Построение точек в пространстве: Координаты точки и вектора — урок. Геометрия, 11 класс.

Содержание

Прямоугольная система координат в пространстве — Математика

Геометрия‎ > ‎Метод координат в пространстве‎ > ‎

Прямоугольная система координат в пространстве

Если через точку пространства проведены три попарно перпендикулярные прямые, на каждой из них выбрано направление (оно обозначается стрелкой) и выбрана единица измерения отрезков, то говорят, что задана прямоугольная система координат в пространстве.
Прямые с выбранными на них направлениями называются осями координат, а их общая точка — началом координат. Она обозначается обычно буквой О.
Оси координат обозначаются так: Ох, Оу, Оz — и имеют названия: ось абсцисс, ось ординат, ось аппликат. Вся система координат обозначается Охуz.
Плоскости, проходящие соответственно через оси координат

Ох и Оу, Оу и Оz, Оz и Ох, называются координатными плоскостями и обозначаются Оху, Оуz, Оzх.
Точка О разделяет каждую из осей координат на два луча. Луч, направление которого совпадает с направлением оси, называется положительной полуосью, а другой луч отрицательной полуосью.


В прямоугольной системе координат каждой точке А пространства сопоставляется тройка чисел, которые называются ее координатами. Они определяются аналогично координатам точек на плоскости.


Проведем через точку А три плоскости, перпендикулярные к осям координат, и обозначим через А1, А2 и А3.
Точки пересечения этих плоскостей соответственно с осями абсцисс, ординат и аппликат. Первая координата точки А (она называется абсциссой и обозначается обычно буквой х) определяется так:

х = ОА1, если А1точка положительной полуоси: х = — ОА1, если А1 точка отрицательной полуоси: х = 0, если А1 совпадает с точкой О. Аналогично с помощью точки А2определяется вторая координата (ордината) y точки А, а с помощью точки А3 третья координата (аппликата) z точки А. Координаты точки А записываются в скобках после обозначения точки: А (х; у; z), причем первой указывают абсциссу, второй ординату, третьей — аппликату.

Если точка А (х; у; z) лежит на координатной плоскости или на оси координат, то некоторые ее координаты равны нулю.



Примеры решения заданий


Пример 1.


Пример 2.


Решение.




Задания по теме: «Прямоугольная система координат в пространстве»

Задание № 1
Скачай задание из Приложений к странице. Распечатай, выполни предложенные задания, отсканируй и отошли учителю

Задание № 2
Скачай задание из Приложений к странице. Распечатай, выполни предложенные задания, отсканируй и отошли учителю


Задание № 3
Скачай задание из Приложений к странице. Распечатай, выполни предложенные задания, отсканируй и отошли учителю



11 класс. Геометрия. Метод координат в пространстве. Прямоугольная система координат. — Прямоугольная система координат в пространстве. Координаты вектора.

Комментарии преподавателя

Если через точку О в про­стран­стве мы про­ве­дем три пер­пен­ди­ку­ляр­ные пря­мые, на­зо­вем их, вы­бе­рем на­прав­ле­ние, обо­зна­чим еди­нич­ные от­рез­ки, то мы по­лу­чим пря­мо­уголь­ную си­сте­му ко­ор­ди­нат в про­стран­стве. Оси ко­ор­ди­нат на­зы­ва­ют­ся так: Ох – ось абс­цисс, Оy – ось ор­ди­нат и Оz – ось ап­пли­кат. Вся си­сте­ма ко­ор­ди­нат обо­зна­ча­ет­ся – Oxyz. Таким об­ра­зом, по­яв­ля­ют­ся три ко­ор­ди­нат­ные плос­ко­сти: Оxy, Оxz, Оyz.

При­ве­дем при­мер по­стро­е­ния точки В(4;3;5) в пря­мо­уголь­ной си­сте­ме ко­ор­ди­нат (см. Рис. 1).

Рис. 1. По­стро­е­ние точки B в про­стран­стве

Пер­вая ко­ор­ди­на­та точки B – 4, по­это­му от­кла­ды­ва­ем на Ox 4, про­во­дим пря­мую па­рал­лель­но оси Oy до пе­ре­се­че­ния с пря­мой, про­хо­дя­щей через у=3. Таким об­ра­зом, мы по­лу­ча­ем точку K. Эта точка лежит в плос­ко­сти Oxy и имеет ко­ор­ди­на­ты K(4;3;0). Те­перь нужно про­ве­сти пря­мую па­рал­лель­но оси Oz. И пря­мую, ко­то­рая про­хо­дит через точку с ап­пли­ка­той 5 и па­рал­лель­на диа­го­на­ли па­рал­ле­ло­грам­ма в плос­ко­сти Oxy. На их пе­ре­се­че­нии мы по­лу­чим ис­ко­мую точку B.

Рас­смот­рим рас­по­ло­же­ние точек, у ко­то­рых одна или две ко­ор­ди­на­ты равны 0 (см. Рис. 2).

Рис. 2.

На­при­мер, точка A(3;-1;0). Нужно про­дол­жить ось Oy влево до зна­че­ния -1, найти точку 3 на оси Ox, и на пе­ре­се­че­нии линий, про­хо­дя­щих через эти зна­че­ния, по­лу­ча­ем точку А. Эта точка имеет ап­пли­ка­ту 0, а зна­чит, она лежит в плос­ко­сти Oxy.

Точка C(0;2;0) имеет абс­цис­су и ап­пли­ка­ту 0 – не от­ме­ча­ем. Ор­ди­на­та равна 2, зна­чит точка C лежит толь­ко на оси Oy, ко­то­рая яв­ля­ет­ся пе­ре­се­че­ни­ем плос­ко­стей Oxy и Oyz.

Чтобы от­ло­жить точку D(-4;0;3) про­дол­жа­ем ось Ox назад за на­ча­ло ко­ор­ди­нат до точки -4. Те­перь вос­ста­нав­ли­ва­ем из этой точки пер­пен­ди­ку­ляр – пря­мую, па­рал­лель­ную оси Oz до пе­ре­се­че­ния с пря­мой, па­рал­лель­ной оси Ox и про­хо­дя­щей через зна­че­ние 3 на оси Oz. По­лу­ча­ем току D(-4;0;3). Так как ор­ди­на­та точки равна 0, зна­чит точка D лежит в плос­ко­сти Oxz.

Сле­ду­ю­щая точка E(0;5;-3). Ор­ди­на­та точки 5, ап­пли­ка­та -3, про­во­дим пря­мые про­хо­дя­щие через эти зна­че­ния на со­от­вет­ству­ю­щих осях, и на их пе­ре­се­че­нии по­лу­ча­ем точку E(0;5;-3). Эта точка имеет первую ко­ор­ди­на­ту 0, зна­чит она лежит в плос­ко­сти Oyz.

 

На­чер­тим пря­мо­уголь­ную си­сте­му ко­ор­ди­нат в про­стран­стве Oxyz. За­да­дим в про­стран­стве пря­мо­уголь­ную си­сте­му ко­ор­ди­нат Oxyz. На каж­дой из по­ло­жи­тель­ных по­лу­осей от­ло­жим от на­ча­ла ко­ор­ди­нат еди­нич­ный век­тор, т. е. век­тор, длина ко­то­ро­го равна еди­ни­це. Обо­зна­чим еди­нич­ный век­тор оси абс­цисс, еди­нич­ный век­тор оси ор­ди­нат , и еди­нич­ный век­тор оси ап­пли­кат  (см. рис. 1). Эти век­то­ры со­на­прав­ле­ны с на­прав­ле­ни­я­ми осей, имеют еди­нич­ную длину и ор­то­го­наль­ны – по­пар­но пер­пен­ди­ку­ляр­ны. Такие век­то­ра на­зы­ва­ют ко­ор­ди­нат­ны­ми век­то­ра­ми или ба­зи­сом.

Рис. 1. Раз­ло­же­ние век­то­ра по трем ко­ор­ди­нат­ным век­то­рам

Возь­мем век­тор , по­ме­стим его в на­ча­ло ко­ор­ди­нат, и раз­ло­жим этот век­тор по трем неком­пла­нар­ным — ле­жа­щим в раз­ных плос­ко­стях —  век­то­рам. Для этого опу­стим про­ек­цию точки M на плос­кость Oxy, и най­дем ко­ор­ди­на­ты век­то­ров ,  и . По­лу­ча­ем: . Рас­смот­рим по от­дель­но­сти каж­дый из этих век­то­ров. Век­тор  лежит на оси Ox, зна­чит, со­глас­но свой­ству умно­же­ния век­то­ра на число, его можно пред­ста­вить как ка­кое-то число x умно­жен­ное на ко­ор­ди­нат­ный век­тор . , а длина век­то­ра ровно в x раз боль­ше длины . Так же по­сту­пим и с век­то­ра­ми  и , и по­лу­ча­ем раз­ло­же­ние век­то­ра по трем ко­ор­ди­нат­ным век­то­рам:

Ко­эф­фи­ци­ен­ты этого раз­ло­же­ния x, y и z на­зы­ва­ют­ся ко­ор­ди­на­та­ми век­то­ра в про­стран­стве.

Рас­смот­рим пра­ви­ла, ко­то­рые поз­во­ля­ют по ко­ор­ди­на­там дан­ных век­то­ров найти ко­ор­ди­на­ты их суммы и раз­но­сти, а также ко­ор­ди­на­ты про­из­ве­де­ния дан­но­го век­то­ра на дан­ное число.

;  

1) Сло­же­ние: 

2) Вы­чи­та­ние:  

3) Умно­же­ние на число: , 

Век­тор, на­ча­ло ко­то­ро­го сов­па­да­ет с на­ча­лом ко­ор­ди­нат, на­зы­ва­ет­ся ра­ди­усвек­то­ром. (Рис. 2). Век­тор — ра­ди­ус-век­тор, где x, y и z – это ко­эф­фи­ци­ен­ты раз­ло­же­ния этого век­то­ра  по ко­ор­ди­нат­ным век­то­рам , , . В дан­ном слу­чае x – это пер­вая ко­ор­ди­на­та точки A на оси Ox, y – ко­ор­ди­на­та точки B на оси Oy, z – ко­ор­ди­на­та точки C на оси Oz. По ри­сун­ку видно, что ко­ор­ди­на­ты ра­ди­ус-век­то­ра од­но­вре­мен­но яв­ля­ют­ся ко­ор­ди­на­та­ми точки М.

Рис. 2.

Возь­мем точку A(x1;y1;z1) и точку B(x2;y2;z2) (см. рис. 3). Пред­ста­вим век­тор как раз­ность век­то­ров  и по свой­ству век­то­ров. При­чем,  и — ра­ди­ус-век­то­ры, и их ко­ор­ди­на­ты сов­па­да­ют с ко­ор­ди­на­та­ми кон­цов этих век­то­ров. Тогда мы можем пред­ста­вить ко­ор­ди­на­ты век­то­ра  как раз­ность со­от­вет­ству­ю­щих ко­ор­ди­нат век­то­ров  и : . Таким об­ра­зом, ко­ор­ди­на­ты век­то­ра мы можем вы­ра­зить через ко­ор­ди­на­ты конца и на­ча­ла век­то­ра.

Рис. 3.

Рас­смот­рим при­ме­ры, ил­лю­стри­ру­ю­щие свой­ства век­то­ров и их вы­ра­же­ние через ко­ор­ди­на­ты. Возь­мем век­то­ры , , . Нас спра­ши­ва­ют век­тор . В дан­ном слу­чае найти  это зна­чит найти ко­ор­ди­на­ты век­то­ра , ко­то­рые пол­но­стью его опре­де­ля­ют. Под­став­ля­ем в вы­ра­же­ние вме­сто век­то­ров со­от­вет­ствен­но их ко­ор­ди­на­ты. По­лу­ча­ем:

Те­перь умно­жа­ем число 3 на каж­дую ко­ор­ди­на­ту в скоб­ках, и то же самое де­ла­ем с 2:

У нас по­лу­чи­лась сумма трех век­то­ров, скла­ды­ва­ем их по изу­чен­но­му выше свой­ству:

Ответ: 

При­мер №2.

Дано: Тре­уголь­ная пи­ра­ми­да AOBC (см. рис. 4). Плос­ко­сти AOB, AOC и OCB – по­пар­но пер­пен­ди­ку­ляр­ны. OA=3, OB=7, OC=4; M — сер.AC; N — сер.OC; P – сер. CB.

Найти: ,,,,,,,.

Рис. 4.

Ре­ше­ние: Вве­дем пря­мо­уголь­ную си­сте­му ко­ор­ди­нат Oxyz с на­ча­лом от­сче­та в точке O. По усло­вию обо­зна­ча­ем точки A, B и C на осях и се­ре­ди­ны ребер пи­ра­ми­ды – M, P и N. По ри­сун­ку на­хо­дим ко­ор­ди­на­ты вер­шин пи­ра­ми­ды: A(3;0;0), B(0;7;0), C(0;0;4).

Так как ко­ор­ди­на­ты век­то­ра  —  это раз­ность ко­ор­ди­нат его конца и на­ча­ла, по­лу­ча­ем:. Таким же об­ра­зом на­хо­дим ко­ор­ди­на­ты век­то­ров и .  ; .

Чтобы найти ко­ор­ди­на­ты век­то­ра , нужно сна­ча­ла найти ко­ор­ди­на­ты точек M и N. По ри­сун­ку видно, что точка N имеет ко­ор­ди­на­ты, так как она лежит на оси ап­пли­кат. Рас­смот­рим . MN – сред­няя линия, . Зна­чит ко­ор­ди­на­та точки M по оси Oz 2. Те­перь про­ве­дем из точки M пер­пен­ди­ку­ляр к оси Ox, ко­ор­ди­на­та 1,5. Точка M лежит в плос­ко­сти Oxz, зна­чит по оси Oy ко­ор­ди­на­та 0. По­лу­ча­ем M(1,5;0;2). Те­перь зная ко­ор­ди­на­ты точек M и N, счи­та­ем их раз­ность: .

Те­перь най­дем ко­ор­ди­на­ты точки P. Опу­стим пер­пен­ди­ку­ляр на плос­кость Oxy, по­лу­ча­ем зна­че­ние 3,5 по оси ор­ди­нат. И про­ве­дя пер­пен­ди­ку­ляр к оси Oz, по­лу­ча­ем зна­че­ние 2 по оси ап­пли­кат. Точка P имеет ко­ор­ди­на­ты (0;3,5;2). Зная ко­ор­ди­на­ты нуж­ных точек, най­дем ко­ор­ди­на­ты остав­ших­ся век­то­ров.

;

.

Век­то­ра  и  — ра­ди­ус-век­то­ры, зна­чит, их ко­ор­ди­на­ты равны ко­ор­ди­на­там кон­цов этих век­то­ров: , .

ИСТОЧНИК

http://interneturok. ru/ru/school/geometry/11-klass/bmetod-koordinat-v-prostranstveb/pryamougolnaya-sistema-koordinat-v-prostranstve?seconds=0&chapter_id=218

http://interneturok.ru/ru/school/geometry/11-klass/bmetod-koordinat-v-prostranstveb/koordinaty-vektora-2

http://www.youtube.com/watch?v=I1ls2_8OC7o

http://900igr.net/fotografii/geometrija/Prjamougolnaja-sistema-koordinat/006-Nachalo-koordinat.html

http://www.yaklass.ru/materiali?mode=lsntheme&themeid=101

http://900igr.net/fotografii/geometrija/Prjamougolnaja-sistema-koordinat-v-prostranstve/Prjamougolnaja-sistema-koordinat-v-prostranstve.html

Место в космосе — Занятие

Quick Look

Уровень: 6 (6-9)

Требуется время: 30 минут

(плюс 15-20 минут, если учащиеся строят свой собственный набор оси. )

Расходые затраты/группа: US $ 3,00

Размер группы: 3

Active Зависимость:

Трехмерная система координат для карт галактик: новое измерение

предметных областей: Геометрия, наука и техника

Поделиться:

TE Информационный бюллетень

Краткое содержание

Студенческие группы используют «настоящую» трехмерную систему координат для построения точек в пространстве. Изготовленная из пробкового дерева или деревянных дюбелей, система имеет три оси под прямым углом и плоскость (плоскость XY), которая может скользить вверх и вниз по оси Z. Учащимся дается несколько координат и предлагается найти эти точки в пространстве. Затем они находят координаты восьми углов коробки/куба с заданными размерами.

Инженерное подключение

Инженеры используют систему координат всякий раз, когда они создают инженерные чертежи объектов и конструкций, и декартова система координат, смоделированная в этой деятельности, используется чаще всего.

Цели обучения

После этого задания учащиеся должны уметь:

  • Найдите точку в пространстве, зная ее координаты и начало координат.
  • Описать положение данной точки в пространстве относительно некоторого начала координат с помощью координат.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering

соотносится с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются Сеть стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .

Общие базовые государственные стандарты — математика
  • Найдите и расположите целые числа и другие рациональные числа на горизонтальной или вертикальной числовой линейной диаграмме; найти и расположить пары целых чисел и других рациональных чисел на координатной плоскости. (Оценка 6) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Решайте реальные и математические задачи, отображая точки во всех четырех квадрантах координатной плоскости.
    Включите использование координат и абсолютного значения для нахождения расстояний между точками с одной и той же первой координатой или одной и той же второй координатой. (Оценка 6) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Решайте реальные и математические задачи, связанные с площадью, объемом и площадью поверхности двух- и трехмерных объектов, состоящих из треугольников, четырехугольников, многоугольников, кубов и прямых призм. (Оценка 7) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Создавайте формальные геометрические построения с помощью различных инструментов и методов (циркуль и линейка, струна, отражающие устройства, складывание бумаги, динамическое геометрическое программное обеспечение и т. д.). Копирование сегмента; копирование угла; разделение сегмента пополам; деление угла пополам; построение перпендикулярных линий, включая перпендикулярную биссектрису отрезка прямой; и построение прямой, параллельной заданной прямой, через точку, не лежащую на этой прямой. (Оценки 9- 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
  • Информационно-коммуникационные системы позволяют передавать информацию от человека к человеку, от человека к машине и от машины к человеку. (Оценки 6 — 8) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Использование символов, размеров и рисунков способствует четкому общению, предоставляя общий язык для выражения идей. (Оценки 6 — 8) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ
Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Подписаться

Подпишитесь на нашу рассылку новостей, чтобы получить внутреннюю информацию обо всем, что связано с TeachEngineering, например, о новых функциях сайта, обновлениях учебных программ, выпусках видео и многом другом!

PS: Мы никому не передаем личную информацию и электронные письма.

Список материалов

  • 3-футовый штифт из пробкового дерева размером ¼ дюйма x ¼ дюйма или деревянный дюбель
  • быстродействующий клей, такой как пистолет для горячего клея, резиновый клей или глиняный шарик размером с мяч для гольфа
  • маркер
  • линейка
  • Канцелярский нож или ножницы
  • Квадрат 1 дюйм x 1 дюйм из гофрированного картона, пенопласта или картона для плакатов

Рабочие листы и вложения

Рабочий лист 3D-координат (pdf)

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/duk_dimension_tech_act], чтобы распечатать или загрузить.

Больше учебных программ, подобных этому

Высший элементарный урок

Трехмерная система координат для картирования галактик: следующее измерение

Учащиеся узнают о трехмерной декартовой системе координат и получают представление о размере нашей галактики (Млечный Путь) и расстоянии до ближайшей спиральной галактики (галактики Андромеды), используя трехмерную модель. Предоставляется рабочий лист ученика.

Трехмерная система координат для карт галактик: новое измерение

Урок средней школы

Все о линейном программировании

Учащиеся узнают о линейном программировании (также называемом линейной оптимизацией) для решения задач инженерного проектирования. Они применяют эту информацию для решения двух практических задач инженерного проектирования, связанных с оптимизацией материалов и стоимости, путем построения графиков неравенств, определения координат и уравнений из …

Все о линейном программировании

Урок средней школы

Проекции и координаты: превращение трехмерной Земли в плоскость

Учащиеся узнают о проекциях и координатах в географических науках, которые помогают нам лучше понять природу Земли и то, как описать местоположение.

Проекции и координаты: превращение трехмерной Земли в плоскость

Урок средней школы

Координаты и декартова плоскость

Краткий обзор декартовой плоскости включает в себя то, как точки записываются в формате (x, y) и ориентированы по осям, а также какие направления являются положительными и отрицательными. Затем учащиеся узнают, что означает, что отношение является функцией, и как определить домен и диапазон набора точек данных.

Координаты и декартова плоскость

Предварительные знания

Минимальный предварительный опыт построения графиков в двух измерениях полезен, но не обязателен.

Введение/Мотивация

Содержимое раздела «Введение/мотивация» урока «Трехмерная система координат для картирования галактик: следующее измерение» также служит введением в это задание.

Процедура

Перед занятием

Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа 3D-координат.

Выполните следующие действия, чтобы построить один набор осей для каждой группы. В качестве альтернативы, пусть группы сами построят оси.

  1. Разрежьте пробковое дерево на три сегмента по 1 футу каждый. (Вероятно, это займет дополнительные 15-20 минут.)
  2. С помощью клеевого пистолета (или другого клея или глины) склейте три детали вместе так, чтобы все три были перпендикулярны друг другу и встречались в одной точке. Это формирует три оси.
  3. С помощью линейки и маркера сделайте отметки через каждый дюйм по каждой из трех осей, удаляясь от исходной точки. Сделайте в общей сложности 10 меток на каждой оси. При желании пронумеруйте метки так, чтобы на каждой оси «1» была ближе всего к началу координат, а «10» — дальше всего от оси.
  4. С помощью канцелярского ножа или ножниц вырежьте из картона, пенопласта или картона для плакатов квадрат размером 1 фут x 1 фут. Сделайте небольшое отверстие в одном углу квадрата, примерно на полдюйма от краев. Сделайте отверстие достаточно большим, чтобы ось из пробкового дерева прошла через него.
  5. Эта доска из пеноматериала служит плоскостью XY. Сдвиньте его по одной из осей (ось Z) до упора вниз, пока он не ляжет на две другие оси. Отверстие, в котором ось Z проходит через плоскость XY, теперь находится в начале координат.
  6. С помощью линейки начертите на плоскости сетку размером 10 x 10 дюймов. Раздвигайте сетку через каждый дюйм, чтобы они совпадали с отметками на осях X и Y. Затем пометьте оси на плоскости «X» и «Y» и пронумеруйте от 1 до 10 (снова считая по мере удаления от исходной точки. Эти цифры должны совпадать с цифрами на осях X и Y бальсовых деревянных осей.
  7. Вы построили трехмерную систему координат с подвижной плоскостью XY. Чтобы найти точку, сначала найдите нужные координаты X и Y на плоскости XY (традиционный двухмерный график), а затем сдвиньте всю плоскость до указанной координаты Z.

Со студентами

  1. Разделите класс на группы по три ученика в каждой. Дайте каждой группе набор из трех осей.
  2. Раздайте рабочий лист, который поможет учащимся выполнить 3D-упражнение.

Словарь/Определения

ось: В математике линия, используемая в качестве ориентира для описания местоположения точки. Например, в декартовой системе координат ось представляет собой линию, отмеченную нулем в определенной точке. Затем местоположение объекта можно описать, измерив, насколько далеко (на линии) он находится от этого начала координат и в каком направлении. Во многих отношениях ось похожа на числовую прямую, которая бесконечно продолжается в обоих направлениях (положительном и отрицательном). Ось является одномерной.

Декартова система координат: прямоугольная система координат, разработанная знаменитым математиком Декартом. Он состоит из 2 или 3 осей (X, Y и Z), расположенных под прямым углом друг к другу и пересекающихся в заданном начале координат.

размерность: Мера особой степени. То, что мы видим вокруг себя, — это трехмерный мир, потому что предметы имеют три измерения: длину, ширину и высоту. Линия находится в одном измерении, площадь (например, прямоугольник, нарисованный на листе бумаги) — в двух измерениях, а прямоугольник (куб) — в трех измерениях.

график: визуальное представление математической функции или набора чисел. В предыдущем определении упорядоченной пары, если поверхность вашего стола представляет собой график, вы нанесли на график точку (2,3), то есть представили эти числа визуально (или графически).

упорядоченная пара: два числа, используемые для описания положения точки на плоскости относительно заданной контрольной точки. Например, если вам сказали, что передний левый угол вашего стола является исходной точкой, и вы хотите найти точку, заданную упорядоченной парой (2, 3), и вы знаете, что используемая вами единица измерения — дюймы, вы начинаете с что передний левый угол вашего стола, сдвиньте на два дюйма вправо, а затем на 3 дюйма к задней части стола, и вы найдете эту точку.

origin : указанная опорная точка [(0,0,0) в большинстве систем координат]

плоскость: множество всех точек между двумя пересекающимися прямыми. Плоскость двухмерна, поэтому это плоская поверхность. Плоскую столешницу, например, можно представить как плоскость.

Оценка

Рабочий лист : Если учащиеся могут удовлетворительно заполнить Рабочий лист 3D-координат практически без помощи учителя или сверстников, то они демонстрируют хорошее понимание основ 3D-графики.

Вопросы безопасности

  • Если учащиеся используют канцелярские ножи для резки картона или пенопластовой плиты, тщательно контролируйте их и следите за опасным использованием этих острых инструментов.
  • Предупредите учащихся, что клеевые пистолеты и клей сильно нагреваются. Также будьте осторожны с другими клеями и соблюдайте инструкции по безопасности
  • .

Расширения деятельности

Предложите учащимся найти точки для описания фигур, которые сложнее коробки.

Попробуйте нарисовать 3D-оси на листе бумаги. Затем попробуйте нарисовать куб в 3D, расположив точки на осях

.

Измените плоскость с плоскости XY на плоскости XZ или YZ, сдвинув ее вниз по другой оси. Точки могут быть расположены таким же образом, и учащиеся узнают, что конкретные буквы и ориентация плоскостей произвольны.

Масштабирование активности

  • Предложите менее продвинутым учащимся выполнить только двухмерную часть.
  • Чтобы сэкономить время и деньги, создайте только один набор трехмерных осей и представьте упражнение в виде демонстрации класса вместо того, чтобы каждая группа имела свой собственный набор осей.

Авторские права

© 2013 Регенты Университета Колорадо; оригинал © Университет Дьюка, 2004 г.

Авторы

Бен Бернхэм

Программа поддержки

Программа Techtronics, Инженерная школа Пратта, Университет Дьюка

Благодарности

Этот контент был разработан в рамках программы MUSIC (Понимание математики через науку, интегрированную с учебной программой) Инженерной школы Пратта Университета Дьюка в рамках гранта Национального научного фонда GK-12 №. DGE 0338262. Однако это содержание не обязательно отражает политику NSF, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 15 февраля 2018 г.

Программное обеспечение для 3D-графики для инженерии, естественных наук и математики

TeraPlot имеет широкий спектр типов 3D-графиков, большинство из которых могут быть основаны либо на математических выражениях, либо на табличных данных. и все это можно объединить в один график. Например, можно добавить одну или несколько плоскостей, определенных как графики поверхности. к точечной диаграмме, чтобы сегментировать точки в соответствии с некоторым критерием. Если бы также требовалось пометить определенные точки рассеяния, можно добавить трехмерный текстовый график для обозначения только необходимых точек. Это всего лишь один пример того, как типы сюжетов могут быть объединены для создания составных визуализаций. Существует также широкий спектр опций для настройки внешнего вида осей графика, стен и сетки. В приведенном ниже списке перечислены типы графиков, доступные в графическом программном обеспечении TeraPlot 3D. Чтобы увидеть пример графика, нажмите значок увеличительного стекла рядом с заголовком графика.

Дом

Оценка TeraPlot

TeraPlot — это настольное приложение Microsoft Windows (Windows XP, Vista, Windows 7, Windows 8 и 8. 1). Загрузите полнофункциональную 30-дневную ознакомительную версию..

Поверхностный график — регулярная сетка

Трехмерная поверхность создается путем связывания значения зависимой переменной с каждой точкой. на сетке с постоянным интервалом в каждом независимом переменном направлении. Сетка может быть декартовой, полярной, цилиндрической или заданной. по координатам параметрической функции (u, v). График можно определить аналитически, на основе введенных/импортированных табличных данных или на основе на данные, прочитанные из файла. Цвет поверхности может быть одноцветным или основанным на цветовой карте. По умолчанию цвет палитры отображаемое зависит от высоты поверхности, но существует возможность использовать произвольное табличное свойство для определения связанного с ним цвета. с точкой поверхности. Карта текстуры (то есть изображение) может быть дополнительно наложена на поверхность. Дополнительные параметры включают: прозрачность, отображение контуров, общее 3D-преобразование, отображение каркаса, функции, которые часто можно найти только в более дорогом программном обеспечении для 3D-графики.

Поверхностный график — нерегулярные данные

Трехмерная поверхность создается путем связывания значения зависимой переменной с каждым из набора точек, произвольно расположенных в плоскости независимой переменной. График может быть определен аналитически или на основе введенных/импортированных данных. табличные данные. Цвет поверхности может быть одноцветным или основанным на цветовой карте. По умолчанию отображаемый цвет палитры зависит по высоте поверхности, но существует возможность использовать произвольное табличное свойство для определения цвета, связанного с точкой поверхности. Дополнительные параметры включают: прозрачность, общее трехмерное преобразование, отображение каркаса.

Точечная диаграмма

Рисует символ в каждой из множества точек в трехмерном пространстве. Точки могут быть определены в декартовой, полярной или цилиндрическая система координат. Программное обеспечение для построения трехмерных графиков TeraPlot также позволяет связать до двух дополнительных переменных с каждым разбросом. точка. Затем их можно визуализировать с помощью цвета и/или размера точки рассеяния.

Участок изоповерхности

Рисует поверхности постоянной w для функций вида w = f(x, y, z), т. е. трехмерный эквивалент контурных графиков. Данные, из которых генерируются изоповерхности, могут быть определены как формула (аналитический график) или загружены из файла. Для аналитического сюжета предполагается, что данные лежат на регулярной прямоугольной трехмерной сетке. Для данных, загруженных из файла, данные могут либо лежать на регулярной сетке, либо могут быть указаны произвольные отдельные ячейки.

Стержни — Регулярная сетка

Рисует полосу высотой z в каждой точке графика (x,y). Точки должны лежать на прямоугольная сетка с постоянным интервалом в направлениях x и y.

Бары — нерегулярные данные

Рисует полосу высотой z в каждой из точек (x,y) заданной кривой. Точки могут быть произвольными расположен в плоскости (х, у).

Серия

Сюжет

Соединяет точки (x, y, z) на графике прямыми линиями, чтобы сформировать ряд (x, z) или (y, z) подкривые. Существует возможность дополнительно рисовать вертикальный лист на каждой подкривой, чтобы получить график «водопад». Точки ограничено лежать на прямоугольной сетке с постоянным интервалом в направлениях x и y.

3D линия

Соединяет набор точек в трехмерном пространстве прямыми линиями. Точки могут быть определены в декартовой, полярной (тета, фи или широта, долгота) или цилиндрическая система координат.

Каркасный график

Трехмерная прозрачная каркасная поверхность создается путем связывания значения зависимой переменной с каждой точкой на сетка с постоянным интервалом в каждом независимом переменном направлении. Сетка может быть декартовой, полярной, цилиндрической или заданной неявным образом. координаты функции (u, v).

Объект Участок

Рисует набор 3D-объектов предопределенных типов. Текущие типы объектов включают сферу, куб и цилиндр. объекты описываются языком описания объектов TeraPlot (GODL). Описание можно загрузить из файла или ввести в интерактивном режиме.

Сетка

Рисует общую 3D-сетку, определяемую как набор вершин и элементов, считанных из файла с данными, отформатированными в TeraPlot.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *