Start her: utforsk
Mobilen din vet hvor du er fordi den regner ut avstanden til flere GPS-satellitter. Vet den at du er 20 200 km fra én satellitt, hvor kan du være?
Alle punktene som har samme avstand fra et punkt, danner en kule. Her har kula radius 3. Skjær gjennom den med et vannrett plan, og se hva slags figur snittet blir.
Prøv dette:
- Hva slags figur er snittet? Hvor stort er det når planet går gjennom midten?
- For hvilke høyder finnes det ikke noe snitt?
- To kuler skjærer hverandre. Hva slags figur tror du snittet blir? Hvor mange satellitter trenger mobilen for å vite nøyaktig hvor du er?
Forklaring
Likningen for en kuleflate
Vet mobilen at du er 20 200 km fra én satellitt, vet den bare at du er et sted på en kuleflate rundt satellitten. Med en satellitt til får den en kuleflate til. To kuleflater skjærer hverandre i en sirkel. En tredje kuleflate skjærer sirkelen i to punkter, og det ene ligger langt ute i verdensrommet. Da er det bare ett punkt igjen: der du står.
En kuleflateKuleflateAlle punkter som har avstand fra sentrum . med sentrum og radius består av alle punkter med avstand fra : . Kvadrerer vi avstandsformelen, får vi
Et punkt ligger innenfor kula når og utenfor når .
Fra utregnet form til sentrum og radius
Ofte står likningen ganget ut, som . Da fullfører vi kvadratet for hver variabel:
Samler vi tallene, får vi . Sentrum er og radius er .
Pass på fortegnene: betyr at .
Tangentplan
Et tangentplan berører kuleflaten i ett punkt . Radien står vinkelrett på tangentplanet, akkurat som radien i en sirkel står vinkelrett på tangenten. Derfor er en normalvektor for tangentplanet.
Modell: Tangentplanet
Punktet ligger på kuleflaten med radius . Flytt det med lengdegrad og breddegrad. Tangentplanet har som normalvektor.
Kuleflate og plan
La være avstanden fra sentrum til planet.
| Skjæring | |
|---|---|
| Ingen. Planet går utenfor kula. | |
| Ett punkt. Planet er et tangentplan. | |
| En sirkel. |
Sirkelen har sentrum i fotpunktet til i planet. Radius, avstanden og kuleradien danner en rettvinklet trekant, så sirkelradien er
Modell: Sirkelen og den rettvinklede trekanten
Kula har sentrum i origo og radius 3. Planet er vannrett. Endre og se sirkelen der planet skjærer kula.
Prøv dette:
- For hvilke verdier av finnes det ingen sirkel? Se hva som skjer med .
- Hvor stor er sirkelen når ? Hva heter den sirkelen på jordkloden?
- Finn den rettvinklede trekanten (grønn, oransje og stiplet). Hvilken side er hypotenusen?
Kuleflate og linje
Sett parameterframstillingen for linja inn i likningen for kuleflaten. Du får en andregradslikning i :
- To løsninger: Linja går gjennom kula og treffer flaten i to punkter.
- Én løsning: Linja tangerer kula.
- Ingen løsning: Linja går utenfor.
Gjennomgåtte eksempler
Finn sentrum og radius for .
Punktet ligger på kuleflaten . Finn tangentplanet i .
Kuleflaten skjæres av planet . Finn radius og sentrum i skjæringssirkelen.
Hvor skjærer linja kuleflaten ?
Vanlige feil
- i stedet for . har radius 3, ikke 9.
- Fortegn i sentrum. betyr .
- Å glemme å trekke fra. . Uten blir radien feil.
- i stedet for . Normalvektoren til tangentplanet går fra sentrum, som ikke alltid er origo.
- Sirkelradien er ikke . Planet skjærer kula i en mindre sirkel med , med mindre planet går gjennom sentrum.
Huskelapp
- Utregnet form: fullfør kvadratene.
- Tangentplan i : normalvektor .
- Kule og plan: gir sirkel med .
- Kule og linje: andregradslikning i (0, 1 eller 2 punkter).