrow{u_2}||}$$ olur.
Yukarıdaki durumları özetleyen videoyu ve hemen altında videoda geçen şeklin Cabri versiyonunu inceleyebilirsiniz!
Video burada görüntülenecektir.
Şeklin Cabri versiyonu için tıklayın!
Biraz daha ötesini düşünelim ve fazla detaya girmeden \(C\) ve \(D\) noktalarının nasıl bulunacağını yazalım.
Şekli incelerseniz \(\overrightarrow{CB}\) ile \(\overrightarrow{N}\times\overrightarrow{u_2}\) dik olacağından ve \(C=A+k_1\overrightarrow{u_1}\) olduğundan $$<B-A-k_1\overrightarrow{u_1},\overrightarrow{N}\times\overrightarrow{u_2}>=0$$ \[ \Rightarrow < \overrightarrow {AB} - {k_1}\overrightarrow {{u_1}}\; ,\; \overrightarrow N \times \overrightarrow {{u_2}} > = 0\] denklemiyle \(k_1\) parametrisi bulunarak \(C\) noktası elde edilebilir. Benzer biçimde \(D\) noktası da $$<A-B-k_2\overrightarrow{u_2},\overrightarrow{N}\times\overrightarrow{u_1}>=0$$ \[ \Rightarrow < \overrightarrow {BA} - {k_2}\overrightarrow {{u_2}}\; ,\; \overrightarrow N \times \overrightarrow {{u_1}} > = 0\] denkleminden elde edilen \(k_2\) parametresiyle elde edilebilir.
Örnek 1
\({d_1}:\dfrac{{x - 1}}{2}=y + 1=- z\) ve \({d_2}:\dfrac{{x + 1}}{3}=- y=\dfrac{{z - 1}}{2}\) doğruları arasındaki en kısa mesafe kaç birimdir?
Çözüm
\(d_1\) doğrusunun geçtiği sabit nokta \(A(1,-1,0)\) ve doğrultu vektörü \(\overrightarrow {{u_1}} = (2,1, - 1)\); \(d_2\) doğrusunun geçtiği sabit nokta \(B(-1,0,1)\) ve doğrultu vektörü \(\overrightarrow {{u_2}} = (3, - 1,2)\) dir. Bu durumda \(\overrightarrow {AB} = ( - 2,1,1)\) olacaktır. Bu üç vektörün belirttiği determinantın değeri \(0\) dan farklı olduğundan lineer bağımsızdırlar. Bu nedenle doğrular aykırı doğrulardır (Bir önceki derste bu konu işlendi). Öncelikle \[\overrightarrow {{u_1}} \times \overrightarrow {{u_2}} = \left| {\begin{array}{*{20}{c}}{\overrightarrow {{e_1}} }&{\overrightarrow {{e_2}} }&{\overrightarrow {{e_3}} }\\2&1&{ - 1}\\3&{ - 1}&2\end{array}} \right| = (1, - 7, - 5)\] dir. O halde iki doğru arasındaki en kısa uzaklık \[\begin{array}{l}d({d_1},{d_2}) = \dfrac{{| < \overrightarrow {AB} ,\overrightarrow {{u_1}} \times \overrightarrow {{u_2}} > |}}{{||\overrightarrow {{u_1}} \times \overrightarrow {{u_2}} ||}}\\\\ = \dfrac{{| - 2.1 + 1.( - 7) + 1.( - 5)|}}{{\sqrt {{1^2} + {7^2} + {5^2}} }}\\ = \dfrac{{14}}{{5\sqrt 3 }}\end{array}\] bulunur.
Örnek 2
\({d_1}:x + 2y = 2;\;z = 0\) ve \({d_2}:x = 2z;\;y = 0\) doğrularının birbirine en yakın olan noktalarını bulunuz.
Çözüm
\(d_1\) doğrusunun geçtiği sabit nokta \(A(0,1,0)\) ve doğrultu vektörü \(\overrightarrow {{u_1}} = (-2,1,0)\);
\(d_2\) doğrusunun geçtiği sabit nokta \(B(0,0,0)\) ve doğrultu vektörü \(\overrightarrow {{u_2}} = (2,0,1)\) dir.
Ayrıca \(\overrightarrow {AB} = (0, - 1,0)\) ve \(\overrightarrow N = \overrightarrow {{u_1}} \times \overrightarrow {{u_2}} = (1,2, - 2)\) dir. Konu anlatımında olduğu gibi \(d_1\) doğrusunun \(d_2\) doğrusuna en yakın noktası \(C\) ve \(d_2\) doğrusunun \(d_1\) doğrusuna en yakın noktası \(D\) olsun. İki vektöre daha ihtiyacımız var: \[\overrightarrow N \times \overrightarrow {{u_1}} = (2,4,5)\] ve \[\overrightarrow N \times \overrightarrow {{u_2}} = (2, - 5, - 4)\] olur.
O halde bir \(k\in R\) için \[\begin{array}{l} < \overrightarrow {AB} - k\overrightarrow {{u_1}}\; ,\;\overrightarrow N \times \overrightarrow {{u_2}} > = 0\\ \Rightarrow k = - \dfrac{5}{9}\end{array}\] bulunur. Böylece \[C = A + k\overrightarrow {{u_1}} = (0,1,0) - \dfrac{5}{9}( - 2,1,0) = \left( {\dfrac{{10}}{9},\dfrac{4}{9},0} \right)\] olur.
Benzer biçimde bir \(m\in R\) için \[\begin{array}{l} < \overrightarrow {BA} - m\overrightarrow {{u_2}}\; ,\;\overrightarrow N \times \overrightarrow {{u_1}} > = 0\\ \Rightarrow m = \dfrac{4}{9}\end{array}\] bulunur. Böylece \[D = B + m\overrightarrow {{u_2}} = (0,0,0) + \dfrac{4}{9}( 2,0,1) = \left( {\dfrac{{8}}{9},0,\dfrac{4}{9},} \right)\] olur.
Video burada görüntülenecektir.
Bu dersimizde verilen iki doğrunun birbirine göre nasıl durduğunu inceleyeceğiz. Durumları hatırlayalım: uzayda iki doğru
- tek bir noktada kesişebilirler
- paralel olabilirler
- eş olabilirler (çakışma)
- aykırı doğrular olabilirler.
Öncelikle, \(k_1,k_2 \in R\) olmak üzere, elimizde denklemleri $$d_1:X=A+k_1.\overrightarrow{u_1}$$ ve $$d_2:X=B+k_2.\overrightarrow{u_2}$$ olan iki doğru olsun. Biliyoruz ki aykırı doğrular aynı düzlemde yer almayan doğrulardır. Bu nedenle iki doğrunun tek bir noktada kesişebilmesi için en azından aynı düzlemde yer almaları gerekir. Tabii bu durum tek bir noktada kesişmeleri için yeterli değildir, ama gereklidir. Eğer verilen doğrular düzlemsel ise,
şekildeki gibi doğrultu vektörleri \(\overrightarrow{u_1}\) ve \(\overrightarrow{u_2}\) ile \(A\) ve \(B\) nin belirteceği \(\overrightarrow{AB}\) bu düzlemin vektörleri olacaktır. Yani bu üç vektör lineer bağımlı olacaktır. O halde bu vektörlerin belirteceği determinantın değeri \(0\) olmalıdır. Özetle, bu üç vektörün belirteceği determinant (veya \(<\overrightarrow{AB},\overrightarrow{u_1}\times \overrightarrow{u_2}>\))
- \(0\) ise doğrular ilk üç durumdan birini sağlar.
- \(0\) değilse doğrular aykırı doğrulardır.
Şimdi vektörlerin lineer bağımlı olduğunu varsayalım ve ilk üç durumu inceleyelim. Aynı düzlemde bulunan farklı doğruların tek bir noktada kesişmesi paralel olmamalarını gerektirir. Bu da doğruların doğrultu vektörlerinin lineer bağımsız olmasını gerektirecektir. O halde verilen iki doğrunun
şekildeki gibi tek bir noktada kesişmesi için \(\overrightarrow{u_1}\) ve \(\overrightarrow{u_2}\) lineer bağımsız olmalıdır.
Eğer bu iki vektör lineer bağımlı ise doğrular ya paraleldir ya da eş doğrulardır.
Doğrular eş doğrular ise
şekildeki gibi \(\overrightarrow{AB}\) doğaldır ki \(\overrightarrow{u_1}\) veya \(\overrightarrow{u_2}\) cinsinden ifade edilebilir. Yani doğrultu vektörlerinden herhangi biri ile \(\overrightarrow{AB}\) lineer bağımlıdır.
Doğrular paralel ise
şekildeki gibi doğrultu vektörlerinden herhangi biri ile \(\overrightarrow{AB}\) lineer bağımsızdır.
Bu durumlar dışında iki doğrunun birbirine dik kabul edilişi doğrultu vektörlerinin birbirine dik olmasına bağlıdır. (Uzayda doğruların birbirine dik olması için kesişmeleri gerekmemektedir. MEB bu şekilde ifade etmiştir.) Aslında kesişmeyen ama doğrultu vektörleri birbirine dik olan doğrulara dik durumlu doğrular denmektedir. Fakat bu detay göz ardı edilmiştir.
Örnek 1
\(d_1:X=(1,1,2)+k(1,0,2)\) ve \(d_2:X=(1,0,1)+m(2,-3,1)\) doğrularının birbirine göre durumunu inceleyiniz.
Çözüm
İlk bakışta \(\overrightarrow{u_1}=(1,0,2)\) ve \(\overrightarrow{u_2}=(2,-3,1)\) nün lineer bağımsız olduğu görülmektedir. Yani bu doğrular ya aykırıdır ya da tek bir noktada kesişecektir. Lafı fazla dolandırmadan temel çözüm mantığı olan ortak çözümle işleme başlayalım:$$(1,1,2)+k(1,0,2)=(1,0,1)+m(2,-3,1)$$ eşitliğinden $$\begin{matrix}2m-k=0\\ -3m=1\\ m-2k=1\end{matrix}$$ eşitlikleri elde edilir. Bu eşitliklerden ikincisinden \(m=-\dfrac{1}{3}\) olur. Bunu birincide yerine yazarsak \(k=-\dfrac{2}{3}\) bulunur. Bu çözümde dikkat edilmesi gereken, ilk iki denklemden bulduğumuz bu değerlerin, üç denklemden oluşan sistemin, her denklemini sağlaması gerektiğidir. Denklemlerin tümü sağlanmıyorsa doğruların ortak bir noktası olmayacaktır. Bulduğumuz \(k\) ve \(m\) değeri üçüncü denklemi de sağladığı için doğrular tek bir noktada kesişmektedir. Şimdi bu noktayı bulalım \(m=-\dfrac{1}{3}\) için ikinci doğru denleminden $$X=(1,0,1)- \dfrac{1}{3}(2,-3,1)=(\dfrac{1}{3},1,\dfrac{2}{3})$$ bulunur. Aşağıdaki videoda durumu inceleyebilirsiniz.
Video burada görüntülenecektir.
Örnek 2
\(d_1:X=(1,2,3)+k(-1,a,1)\) ve \(d_2:X=(-1,-2,0)+m(0,2,1)\) doğruları tek bir noktada kesiştiğine göre bu noktanın başlangıç noktasına olan uzaklığını bulunuz.
Çözüm
Öncelikle ilk doğrunun geçtiği sabit noktaya \(A(1,2,3)\) ve diğerinin geçtiği sabit noktaya \(B(-1,-2,0)\) diyelim. Böylece \(\overrightarrow{AB}=(-2,-4,-3)\) olur. Ayrıca \(\overrightarrow{u_1}=(-1,a,1)\) ve \(\overrightarrow{u_2}=(0,2,1)\) dir. Doğrular tek bir noktada kesiştiğine göre bu üç vektör lineer bağımlıdır. O halde $$\begin{vmatrix}-2 &-4 &-3 \\ -1 &a &1 \\ 0 &2 &1 \end{vmatrix}=0\Rightarrow a=3$$ bulunur. Artık bir önceki örnekte olduğu üzere ortak çözüm yapabiliriz. $$\begin{matrix}(1,2,3)+k(-1,3,1)=(-1,-2,0)+m(0,2,1)\\ \Rightarrow k=2\quad \wedge \quad m=5 \end{matrix}$$ bulunur. Herhangi birini yerine yazarsak ortak nokta $$(-1,8,5)$$ bulunur. Orijine olan uzaklığı ise $$\sqrt{1^2+8^2+5^2}=3\sqrt{10}$$ bulunur.
Örnek 3
\(d_1:X=(2,0,1)+k(1,-1,2)\) ve \(d_2:X=(1,-1,3)+m(-1,1,-2)\) doğrularının her ikisine de dik olan ve \((4,-2,5)\) noktasından geçen doğrunun denklemini bulunuz.
Çözüm
Doğruların doğrultu vektörleri \(\overrightarrow{u_1}=(1,-1,2)\) ve \(\overrightarrow{u_2}=(-1,1,-2)\) için \(\overrightarrow{u_1}=-\overrightarrow{u_2}\) olduğundan lineer bağımlıdırlar. Ayrıca doğruların sabit noktaları \(A(2,0,1)\) ve \(B(1,-1,3)\) için \(\overrightarrow{AB}=(-1,-1,2)\) bu vektörlerden herhangi biri ile lineer bağımsızdır. O halde doğrular paraleldir. Aradığımız doğru da bu paralel doğrulara dik olan bir doğrudur. Bu doğrunun doğrultu vektörünü bulmak için ikinci doğru üzerinde (birinci doğru üzerinde de alınabilirdi) \(m\in R\) için öyle bir \(C(1-m,-1+m,3-2m)\) noktası alalım ki $$\overrightarrow{AC}\perp\overrightarrow{u_1}$$ olsun. Böylece \(\overrightarrow{AC}\) aradığımız doğrunun doğrultu vektörü olur. Şimdi işlem kısmına gelelim $$\overrightarrow{AC}=\overrightarrow{C}-\overrightarrow{A}=(-1-m,-1+m,2-2m)$$ dir. Vektörlerin diklik koşulu gereği $$\begin{matrix}<\overrightarrow{AC},\overrightarrow{u_1}>=0\\\\ \Rightarrow -1-m+1-m+4-4m=0\\\\\Rightarrow m=\dfrac{2}{3}\end{matrix}$$ bulunur. O halde doğrunun doğrultu vektörü $$\overrightarrow{AC}=(-\dfrac{5}{3},-\dfrac{1}{3},\dfrac{2}{3})$$ bulunur. Rasyonel durumdan kurtulmak için \(3\) ile genişletelim ve genel olarak vektöre \(\overrightarrow{u}=(-5,-1,2)\) dersek, istenilen doğrunun denklemi $$X=(4,-2,5)+k(-5,-1,2)$$ bulunur. Aşağıdaki videoda durumu inceleyebilirsiniz.
Video burada görüntülenecektir.