Bordplate som trekant i 3D
Et bord har en bordplate med en form som en trekant \(ABC\). Dersom vi tenker oss bordet plassert i et tredimensjonalt koordinatsystem der enhetene langs aksene er desimeter, vil hjørnene ha koordinatene \(A(0, 0, 0)\), \(B(2, 3, 0)\) og \(C(1, 4, 1)\).
- Er noen av vinklene i trekanten større enn \(90°\)? Husk å begrunne svaret.
- Bestem arealet av bordplaten.
En plante på veggen har en gren som vokser slik at den følger en rett linje gjennom punktene \(D(3, 7, 3)\) og \(E(2, 3, 2)\).
- Vis at grenen aldri vil treffe bordplaten.
a) Ja, vinkelen ved \(B\) er større enn \(90°\) (ca. \(99{,}2°\))
b) \(\underline{\underline{\text{Areal} = \dfrac{\sqrt{38}}{2} \approx 3{,}08 \, \mathrm{dm}^2}}\)
c) Retningsvektoren til grenen er parallell med planet — linja og planet har ingen felles punkt.
a
Vi undersøker om noen av vinklene er større enn \(90°\) ved å beregne skalarproduktet mellom sidene som møtes i hvert hjørne. En vinkel er stump dersom og bare dersom skalarproduktet er negativt.
Vi setter opp vektorene mellom hjørnene:
Vinkel ved \(A\):
Vinkelen ved \(A\) er akutt.
Vinkel ved \(B\):
Vinkelen ved \(B\) er stump, altså større enn \(90°\).
Vinkel ved \(C\):
Vinkelen ved \(C\) er akutt.
Vi kan beregne den eksakte vinkelen ved \(B\):
Konklusjon: Vinkelen ved \(B\) er større enn \(90°\).
b
Arealet av trekant \(ABC\) beregner vi med kryssprodukt-formelen:
Vi beregner kryssproduktet:
Lengden av kryssproduktet:
Arealet blir:
c
Vi skal vise at grenen (linja gjennom \(D(3,7,3)\) og \(E(2,3,2)\)) aldri treffer bordplaten (planet gjennom \(A\), \(B\) og \(C\)).
Steg 1: Finn planlikningen for bordplaten.
Fra deloppgave b) vet vi at \(\mathbf{n} = \overrightarrow{AB} \times \overrightarrow{AC} = (3, -2, 5)\) er normalvektor til planet. Siden \(A(0,0,0)\) ligger i planet, blir planlikningen:
Steg 2: Parametriser grenen.
Retningsvektoren til grenen er:
Et punkt på grenen: \((x, y, z) = (3 - s,\, 7 - 4s,\, 3 - s)\) for \(s \in \mathbb{R}\).
Steg 3: Sett inn i planlikningen.
Siden koeffisienten foran \(s\) er \(0\), er uttrykket konstant lik \(10\) for alle \(s\). Ligningen \(10 = 0\) har ingen løsning.
Det betyr at \(\overrightarrow{DE} \cdot \mathbf{n} = (-1)(3) + (-4)(-2) + (-1)(5) = -3 + 8 - 5 = 0\), altså er retningsvektoren til grenen vinkelrett på normalvektoren til planet. Dermed er grenen parallell med bordplaten.
Siden \(D\) ikke ligger i planet (\(3 \cdot 3 - 2 \cdot 7 + 5 \cdot 3 = 9 - 14 + 15 = 10 \neq 0\)), ligger grenen i sin helhet utenfor planet.
Avstanden fra et vilkårlig punkt på grenen til bordplaten er konstant:
Konklusjon: Grenen er parallell med bordplaten og aldri treffer den.