三維座標系統的直線方程

2015-03-10 7:50 am
先講明我的程度,方便各位以合適程序解釋:有舊制會考的附加數、高考的物理、少少大學數學(例如partial differentiation),但未讀過純數、應用數。可以用中文或英文作答,我都睇得明。

Cartesian coordinate system 入面,一點的坐標是(x,y)形式;直線方程可以用
Ax + By + C = 0  ……(i)
或者
y = mx + c  ……(ii)
表示。

Q1:(i) 所表現的是不是叫Implicit function 或者implicit equation,(ii) 所表現的是不是叫Explicit function 或者explicit equation?
能否舉些例子說明何謂explicit ,何謂implicit ?


Euclidean coordinate system 入面,一點的坐標是(x,y,z);平面的方程可以用
Ax + By + Cz + D = 0
表示。

Q2:那麼,一條直線的方程應如何表達?例如一條穿過(0,0,0) 和(1,2,3) 兩點的直線,或是一條穿過(x1,y1,z1) 和(x2,y2,z2) 兩點的直線。
是不是一定要建立聯立方程simultaneous equation ,以描述兩個平面相交(如有)的一條線段?

圖片參考:https://s.yimg.com/lo/api/res/1.2/O0jYYzGs.9LdkhNxRmOF1Q--/YXBwaWQ9dHdhbnN3ZXJzO3E9ODU-/http://www.icoachmath.com/image_md/Intersecting_Planes2.jpg

這些方程式與剛剛提到的explicit / implicit 有沒有關係?

可以的話,請盡量不要使用matrix 矩陣或是坐標轉換,我僅能勉強看明。

回答 (2)

2015-03-12 11:40 pm
✔ 最佳答案
Q1
你是對的。
f(x, y) = 0 是一個 implicit function,因為沒有把主項獨立出來。
例如:x² + y² + xy + x + y + 1 = 0

y = g(x) 是一個 explicit function,因為 y 已經寫成 a function of x。
例如:y = √(x³ + x - 1)

可見:
http://zh.wikipedia.org/zh-hk/%E9%9A%90%E5%87%BD%E6%95%B0

2015-03-10 00:47:33 補充:
Q2
在於 3D coordinate geometry 的課題,equation of line 的確是simultaneous equation,但表示的形式可以用 vector,也可以用 equation。

以你的例子,穿過 (0, 0, 0) 和 (1, 2, 3) 兩點的直線。

Direction vector 是 (1, 2, 3) - (0, 0, 0) = (1, 2, 3),因此,
直線以 vector 形式可以表達為:
(x, y, z) = (0, 0, 0) + (1, 2, 3)t ,其中 t 可以是任何常數。

這裏有點兒像y = mx + c

2015-03-10 00:50:39 補充:
c 就像 (0, 0, 0)
m 就像 direction vector
y 就像 (x, y, z)
x 就像 t 是一個任意變數 (像 parameter)

另外,若不想用 vector 形式表達,也可以用 equation 形式,只要把 t 約掉 (eliminate) 就成了。

以上的方程是:
(x, y, z) = (t, 2t, 3t)

{x = t
{y = 2t
{z = 3t
共同的 t 是 t = x = y/2 = z/3

所以寫 x = y/2 = z/3 (即 sim. eqn) 也可以在 3D co-geom 表示直線。

2015-03-10 00:54:25 補充:
一條穿過 (x₁, y₁, z₁) 和 (x₂, y₂, z₂) 兩點的直線可以描述如下:

Direction vector = (x₂, y₂, z₂) - (x₁, y₁, z₁) = (x₂ - x₁, y₂ - y₁, z₂ - z₁)

方程是:
(x, y, z) = (x₁, y₁, z₁) + (x₂ - x₁, y₂ - y₁, z₂ - z₁)t where t ∈ ℝ.

也可以用 sim. eqn. 的形式表示:
(x - x₁)/(x₂ - x₁) = (y - y₁)/(y₂ - y₁) = (z - z₁)/(z₂ - z₁)

2015-03-10 00:59:17 補充:
這裏 vector 的表達式:

(x, y, z) = (0, 0, 0) + (1, 2, 3)t
(x, y, z) = (t, 2t, 3t)
(x, y, z) = (x₁, y₁, z₁) + (x₂ - x₁, y₂ - y₁, z₂ - z₁)t

都可算是 explicit function,因為主項明顯地寫了在左方。

2015-03-10 01:01:03 補充:
也可看:

http://tutorial.math.lamar.edu/Classes/CalcIII/EqnsOfLines.aspx

(可以不理那個橢圓,看之後的就可以啦。)

2015-03-12 15:40:05 補充:

圖片參考:https://s.yimg.com/lo/api/res/1.2/ZQit8r6YM3UMER1bF6V.OQ--/YXBwaWQ9dHdhbnN3ZXJzO3E9ODU-/http://i.imgur.com/ZH9B85L.gif

己式庚辛 你好~ 過獎了~

Q1
你是對的。
f(x, y) = 0 是一個 implicit function,因為沒有把主項獨立出來。
例如:x² + y² + xy + x + y + 1 = 0

y = g(x) 是一個 explicit function,因為 y 已經寫成 a function of x。
例如:y = √(x³ + x - 1)

可見:
http://zh.wikipedia.org/zh-hk/%E9%9A%90%E5%87%BD%E6%95%B0

Q2
在於 3D coordinate geometry 的課題,equation of line 的確是simultaneous equation,但表示的形式可以用 vector,也可以用 equation。

以你的例子,穿過 (0, 0, 0) 和 (1, 2, 3) 兩點的直線。

Direction vector 是 (1, 2, 3) - (0, 0, 0) = (1, 2, 3),因此,
直線以 vector 形式可以表達為:
(x, y, z) = (0, 0, 0) + (1, 2, 3)t ,其中 t 可以是任何常數。

這裏有點兒像y = mx + c

c 就像 (0, 0, 0)
m 就像 direction vector
y 就像 (x, y, z)
x 就像 t 是一個任意變數 (像 parameter)

另外,若不想用 vector 形式表達,也可以用 equation 形式,只要把 t 約掉 (eliminate) 就成了。

以上的方程是:
(x, y, z) = (t, 2t, 3t)

{x = t
{y = 2t
{z = 3t
共同的 t 是 t = x = y/2 = z/3

所以寫 x = y/2 = z/3 (即 sim. eqn) 也可以在 3D co-geom 表示直線。

一條穿過 (x₁, y₁, z₁) 和 (x₂, y₂, z₂) 兩點的直線可以描述如下:

Direction vector = (x₂, y₂, z₂) - (x₁, y₁, z₁) = (x₂ - x₁, y₂ - y₁, z₂ - z₁)

方程是:
(x, y, z) = (x₁, y₁, z₁) + (x₂ - x₁, y₂ - y₁, z₂ - z₁)t where t ∈ ℝ.

也可以用 sim. eqn. 的形式表示:
(x - x₁)/(x₂ - x₁) = (y - y₁)/(y₂ - y₁) = (z - z₁)/(z₂ - z₁)

這裏 vector 的表達式:

(x, y, z) = (0, 0, 0) + (1, 2, 3)t
(x, y, z) = (t, 2t, 3t)
(x, y, z) = (x₁, y₁, z₁) + (x₂ - x₁, y₂ - y₁, z₂ - z₁)t

都可算是 explicit function,因為主項明顯地寫了在左方。

也可看:

http://tutorial.math.lamar.edu/Classes/CalcIII/EqnsOfLines.aspx

(可以不理那個橢圓,看之後的就可以啦。)

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以下 嗚謝 andrew 網友的補充,請容許我加入解答以補充資料。謝謝你。

加一小點...

直線s to d寫成s + (d - s)* t 叫parametric equation.
Parametric equations 是 differential geometry的起點,想像用dx/dt, dy/dt 等可以變成各種各樣的curve properties 如arc length或 curvature.

ax + by + cz + d = 0 寫成 multi-variable polynomial 是 algebraic geometry的開端。algebraic geometry亦應用甚廣。



圖片參考:https://s.yimg.com/rk/HA00430218/o/1358776290.jpg
2015-03-10 11:00 am
加一小點...

直線s to d寫成s + (d - s)* t 叫parametric equation.
Parametric equations 是 differential geometry的起點,想像用dx/dt, dy/dt 等可以變成各種各樣的curve properties 如arc length或 curvature.

ax + by + cz + d = 0 寫成 multi-variable polynomial 是 algebraic geometry的開端。algebraic geometry亦應用甚廣。


收錄日期: 2021-04-15 18:43:02
原文連結 [永久失效]:
https://hk.answers.yahoo.com/question/index?qid=20150309000051KK00121

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