วันอังคารที่ 10 มกราคม พ.ศ. 2555

มุมฉาก

มุมฉาก

มุมฉากมีนาดเท่ากับ 90 องศา

ส่วนของเส้นตรง AB ถูกวาดขึ้นทำให้เกิดมุมฉากสองมุมบนส่วนของเส้นตรง CD

ในเรขาคณิตและตรีโกณมิติ มุมฉาก คือมุมที่เกิดจากการแบ่งครึ่งมุมบนเส้นตรง (มุมตรง) เป็นสองขนาดเท่ากัน หรืออธิบายให้เจาะจงก็คือ ถ้ากำหนดให้รังสีมีจุดเริ่มต้นบนเส้นตรงเส้นหนึ่ง และมุมประชิดสองมุมมีขนาดเท่ากัน ดังนั้นมุมดังกล่าวจะเป็นมุมฉาก  มุมฉากสอดคล้องกับการหมุนหนึ่งในสี่รอบของรูปวงกลม
แนวคิดสำคัญที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดคือเส้นตั้งฉาก (perpendicular lines) หมายถึงเส้นตรงหลายเส้นตัดกันทำให้เกิดมุมฉากที่จุดตัด และภาวะเชิงตั้งฉาก (orthogonality) คือสมบัติที่จะทำให้ก่อเกิดมุมฉากซึ่งใช้ในเรื่องเวกเตอร์ มุมฉากที่ปรากฏในรูปสามเหลี่ยมเป็นองค์ประกอบของการนิยามรูปสามเหลี่ยมมุมฉาก  ซึ่งนำไปสู่พื้นฐานของตรีโกณมิติ

 สัญลักษณ์


รูปสามเหลี่ยมมุมฉากรูปหนึ่ง มุมฉากของมันแสดงด้วยรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสเล็ก ๆ

การเขียนมุมฉากอีกแบบหนึ่งโดยใช้เส้นโค้งและจุด


ยูนิโคดมีสัญลักษณ์ที่ใช้แทนความหมายของมุมฉากหลายสัญลักษณ์ ได้แก่ [4]
  • U+221F มุมฉาก
  • U+22BE มุมฉาก เติมเส้นโค้ง
  • U+299C มุมฉาก เติมรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส
  • U+299D มุมฉาก เติมเส้นโค้งและจุด
การเขียนแผนภาพมักใส่รูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสเล็ก ๆ ให้กับมุมฉาก เป็นการสะท้อนข้อเท็จจริงว่า มุมฉากเป็นองค์ประกอบของรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส (และรูปสี่เหลี่ยมมุมฉาก) การเขียนอีกแบบหนึ่งคือ ใช้เส้นโค้งแสดงมุมแล้วเติมจุดลงไปด้านใน

 การแปลงหน่วย

มุมฉากมุมหนึ่ง ๆ สามารถแสดงได้ในหลายหน่วยที่แตกต่างกันเช่น

เส้นตรง

เส้นตรง


เส้นตรงในระนาบสองมิติ



เส้นตรง คือเส้นโค้งในแนวตรงโดยสมบูรณ์ (ในทางคณิตศาสตร์ เส้นโค้งมีความหมายรวมถึงเส้นตรงด้วย) ที่มีความยาวเป็นอนันต์ ความกว้างเป็นศูนย์ (ในทางทฤษฎี) และมีจำนวนจุดบนเส้นตรงเป็นอนันต์เช่นกัน ในเรขาคณิตแบบยุคลิด จะมีเส้นตรงเพียงหนึ่งเส้นเท่านั้นที่ผ่านจุดสองจุดใดๆ และเป็นระยะทางที่สั้นที่สุด การวาดเส้นตรงสามารถทำได้โดยใช้เครื่องมือที่มีสันตรง เช่นไม้บรรทัด และอาจเติมลูกศรลงไปที่ปลายทั้งสองข้างเพื่อแสดงว่ามันมีความยาวเป็นอนันต์
เส้นตรงสองเส้นที่แตกต่างกันในสองมิติสามารถขนานกันได้ ซึ่งหมายความว่าเส้นตรงทั้งสองเส้นนั้นจะไม่ตัดกันที่ตำแหน่งใดๆ ถึงแม้ต่อความยาวออกไปอีกก็ตาม ส่วนในสามมิติหรือมากกว่านั้น เส้นตรงสองเส้นอาจจะไขว้ข้ามกัน (skew) คือไม่ตัดกันแต่ก็อาจจะไม่ขนานกันด้วย และระนาบสองระนาบที่แตกต่างกันมาตัดกันจะทำให้เกิดเป็นเส้นตรงเพียงหนึ่งเส้น เรียกระนาบเหล่านั้นว่า ระนาบร่วมเส้นตรง (collinear planes) สำหรับจุดสามจุดหรือมากกว่าที่อยู่บนเส้นตรงเดียวกันจะเรียกว่า จุดร่วมเส้นตรง (collinear points)

 


    นิยามแบบทั่วไป

    ในปริภูมิแบบยุคลิดn (ซึ่งรวมไปถึงปริภูมิเวกเตอร์อื่นๆ ด้วย) เราสามารถนิยามเส้นตรง L เป็นเซตย่อย (subset) ที่อยู่ในรูปแบบ
    L = \{\mathbf{a}+t\mathbf{b}\mid t\in\mathbb{R}\}
    โดยที่ a และ b เป็นเวกเตอร์ที่กำหนดไว้ใน ℝn และ b ไม่เป็นเวกเตอร์ศูนย์ เวกเตอร์ b เป็นการอธิบายทิศทางของเส้นตรง และ a คือจุดที่อยู่บนเส้นตรง และตัวเลือกของเวกเตอร์อื่นๆ ที่แตกต่างกันสำหรับ a และ b สามารถให้ผลเป็นเส้นตรงเส้นเดิมก็ได้

    รังสี

    ในเรขาคณิตแบบยุคลิด รังสี หรือ ครึ่งเส้นตรง คือเซตของจุด C บนเส้นตรงร่วมกับจุด A และ B ดังในภาพ โดยไม่จำกัดว่าจุด C จะต้องอยู่ระหว่างจุด A กับ B ในทางเรขาคณิตทั่วไป รังสีจะเริ่มต้นที่จุดจุดหนึ่ง แล้วต่อความยาวออกไปในทิศทางหนึ่งโดยไม่สิ้นสุด สามารถวาดได้โดยมีลูกศรเพียงหนึ่งข้างคล้ายเวกเตอร์
    รังสี

    สมการเชิงเส้น

    สมการเชิงเส้น


    ตัวอย่างกราฟของสมการเชิงเส้น

    สมการเชิงเส้น คือสมการที่แต่ละพจน์มีเพียงค่าคงตัว หรือเป็นผลคูณระหว่างค่าคงตัวกับตัวแปรยกกำลังหนึ่ง ซึ่งจะมีดีกรีของพหุนามเท่ากับ 0 หรือ 1 สมการเหล่านี้เรียกว่า "เชิงเส้น" เนื่องจากสามารถวาดกราฟของฟังก์ชันบนระบบพิกัดคาร์ทีเซียนได้เป็นเส้นตรง รูปแบบทั่วไปของสมการเชิงเส้นในตัวแปร x และ y คือ
    y = mx + b \!
    โดยที่ m คือค่าคงตัวที่แสดงความชันหรือเกรเดียนต์ของเส้นตรง และพจน์ b แสดงจุดที่เส้นตรงนี้ตัดแกน y สำหรับสมการที่มีพจน์ x2, y1/3, xy ฯลฯ ที่มีดีกรีมากกว่าหนึ่งไม่เรียกว่าเป็นสมการเชิงเส้น

     

    ตัวอย่าง

    สมการเหล่านี้ล้วนเป็นสมการเชิงเส้น
    x + 2y = 10 \!
    3a + 472b = 10b + 37 \!
    2x + y -5 = -7x + 4y +3 \!

     รูปแบบของสมการเชิงเส้นในสองมิติ

    สมการเชิงเส้นที่ซับซ้อน อย่างเช่นตัวอย่างข้างบน สามารถเขียนใหม่โดยใช้กฎเกณฑ์ของพีชคณิตมูลฐานให้อยู่ในรูปแบบที่ง่ายขึ้น ในสิ่งที่จะอธิบายต่อไปนี้ อักษรตัวใหญ่ใช้แทนค่าคงตัว (ที่ไม่ระบุจำนวน) ในขณะที่ x และ y คือตัวแปร

     รูปแบบทั่วไป

    Ax + By + C = 0 \!
    เมื่อ A กับ B ไม่เป็นศูนย์พร้อมกัน สมการในรูปแบบนี้มักเขียนให้ A ≥ 0 เพื่อความสะดวกในการคำนวณ กราฟของสมการจะเป็นเส้นตรง และทุกๆ เส้นตรงสามารถนำเสนอให้อยู่ในรูปแบบข้างต้นนี้ได้ เมื่อ A ไม่เท่ากับ 0 ระยะตัดแกน x จะอยู่ที่ระยะ −C/A และเมื่อ B ไม่เท่ากับ 0 ระยะตัดแกน y จะอยู่ที่ระยะ −C/B ส่วนความชันของเส้นตรงนี้มีค่าเท่ากับ −A/B

     รูปแบบมาตรฐาน

    Ax + By = C \!
    เมื่อ A และ B ไม่เป็นศูนย์พร้อมกัน และทั้ง A, B, C จะต้องเป็นจำนวนเต็มที่มีตัวหารร่วมมากเท่ากับ 1 และมักเขียนให้ A ≥ 0 เพื่อความสะดวกเช่นกัน รูปแบบมาตรฐานนี้สามารถแปลงให้เป็นรูปแบบทั่วไปได้ไม่ยากนัก

     รูปแบบความชันและระยะตัดแกน

    y = mx + b \!
    เมื่อ m แทนความชันของเส้นตรง และ b คือระยะตัดแกน y ซึ่งเป็นพิกัด y ของจุดที่เส้นตรงนั้นตัดผ่านแกน y ถ้าหากให้ค่า x = 0 เราจะเห็นสมการนี้อยู่ในรูปแบบ y = b

     รูปแบบจุดและความชัน

    y - y_1 = m \cdot (x - x_1) \!
    เมื่อ m คือความชันของเส้นตรงและ (x1, y1) คือจุดใดๆ บนเส้นตรงนั้น ซึ่งสามารถเปลี่ยนให้อยู่ในรูปแบบความชันและระยะตัดแกนได้โดยง่าย รูปแบบจุดและความชันแสดงให้เห็นถึงระยะทางระหว่างจุดสองจุดบนเส้นตรงนั้นในแนวแกน x และแกน y โดยมีจุด (x1, y1) เป็นจุดยืน
    ในบางโอกาสเราอาจเห็นรูปแบบจุดและความชันอยู่ในรูปแบบนี้
    \frac{y - y_1}{x - x_1} = m
    แต่อย่างไรก็ตาม ถ้าหาก x = x1 สมการนี้จะไม่มีความหมาย

     รูปแบบระยะตัดแกน

    \frac{x}{E} + \frac{y}{F} = 1
    เมื่อ E และ F ต้องไม่เป็นศูนย์ทั้งคู่ กราฟของสมการนี้จะมีระยะตัดแกน x เท่ากับ E และระยะตัดแกน y เท่ากับ F รูปแบบระยะตัดแกนสามารถแปลงให้อยู่ในรูปแบบมาตรฐานได้โดยกำหนดให้ A = 1/E, B = 1/F และ C = 1

     รูปแบบจุดสองจุด

    y - k = \frac{q - k}{p - h} (x - h)
    เมื่อ ph กราฟนี้จะเป็นเส้นตรงที่ลากผ่านจุด (h, k) และจุด (p, q) โดยมีความชันเท่ากับ m = (qk) / (ph) รูปแบบจุดสองจุดสามารถแปลงให้เป็นรูปแบบจุดและความชันได้ โดยการคำนวณหาค่าที่เจาะจงของความชันมาแทนที่ตำแหน่งของ m

     รูปแบบอิงพารามิเตอร์

    \begin{align} x & = Tt + U \\ y & = Vt + W \end{align}
    รูปแบบนี้เป็นสมการหลายชั้น (simultaneous equations) สองสมการในพจน์ของตัวแปรพารามิเตอร์ t ที่มีความชัน m = V/T โดยมีระยะตัดแกน x อยู่ที่ (VUWT) / V และระยะตัดแกน y อยู่ที่ (WTVU) / T
    สมการรูปแบบนี้มีความสัมพันธ์กับรูปแบบจุดสองจุด เมื่อ T = ph, U = h, V = qk, และ W = k จะได้
    \begin{align} x & = (p - h)t + h \\ y & = (q - k)t + k \end{align}
    ซึ่งในกรณีนี้ค่าของ t จะแปรผันตั้งแต่ 0 ที่จุด (h, k) ไปยัง 1 ที่จุด (p, q) ค่าของ t ที่อยู่ระหว่าง 0 กับ 1 ทำให้เกิดการประมาณค่าในช่วง (interpolation) ส่วนค่าอื่นของ t จะทำให้เกิดการประมาณค่านอกช่วง (extrapolation)

     รูปแบบเส้นแนวฉาก

    y \sin \phi + x \cos \phi - p = 0 \!
    เมื่อ φ คือมุมเอียงของเส้นแนวฉาก และ p คือความยาวของเส้นแนวฉาก เส้นแนวฉากนี้คือระยะทางของส่วนของเส้นตรงที่สั้นที่สุด ที่เชื่อมระหว่างกราฟเส้นตรงของสมการเชิงเส้นกับจุดกำเนิด รูปแบบเส้นแนวฉากสามารถแปลงจากรูปแบบทั่วไปได้โดยหารสัมประสิทธิ์ทั้งหมดด้วย \sqrt{A^2 + B^2} และถ้าหาก C > 0 ให้คูณสัมประสิทธิ์ทั้งหมดด้วย −1 เพื่อให้ค่าคงตัวตัวสุดท้ายติดลบ รูปแบบนี้เรียกว่า รูปแบบมาตรฐานเฮสส์ ซึ่งตั้งขึ้นเพื่อเป็นเกียรติแด่นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน ลุดวิก ออตโต เฮสส์ (Ludwig Otto Hesse)

     กรณีพิเศษ

    y = F \!
    สมการนี้อยู่ในรูปแบบมาตรฐานเมื่อ A = 0 และ B = 1 หรือในรูปแบบความชันและระยะตัดแกนเมื่อความชัน m = 0 กราฟของสมการนี้จะเป็นเส้นตรงในแนวนอนโดยที่มีระยะตัดแกน y เท่ากับ F ถ้า F ≠ 0 กราฟนี้จะไม่มีระยะตัดแกน x แต่ถ้า F = 0 กราฟนี้จะมีระยะตัดแกน x เป็นจำนวนจริงทุกจำนวน
    x = E \!
    สมการนี้อยู่ในรูปแบบมาตรฐานเมื่อ A = 1 และ B = 0 กราฟของสมการนี้จะเป็นเส้นตรงในแนวดิ่งโดยที่มีระยะตัดแกน x เท่ากับ E ส่วนความชันนั้นไม่นิยาม ถ้า E ≠ 0 กราฟนี้จะไม่มีระยะตัดแกน y แต่ถ้า E = 0 กราฟนี้จะมีระยะตัดแกน y เป็นจำนวนจริงทุกจำนวน
    y = y \! และ x = x \!
    ในกรณีนี้ทั้งตัวแปรและและค่าคงตัวทั้งหมดถูกตัดออกไป เหลือไว้เพียงประพจน์ที่เป็นจริงอย่างชัดเจน สมการเหล่านี้จะเรียกว่าเป็นเอกลักษณ์ และไม่จำเป็นที่จะพิจารณาในรูปแบบกราฟ (เนื่องจากหมายถึงจุดทุกจุดบนระนาบ xy) ดังตัวอย่าง 2x + 4y = 2(x + 2y) นิพจน์ทั้งสองข้างของเครื่องหมายเท่ากับนั้นเท่ากันเสมอ ไม่ว่าค่าของ x และ y จะเป็นค่าใด
    โปรดสังเกตว่าการปรับเปลี่ยนทางพีชคณิต อาจทำให้ประพจน์เกิดความเป็นเท็จ อาทิ 1 = 0 ซึ่งเราจะเรียกสมการนั้นว่าเป็น สมการที่ขัดแย้งกัน หมายความว่า ไม่ว่าค่าของ x และ y จะเป็นค่าใด สมการก็ยังเป็นเท็จอยู่เสมอและไม่สามารถวาดกราฟได้ ดังเช่นสมการนี้ 3x + 2 = 3x − 5

     สมการเชิงเส้นที่มากกว่าสองตัวแปร

    สมการเชิงเส้นสามารถมีตัวแปรได้มากกว่า 2 ตัว สมการเชิงเส้นทั่วไปที่มีจำนวนตัวแปร n ตัวสามารถเขียนได้ในรูปแบบ
    a_1 x_1 + a_2 x_2 + \cdots + a_n x_n = b
    ซึ่ง a1,a2,...,an เป็นสัมประสิทธิ์ x1,x2,...,xn คือตัวแปร และ b คือค่าคงตัว เมื่อเราต้องการเขียนสมการตัวแปรน้อยๆ เช่น 3 ตัว เราอาจแทนที่ x1,x2,x3 ด้วยชื่อตัวแปรอื่นๆ เช่น x,y,z ได้ตามต้องการ
    สมการดังกล่าวจะเป็นการนำเสนอระนาบเกิน n–1 มิติ (hyperplane) ในปริภูมิแบบยุคลิด n มิติ เช่นระนาบสองมิติในปริภูมิสามมิติ เป็นต้น


    ที่มาจาก  http://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B8%AA%E0%B8%A1%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B9%80%E0%B8%8A%E0%B8%B4%E0%B8%87%E0%B9%80%E0%B8%AA%E0%B9%89%E0%B8%99

    สมการกำลังสาม

    สมการกำลังสาม


    ตัวอย่างกราฟของสมการกำลังสาม
    ในทางคณิตศาสตร์ สมการกำลังสาม คือสมการของพหุนามตัวแปรเดียวที่มีดีกรีเท่ากับ 3 รูปแบบทั่วไปของสมการกำลังสามคือ
    ax^3 + bx^2 + cx + d = 0 \!
    เมื่อ a ≠ 0 (ถ้า a = 0 สมการนี้จะกลายเป็นสมการกำลังสอง) โดยปกติแล้ว a,b,c,d คือสัมประสิทธิ์ที่เป็นจำนวนจริง ฟังก์ชันของสมการกำลังสามสามารถวาดกราฟบนระบบพิกัดคาร์ทีเซียนได้รูปเส้นโค้งคล้ายตัว S หรือ N

     

    ดิสคริมิแนนต์

          สมการกำลังสามทุกสมการที่มีสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนจริง จะมีรากของสมการ 3 คำตอบเสมอ ซึ่งจะต้องมีจำนวนจริงอย่างน้อยหนึ่งจำนวนที่เป็นคำตอบ ตามทฤษฎีบทค่าระหว่างกลาง (intermediate value theorem) และคำตอบเหล่านั้นอาจจะเท่ากันบางค่าก็ได้ ส่วนอีกสองจำนวนที่เหลือสามารถแยกแยะได้จากการพิจารณาดิสคริมิแนนต์ ซึ่งคำนวณจาก
    \Delta = 4b^3d - b^2c^2 + 4ac^3 - 18abcd + 27a^2d^2 \!
    คำตอบของสมการจะเป็นประเภทใดประเภทหนึ่ง ดังต่อไปนี้
    • ถ้า Δ < 0 คำตอบของสมการจะเป็นจำนวนจริงทั้งสามค่า ที่แตกต่างกันทั้งหมด
    • ถ้า Δ > 0 คำตอบของสมการจะมีหนึ่งค่าที่เป็นจำนวนจริง และอีกสองจำนวนเป็นจำนวนเชิงซ้อนสังยุคซึ่งกันและกัน
    • ถ้า Δ = 0 คำตอบของสมการจะเป็นจำนวนจริงทั้งสามค่า ซึ่งมีสองจำนวนเป็นค่าเดียวกัน หรือ เป็นค่าเดียวกันทั้งสามจำนวน อย่างใดอย่างหนึ่ง

     สูตรกำลังสาม

    ถ้าหาก x1,x2,x3 เป็นคำตอบของสมการกำลังสามแล้ว เราจะสามารถแยกตัวประกอบของพหุนามกำลังสามได้ดังนี้
    ax^3 + bx^2 + cx + d = a(x - x_1)(x - x_2)(x - x_3) = 0 \!
    กำหนดให้
    
\begin{align}
q &= \frac{9abc - 27a^2d - 2b^3}{54a^3} \\
r &= \sqrt{\left (\frac{3ac-b^2}{9a^2}\right )^3 + q^2} \\
s &= \sqrt[3]{q + r} \\
t &= \sqrt[3]{q - r} \\
\end{align}
    คำตอบของสมการทั้งสามค่าสามารถคำนวณได้จากสูตร
    
\begin{align}
x_1 &= s+t-\frac{b}{3a} \\
x_2 &= -\frac{1}{2}(s+t)-\frac{b}{3a}+\frac{\sqrt{3}}{2}(s-t)i \\
x_3 &= -\frac{1}{2}(s+t)-\frac{b}{3a}-\frac{\sqrt{3}}{2}(s-t)i \\
\end{align}
    เมื่อ i คือหน่วยจินตภาพที่นิยามโดย i2 = −1


    ที่มาจาก   http://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B8%AA%E0%B8%A1%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B8%81%E0%B8%B3%E0%B8%A5%E0%B8%B1%E0%B8%87%E0%B8%AA%E0%B8%B2%E0%B8%A1

    พาราโบลา

     

    พาราโบลา


    พาราโบลา

    กราฟที่แสดงการสะท้อน เส้นไดเรกตริกซ์ (เขียว) และเส้นที่เชื่อมต่อจุดโฟกัสและเส้นไดเรกตริกซ์กับพาราโบลา (น้ำเงิน)
    พาราโบลา (อังกฤษ: parabola, กรีก: παραβολή) เป็นภาคตัดกรวยที่เกิดจากการตัดกันระหว่างพื้นผิวกรวยด้วยระนาบที่ขนานกับเส้นกำเนิดกรวย (generating line) ของพื้นผิวนั้น พาราโบลาสามารถกำหนดเป็นด้วยจุดต่าง ๆ ที่มีระยะห่างจากจุดที่กำหนด คือ จุดโฟกัส (focus) และเส้นที่กำหนด คือ เส้นไดเรกตริกซ์ (directrix)
    พาราโบลาเป็นแนวคิดที่สำคัญในทฤษฎีคณิตศาสตร์ อย่างไรก็ดี พาราโบลาสามารถพบได้บ่อยมากในโลกภายนอก และสามารถนำในใช้เป็นประโยชน์ในวิศวกรรม ฟิสิกส์ และศาสตร์อื่น ๆ
    พาราโบลามีหลายรูปชนิด เช่นกรวยคว่ำกรวยหงาย บ้างทีตัดผ่าน 2 ช่อง บางทีตัดผ่าน 4 ช่อง แล้วแต่สมการที่มีการกำหนดมา ซึ่งจะเป็นชนิดให้ก็ได้แต่ไม่สามารถเป็นเส้นตรงๆได้เพราะจะไม่เรียกว่า พาราโบลา
    ซึ่งโดยปกติ สมการพาราโบลามีอยู่หลายแบบด้วยกัน เช่น
     (x-h)^2 = 4p(y-k) \,
     y = ax^2 + bx + c    , a \neq 0 \,
     y = a(x-h)^2 + k       , a \neq 0 \,
     (y-k)^2 = 4p(x-h) \,
     x = ay^2 + by + c    , a \neq 0 \,
     x = a(y-k)^2 + h       , a \neq 0 \,
    ฯลฯ


    ที่มาจาก  http://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B8%9E%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B8%B2%E0%B9%82%E0%B8%9A%E0%B8%A5%E0%B8%B2