Help Esercizio su cambio di riferimento

Valery Beauchamp
Testo:
In un riferimento cartesiano nel piano $(O,[i,j])$, il punto $A=(6,6$). Si scelga un versore $u$ parallelo a $i+2j$.
Determinare un vettore $w$ che formi un angolo $\pi/6$ (oppure $\5/6pi$) con $u$ e che abbia lunghezza pari a $1/2$.
Il riferimento $(A,[u,2w])$ è cartesiano? Che equazioni ha in tale riferimento la retta per $A$ parallela a $w$ ?

Ho svolto l'esercizio ma ho dei dubbi.

1) il versore u l'ho scelto di componenti (1/$sqrt(5)$ , 2/$sqrt(5)$)

2) ho scelto come angolo $\pi/6$ quindi ho ragionato in questo modo:
-il coseno di $\pi/6$ è uguale a $sqrt(3)$/2
-ho considerato il generico vettore $w=ai+bj$
-dai dati ho che la lunghezza di $w=1/2$
-la lunghezza di u è $1$
-il prodotto scalare tra w e u è pari a (a/$sqrt(5)$ +2b/$sqrt(5)$)
usando a questo punto la formula del coseno dell'angolo tra i due vettori ho:
(a/$sqrt(5)$ +2b/$sqrt(5)$)/(1/2)=$sqrt(3)$/2
e quindi:
(a/$sqrt(5)$ +2b/$sqrt(5)$)=$sqrt(3)$
elevo al quadrato e mi ritrovo la seguente equazione:
$a^2$+4$b^2$+4ab+15=0
mi ricavo la a=-2b$+-$ $sqrt(15)$
qundi scelgo un vettore ad es di componenti (-2b+$sqrt(15)$ , b), ponendo b=0 ho che le componenti sono ($sqrt(15)$ ,0) e quindi ho il mio vettore $w=$ $sqrt(15)$ $i$

Vorrei capire se è ho fatto bene oppure no.

3)come faccio a spiegare se il nuovo riferimento è cartesiano o meno?

Grazie mille a chi risponderà!

Risposte
anto_zoolander
Al momento non ho guardato i conti ma se ti chiede $||w||=1/2$ e trovi che $w=(sqrt(15),0)$ sicuramente qualcosa non va visto che la sua lunghezza è $15$

Dipende da cosa definisci tu per riferimento cartesiano, io ne ho sentite di tutti i colori :-D sicuramente la base deve essere ortogonale, l’unica differenza che ho trovato è stata sul fatto che i vettori debbano essere o versori, o aventi la stessa unità di misura, o basta che siano ortogonali.
Ma considerando che $w$ e $u$ devono formare un angolo di $(pi)/6$ sicuramente non lo sarà :-D

Ricorda che $cos(theta)=(v*w)/(||v||*||w||)$

Valery Beauchamp
Innanzitutto grazie per la risposta :-D

"anto_zoolander":
Al momento non ho guardato i conti ma se ti chiede $||w||=1/2$ e trovi che $w=(sqrt(15),0)$ sicuramente qualcosa non va visto che la sua lunghezza è $15$

Ricorda che $cos(theta)=(v*w)/(||v||*||w||)$


Hai perfettamente ragione, come l'idiota che sono non ho controllato che la lunghezza fosse 1/2, però ho riguardato i calcoli 5 volte da quando ho letto il tuo messaggio e ho fatto un errore in realtà esce fuori a=-b$+-$$(sqrt(15)/8)$ e quindi se considero il generico le componenti (-b+$(sqrt(15)/8)$) , b) e prendo b=0 avrò ($(sqrt(15)/8)$ , 0) e quindi la lunghezza è circa 0.48 quindi penso vada bene no?


"anto_zoolander":

Dipende da cosa definisci tu per riferimento cartesiano, io ne ho sentite di tutti i colori :-D sicuramente la base deve essere ortogonale, l’unica differenza che ho trovato è stata sul fatto che i vettori debbano essere o versori, o aventi la stessa unità di misura, o basta che siano ortogonali.
Ma considerando che $w$ e $u$ devono formare un angolo di $(pi)/6$ sicuramente non lo sarà :-D



Ti scrivo quel che dice il libro e quel poco che ho sugli appunti!

Per definizione, un riferimento R del piano è una coppia (O,[i,j]) costituita da un punto O appartenente al piano e da un sistema di vettori geometrici indipendenti paralleli al piano che, quindi, costituisce una base di $V2$.

Per i riferimenti si usano gli aggettivi ortogonale, ortonormale o cartesiano se tale è la base in essi contenuta. Le coordinate del punto P=(x,y) in R sono, per definizione, le componenti del vettore OP nella base [i,j].

In più negli appunti ho che in un sistema cartesiano sono validi i seguenti prodotti scalari: i*i=1 , j*j=1 e i*j=0.

anto_zoolander
allora andiamoci piano, perchè può tranquillamente venire $1/2$ e non $0,48$.

consideriamo il riferimento standard $(O,i,j)$ il punto $A=(6,6)$ e il vettore $u=(1/sqrt(5),2/sqrt(5))$ che come hai ben notato è un versore parallelo a $i+2j$. Chiaramente i versori sono $pmu$ ma scegliamo quello con $+$.

successivamente ci chiede di trovare un vettore di lunghezza $1/2$ che formi un angolo di $pi/6$ con $u$.
Prendiamo un generico vettore come da te considerato $w=(a,b)$ e imponiamo che sia soddisfatto un sistema con entrambe le condizioni

la prima sarà quella per cui $1/4=||w||^2=a^2+b^2$

la seconda è quella per cui $sqrt3/2=cos(theta)=(v*w)/(||v||*||w||)=(a/sqrt5+(2b)/sqrt5)/sqrt(a^2+b^2)$

dalla prima si ottiene $a=sqrt(15)/4-2b$

infatti sarebbe $sqrt3/2=2/sqrt5 (a+2b)$

$(sqrt(15)/4-2b)^2+b^2=1/4 => 15/16-sqrt(15)b+5b^2=1/4$

$15-16sqrt(15)b+80b^2=4 => 80b^2-sqrt(3840)b+11=0$

$Delta=320$ e $b_(1,2)=(16sqrt(15)pmsqrt(320))/(160)=(2sqrt(15)pmsqrt(5))/(20)$

e quindi $a=sqrt(15)/4-(2sqrt(15)pmsqrt5)/10$


quindi in realtà ne abbiamo due di vettori, prendiamo quello con $+$ che non cambia nulla, solo da quale lato è 'aperto' l'angolo.

$2w=2(a,b)=[(2sqrt(15)pmsqrt(5))/(10)]i+[sqrt(15)/2-(2sqrt(15)pmsqrt5)/5]j$

è chiaro che $||2w||=2||w||=2*1/2=1$ quindi $2w$ è un versore.
Inoltre $R(A,{u,2w})$ è sicuramente un riferimento poichè $A$ è un punto di $RR^2$ e ${u,2w}$ una base(tra l'altro di vettori di norma uno) dello spazio vettoriale $RR^2$

dai tuoi appunti risulta che un sistema $R(O,{v,w})$ è un riferimento cartesiano se $R$ è un riferimento e ${v,w}$ una base ortonormale in quanto chiedere che $v*w=0$ significa chiedere che siano ortogonali e chiedere che abbiano norma unitaria in quanto $v*v =1 <=> sqrt(v*v)=||v||=1$.

nel nostro caso abbiamo una base di vettori di norma unitaria, ma non ortogonale, in quanto già dalla richiesta dell'esercizio si chiedere che i vettori $u,w$ formassero un angolo diverso da $pi/2$

inoltre è chiaro che riscaldare due vettori non ne muta l'angolo in quanto se $u,v$ sono vettori e $k,h$ scalari no nulli

$((ku)*(hv))/(||ku||*||hu||)=((kh)*(u*v))/(|kh|*||u||*||v||)=(kh)/(|kh|)*(u*v)/(||u||*||v||)=pm(u*v)/(||u||*||v||)$

quindi se moltiplichiamo per scalari positivi l'angolo rimane identico.

Valery Beauchamp
Ti ringrazio, mi hai chiarito ogni dubbio!

anto_zoolander
Prego :-D
Comunque ho sbagliato a scrivere una cosa: riscaldare=riscalare :-D

Valery Beauchamp
Ti posso scomodare per un altro dubbio sul riferimento?

Ho un altro esercizio in cui ho un sistema cartesiano e una circonferenza $x^2$ $+$ $y^2$ $-4y-1=0$ , mi si chiede di scegliere due punti A e B sulla circonferenza in modo da non essere allineati con il centro. Poi dice di determinare un riferimento in cui i punti di cui sopra abbiano le seguenti coordinate $C=(0,0)$ $A=(1,0)$ e $B=(0,1)$.

Mi sto un pò imbrogliando con questo riferimento xchè ho ragionato in questo modo:
-ho calcolato $C=(0,2)$
-il raggio è $R=$ $sqrt(5)$
-ho considerato come punto B una delle due intersezioni della circonferenza con l'asse y e quindi le coordinate sono $B=(0,2+$ $sqrt(5)$ $)$
-come punto A ho preso il punto $A=($ $sqrt(5)$ $,2)$

In questo modo ho pensato di prendere come nuovo asse x quello passante per il centro e parallelo a x e lasciare y invariato anche nel nuovo riferimento.
Ma come esprimo che quella distanza, che altro non è il raggio della circonferenza, sia pari a 1 e non a $sqrt(5)$ ?

anto_zoolander
allora cominciamo prendendo $x^2+y^2-4y=1$

Non sapendo che riferimento c'è di partenza considero che quelle siano tutte coordinate ovvero $C(0,2)$ sono le coordinate del centro della circonferenza rispetto al riferimento $R(O,[v,w])$ che non ho idea di quale sia.

i punti di coordinate $X(1,0)$ e $Y(2,1)$ sono due punti non allineati con il punto $C(0,2)$. Basta controllare $$ che se fossero allineati avrebbe dimensione $1$

$CX$ è il vettore di coordinate $X-C=(1,-2)=v-2w$
$CY$ è il vettore di coordinate $Y-C=(2,-1)=2v-w$

che sono indipendenti

quindi vogliamo porre il riferimento $R(C,[v-2w,2v-w])$ e considerare la circonferenza $S(C,sqrt5)$

rispetto a questo riferimento chiaramente $X(1,0)=CX=1*(v-2w)$ e lo stesso vale per il punto $Y$ che ha coordinate $(0,1)$ in quanto $Y(0,1)=CY=1*(v-2w)$ e il punto $C$ avrà banalmente coordinata $(0,0)$ anche se non lo conosciamo, è univocamente determinato.

$forallP in S(C,sqrt5) => ||CP||^2=5$

ponendo $P(x,y)$ di coordinate generiche il problema è che non sappiamo né i vettori né niente.
Quindi per ricavarci la norma dobbiamo conoscere la matrice del prodotto scalare che chiaramente sarà il prodotto scalare standard ma rispetto a una base di cui conosciamo solo le coordinate, ma sappiamo che $[v,w]$ è un sistema ortonormale di $RR^2$ pertanto in genere rispetto a tale base

$(v-2w)*(v-2w)=(v*v)-4(v*w)+4(w*w)=1+4=5$

$(v-2w)*(2v-w)=2(v*v)-(v*w)-4(v*w)+2(w*w)=2+2=4$

$(2v-w)*(2v-w)=4(v*v)-4(v*w)+(w*w)=5$

pertanto la matrice sarà $[(5,4),(4,5)]$ quindi la norma a quadrato sarà data da

[size=85]
$5=||CP||^2=(CP)*(CP)=[(x,y)][(5,4),(4,5)][(x),(y)]=[(5x+4y,4x+5y)][(x),(y)]=5x^2+8xy+5y^2$
[/size]
quindi la circonferenza cercata sarà $5x^2+8xy+5y^2=5$

nota che il termine $xy$ spunta perchè la base non è ortogonale, di fatto se la rappresenti su Desmos per esempio ti spunta che il luogo delle coordinate non è una circonferenza, bensì una ellisse.

di fatto nota che in genere se hai un prodotto scalare e una base non gonale avrai che

$||v||^2=ax^2+2bxy+cy^2$ mentre se la base è ortogonale chiaramente $b=0$
Tieni sempre bene a mente che punti e coordinate sono totalmente distinti e se una circonferenza è quello che ci immaginiamo non è detto che l'insieme delle coordinate che stanno su una circonferenza in genere non ha nulla a che fare con la solita equazione del tipo $x^2+y^2+ax+by+c=0$
di fatto i vettori vengono ruotati e magari il modo in cui avviene la rotazione fa schifo :-D

se lo stesso lo avessimo fatto con i punti, supponendo che il riferimento iniziale fosse quello standard con origine nel punto $(0,0)$ e vettori della base canonica avremmo il riferimento dato da

$C=(0,2)$ , $v-2w=(1,-2)$ e $2v-w=(2,-1)$

Per esempio il punto $(2,1)$ soddisfa l'equazione delle coordinate rispetto al primo riferimento ma non rispetto al secondo.
Se ci pensi è perchè $CP$ in genere lo prendiamo in coordinate quindi per esempio il punto di coordinate $(1,0)$ soddisferà chiaramente l'equazione e $CP=1(v-2w)$ che sarà $OP=OC+(v-2w)=2w+(v-2w)=v$ e otteniamo nuovamente le coordinate rispetto al vecchio riferimento.

Naturalmente potevamo scegliere $X,Y$ in modo tale che si ottenga un riferimento quantomeno ortogonale.
Infatti con i punti da te trovati avremmo avuto una base ortogonale in quanto

$A(0,sqrt(5)+2)$ e $B(sqrt5,2)$

da cui otteniamo che $CA=(0,sqrt(5))=wsqrt5 $ e $CB=(sqrt5,0)=vsqrt5$
e poniamo $R(C,[vsqrt5,wsqrt5])$ da cui banalmente la matrice sarà

$[(5,0),(0,5)]$

dunque questa volta la circonferenza sarà

$5x^2+5y^2=5 <=> x^2+y^2=1$

Se hai qualche dubbio chiedi pure.


Valery Beauchamp
"anto_zoolander":
$ R(C,[vsqrt5,wsqrt5]) $


Ecco io avevo messo esattamente questo riferimento però mi sembrava non fosse giusto , non so perchè. Saranno le scarse informazioni, perchè l'unica cosa spiegata a lezione era la matrice di cambiamento di base e quindi sto facendo uno sforzo enorme per fare questi esercizi.

Ora mi leggo meglio tutta la tua spiegazione perchè l'ho letta un pò di fretta.

Grazie ancora :D

Valery Beauchamp
"anto_zoolander":


rispetto a questo riferimento chiaramente $X(1,0)=CX=1*(v-2w)$ e lo stesso vale per il punto $Y$ che ha coordinate $(0,1)$ in quanto $Y(0,1)=CY=1*(v-2w)$ e il punto $C$ avrà banalmente coordinata $(0,0)$ anche se non lo conosciamo, è univocamente determinato.


$Y(0,1)=CY=1*(v-2w)$ non è un errore? non dovrebbe essere $Y(0,1)=CY=1*(2v-w)$ è l'unica cosa che non mi torna della spiegazione.

anto_zoolander
Se ci fai caso ho scritto prima $2v-w$ e poi ho scritto $CX,CY$ uguali
Sarà stata distrazione, comunque non influisce.

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