Analitička geometrija je grana geometrije u kojoj se koriste algebarske metode prvenstveno linearne algebre da bi se riješili geometrijski problemi.
Metoda analitičke geometrije se koristi u svim primijenjenim znanostima, ali posebno unutar fizike, npr. za opis putanje planeta.
Prvo se je analitička geometrija bavila pitanjima planeta i tzv. euklidskom geometrijom (prostornom geometrijom).
Osnova analitičke geometrije je korištenje koordinatnog sustava. Obično se koristi Kartezijev koordinatni sustav .
Sa (x, y) označavaju se početne koordinate a sa (x', y') nove
Ako x 0 , y 0 su koordinate koordinatnog početka u novom sistemu, onda vrijedi:
x
′
=
x
−
x
0
,
y
′
=
y
−
y
0
{\displaystyle x'=x-x_{0},\quad y'=y-y_{0}\,}
Ako se kut rotiranja
α
{\displaystyle \alpha }
x -os treba pomjerati da bi se podudarii s pozitivnim y -osom) onda su formule za transformaciju:
x
′
=
x
cos
α
+
y
sin
α
x
=
x
′
cos
α
−
y
′
sin
α
{\displaystyle x'=x\cos \alpha +y\sin \alpha \quad x=x'\cos \alpha -y'\sin \alpha \,}
y
′
=
y
cos
α
−
x
sin
α
y
=
x
′
sin
α
+
y
′
cos
α
{\displaystyle y'=y\cos \alpha -x\sin \alpha \quad y=x'\sin \alpha +y'\cos \alpha \,}
Udaljenost između točaka (x 1 , y 1 ) i (x 2 , y 2 ) je:
(
x
2
−
x
1
)
2
+
(
y
2
−
y
1
)
2
{\displaystyle {\sqrt {(x_{2}-x_{1})^{2}+(y_{2}-y_{1})^{2}}}\,}
Ako vrhovi trokuta imaju koordinate (x 1 , y 1 ),
(x 2 , y 2 ) i
(x 3 , y 3 ), njihova površina je
±
T
=
1
2
|
x
1
y
1
1
x
2
y
2
1
x
3
y
3
1
|
=
{\displaystyle \pm T={\frac {1}{2}}{\begin{vmatrix}x_{1}&y_{1}&1\\x_{2}&y_{2}&1\\x_{3}&y_{3}&1\end{vmatrix}}=}
=
1
2
[
x
1
(
y
2
−
y
3
)
+
x
2
(
y
3
−
y
1
)
+
x
3
(
y
1
−
y
2
)
]
{\displaystyle ={\frac {1}{2}}[x_{1}(y_{2}-y_{3})+x_{2}(y_{3}-y_{1})+x_{3}(y_{1}-y_{2})]\,}
Da bi T bilo pozitivno, moraju točke (x 1 ,y 1 ),
(x 2 , y 2 ) i
(x 3 , y 3 ) slijediti jedna drugu u pozitivnom pravcu, tj. suprotno smjeru kretanja kazaljki na satu.
Ako se udaljenost između točaka (x 1 , y 1 ) och (x 2 , y 2 ), dijeli u odnosu na m/n koordinate će biti:
x
=
m
x
2
+
n
x
1
m
+
n
,
y
=
m
y
2
+
n
y
1
m
+
n
{\displaystyle x={\frac {mx_{2}+nx_{1}}{m+n}},\quad y={\frac {my_{2}+ny_{1}}{m+n}}\,}
Neka
α
{\displaystyle \alpha }
x -osom. Ako pravac prolazi kroz točke (x 1 , y 1 ) i (x 2 ,y 2 ) onda je oeficijent kuta pravca:
tan
α
=
y
2
−
y
1
x
2
−
x
1
;
x
1
≠
x
2
{\displaystyle \tan \alpha ={\frac {y_{2}-y_{1}}{x_{2}-x_{1}}};\quad x_{1}\neq x_{2}\,}
Jednadžba pravca je jednadžba prvog reda po x i y i opća formula je
A
x
+
B
y
+
C
=
0
{\displaystyle Ax+By+C=0\,}
Svaka jednadžba prvog reda predstavlja pravca.
x
=
a
{\displaystyle x=a\,}
znači pravac paralelan s y -osom i
y
=
b
{\displaystyle y=b\,}
pravac paralelan s
är en linje parallell med x -osom.
y
=
k
x
{\displaystyle y=k\,x\,}
je pravac kroz koordinatni početak.
Pravac se može napisati i u obliku
y
=
k
x
+
m
{\displaystyle y=k\,x+m\,}
ako je pravac paralelan s y -osom, tj. B är različit od nule. Ovdje je k koeficijent kuta pravca
k
=
−
A
B
,
m
=
−
C
B
{\displaystyle k=-{\frac {A}{B}},\quad m=-{\frac {C}{B}}\,}
i m y -koordinate dodira pravca s y -osom.
Parametri presjecanja su točke presjeka pravaca x -ose i y-ose i pišu se
x
a
+
y
b
=
1
{\displaystyle {\frac {x}{a}}+{\frac {y}{b}}=1}
gdje a je x -koordinata za točku presjeka pravca s x -osom a b je y -koordinata za točku presjeka pravca s y -osom ili
a
=
−
C
A
,
b
=
−
C
B
{\displaystyle a=-{\frac {C}{A}},\quad b=-{\frac {C}{B}}\,}
x
cos
α
+
y
sin
α
−
m
=
0
{\displaystyle x\cos \alpha +y\sin \alpha -m=0\,}
je standardni oblik pravca.
α
{\displaystyle \alpha }
m bestäms ur
m
=
−
C
A
2
+
B
2
,
{\displaystyle m=-{\frac {C}{\sqrt {A^{2}+B^{2}}}},}
cos
α
=
A
A
2
+
B
2
,
sin
α
=
B
A
2
+
B
2
{\displaystyle \cos \alpha ={\frac {A}{\sqrt {A^{2}+B^{2}}}},\quad \sin \alpha ={\frac {B}{\sqrt {A^{2}+B^{2}}}}}
Znak kvadratnog korijena se bira tako da m bude pozitivno.
m je dužina normale iz koordinatnog početka do pravca i
α
{\displaystyle \alpha }
x -osom.
Pravac napisan u standardom obliku
x
cos
α
+
y
sin
α
−
m
=
0
{\displaystyle x\cos \alpha +y\sin \alpha -m=0\,}
Onda je udaljenost točke P s koordinatama (x 1 ,y 1 ):
p
=
±
(
x
1
cos
α
+
y
1
sin
α
−
m
)
{\displaystyle p=\pm (x_{1}\cos \alpha +y_{1}\sin \alpha -m)\,}
gdje se znak + bira ako koordinatni početak i P leže na različitim stranama pravca.
Jednadžba za pravac kroz točku (x 1 , y 1 ) s kutnim koeficijentom k je
y
−
y
1
=
k
(
x
−
x
1
)
{\displaystyle y-y_{1}=k(x-x_{1})\,}
Jednadžba za pravac kroz točke (x 1 , y 1 ) i (x 2 , y 2 ) je
y
−
y
1
=
y
2
−
y
1
x
2
−
x
1
(
x
−
x
1
)
{\displaystyle y-y_{1}={\frac {y_{2}-y_{1}}{x_{2}-x_{1}}}(x-x_{1})\,}
Ako su koeficijenti kuta pravca k 1 i k 2 kut između pravaca izračunava se kao:
tan
β
=
k
2
−
k
1
1
+
k
1
k
2
{\displaystyle \tan \beta ={\frac {k_{2}-k_{1}}{1+k_{1}k_{2}}}\,}
Krivulja u ortogonalnom koordinatnom sustavu daje vezu između koordinata x i y i može se napisati kao funkcija.
Jednadžba krivulje se može napisati u eksplicitnom obliku
y
=
f
(
x
)
{\displaystyle y=f(x)\,}
u implicitnom obliku
F
(
x
,
y
)
=
0
{\displaystyle F(x,y)=0\,}
ili u parametarskom obliku
x
=
x
(
t
)
,
y
=
y
(
t
)
{\displaystyle x=x(t),\quad y=y(t)\,}
U polarnim koordinatama
(
r
,
ψ
)
{\displaystyle (r,\psi )}
r
=
f
(
ψ
)
{\displaystyle r=f(\psi )\,}
ili
F
(
r
,
ψ
)
=
0
{\displaystyle F(r,\psi )=0\,}
Koeficijent kuta za tengentu jednog pravca u pravokutnim koordinatima je jednak derivaciji funkcije u točki dodira:
k
=
d
y
d
x
=
d
f
(
x
)
d
x
{\displaystyle k={\frac {dy}{dx}}={\frac {d\,f(x)}{dx}}\,}
k
=
−
∂
F
∂
x
∂
F
∂
y
(implicitan oblik)
{\displaystyle k=-{\frac {\frac {\partial F}{\partial x}}{\frac {\partial F}{\partial y}}}\,\quad {\text{(implicitan oblik)}}}
k
=
y
′
(
t
)
x
′
(
t
)
(parametarski oblik)
{\displaystyle k={\frac {y'(t)}{x'(t)}}\,\quad {\text{(parametarski oblik)}}}
S asimptotom jedne krive misli se na pravac takav da razdaljina između pravca i točke na krivoj ide prema nuli gdje točka ide u beskonačnost .
Ako se asimptota krivulje y = f(x) piše pomoću jednadžbe y = kx + m , onda se k i m određuju prema:
k
=
lim
x
→
∞
f
(
x
)
x
,
m
=
lim
x
→
∞
[
f
(
x
)
−
k
x
]
{\displaystyle k=\lim _{x\rightarrow \infty }{\frac {f(x)}{x}},\quad m=\lim _{x\rightarrow \infty }[f(x)-kx]\,}
Koordinatni sustav u R 3 Koordinatni sustav u R 3 koristi tri ravnine, obično okomite jedna na drugu. Točke presjeka se nazivaju x -, y - i z -os. Ove tri ravnine označavaju se po ulaznim osama kao
xy -ravnina, yz -ravnina i xz -ravnina.
Koordinate točke P' (x, y, z) su okomita udaljenost do yz -, xz - i xy -ravni.
Ako su
α
,
β
,
γ
{\displaystyle \alpha ,\,\beta ,\,\gamma \,}
r i os onda je
x
=
r
cos
α
,
y
=
r
cos
β
,
z
=
r
cos
γ
{\displaystyle x=r\cos \alpha ,\quad y=r\cos \beta ,\quad z=r\cos \gamma }
gdje
cos
α
,
cos
β
,
cos
γ
{\displaystyle \cos \alpha ,\,\cos \beta ,\,\cos \gamma }
su kosinusi smjera označeni s a , b i c za koje vrijedi
a
2
+
b
2
+
c
2
=
1
{\displaystyle a^{2}+b^{2}+c^{2}=1\,}
Ako imamo dva pravca, OA 1 s kosinusima smjera a 1 , b 1 i c 1 i OA 2 s kosinusima smjera a 2 , b 2 i c 2 , onda vrijedi za kut
θ
{\displaystyle \theta }
OA 1 i OA 2 :
cos
θ
=
a
1
a
2
+
b
1
b
2
+
c
1
c
2
{\displaystyle \cos \theta =a_{1}a_{2}+b_{1}b_{2}+c_{1}c_{2}\,}
S prijelazom iz pravkokutnog koordinatnog sustava (xyz ) u jedan drugi (x'y'z' ) sa zajedničkim koordinatnim početkom ali različitim smjerovima osi i smjerovima kosinusa u xyz -osi označenim
za x' -os sa
(
a
′
,
b
′
,
c
′
)
{\displaystyle (a',b',c')\,}
za y' -os sa
(
a
″
,
b
″
,
c
″
)
{\displaystyle (a'',b'',c'')\,}
za z' -os sa
(
a
‴
,
b
‴
,
c
‴
)
{\displaystyle (a''',b''',c''')\,}
biće transformacije
x
=
a
′
x
′
+
b
′
y
′
+
c
′
z
′
y
=
a
″
z
′
+
b
″
y
′
+
c
″
z
′
z
=
a
‴
x
′
+
b
‴
y
′
+
c
‴
z
′
x
′
=
a
′
x
+
a
″
y
+
a
‴
z
y
′
=
b
′
x
+
b
″
y
+
b
‴
z
z
′
=
c
′
x
+
c
″
y
+
c
‴
z
{\displaystyle {\begin{aligned}x&=a'x'+b'y'+c'z'\\y&=a''z'+b''y'+c''z'\\z&=a'''x'+b'''y'+c'''z'\end{aligned}}{\begin{aligned}\qquad x'&=a'x+a''y+a'''z\\y'&=b'x+b''y+b'''z\\z'&=c'x+c''y+c'''z\end{aligned}}}
Udaljenost d između točaka (x 1 , y 1 , z 1 ) i (x 2 , y 2 , z 2 ) je
d
=
(
x
2
−
x
1
)
2
+
(
y
2
−
y
1
)
2
+
(
z
2
−
z
1
)
2
{\displaystyle d={\sqrt {(x_{2}-x_{1})^{2}+(y_{2}-y_{1})^{2}+(z_{2}-z_{1})^{2}}}\,}
Ako su a , b i c kosinusi pravca za pravac između dvije točke, onda se izračunavaju kao
a
=
x
2
−
x
1
d
,
b
=
y
2
−
y
1
d
,
c
=
z
2
−
z
1
d
,
{\displaystyle a={\frac {x_{2}-x_{1}}{d}},\quad b={\frac {y_{2}-y_{1}}{d}},\quad c={\frac {z_{2}-z_{1}}{d}},\,}
Ako je (x0 , y0 , z0 ) jedinični vektor do jedne točke u ravnini i (A , B , C ) je okomit vektor na ravninu, može se jednadžba ravnine napisati kao skalrarni proizvod okimitog vektora i vektora (x - x0 , y - y0 , z - z0 ):
(
A
,
B
,
C
)
(
x
−
x
0
,
y
−
y
0
,
z
−
z
0
)
=
0
{\displaystyle (A,B,C)(x-x_{0},y-y_{0},z-z_{0})=0\,}
što daje generalni oblik jednadžbe ravni kao
A
x
+
B
y
+
C
z
+
D
=
0
{\displaystyle Ax+By+Cz+D=0\,}
gdje je D
−
(
A
x
0
+
B
y
0
+
C
z
0
)
{\displaystyle -(Ax_{0}+By_{0}+Cz_{0})\,}
Jednadžba prvog reda predstavlja uvijek ravnunu. Cosinusi pravca za okomicu ravnine su
En ekvation av första graden representerar alltid ett plan. Riktningscosinerna för planets normal är
A
±
A
2
+
B
2
+
C
2
)
,
B
±
A
2
+
B
2
+
C
2
)
,
C
±
A
2
+
B
2
+
C
2
)
,
{\displaystyle {\frac {A}{\pm {\sqrt {A^{2}+B^{2}+C^{2})}}}},\quad {\frac {B}{\pm {\sqrt {A^{2}+B^{2}+C^{2})}}}},\quad {\frac {C}{\pm {\sqrt {A^{2}+B^{2}+C^{2})}}}},\,}
Znak pred korijenom se izabire tako da je
D
±
A
2
+
B
2
+
C
2
)
{\displaystyle {\frac {D}{\pm {\sqrt {A^{2}+B^{2}+C^{2})}}}}\,}
Dijeljenjem sa
±
A
2
+
B
2
+
C
2
)
{\displaystyle \pm {\sqrt {A^{2}+B^{2}+C^{2})}}\,}
dobijemo jednadžbu ravni u okomitom obliku
x
cos
α
+
y
cos
β
+
z
cos
γ
=
p
{\displaystyle x\cos \alpha +y\cos \beta +z\cos \gamma =p\,}
gdje su
α
,
β
,
γ
{\displaystyle \alpha ,\beta ,\gamma }
p je udaljenost okomice od koordinatnog početka pa do ravnine.
Jednadžba ravni s okomitim vektorom n , datom točkom r 0 i r kao jediničnim vektorim za proizvoljnu točku
(x, y, z) u ravnini je
(
r
−
r
0
)
n
=
0
{\displaystyle (\mathbf {r} -\mathbf {r} _{0})\mathbf {n} =0\,}
Koordinate točke se pišu u okomitom obliku ravnine
x
cos
α
+
y
cos
β
+
z
cos
γ
−
p
=
0
{\displaystyle x\cos \alpha +y\cos \beta +z\cos \gamma -p=0\,}
a udaljenost je onda jednaka lijevoj strani jednadžbe s predznakom '-' ako točka i koordinatni početak se nalaze na istoj strani ravnine, inače s predznakom '+'.
Primjer:
Izračunati udaljenost od točke (1, -3, 2) do ravnine
x
+
2
y
−
2
z
+
6
=
0
{\displaystyle x+2y-2z+6=0\,}
Jednadžba ravnine u okomitom obliku
x
+
2
y
−
2
z
+
6
−
3
=
0
;
d
=
1
−
3
⋅
2
−
2
⋅
2
+
6
−
3
=
1
{\displaystyle {\frac {x+2y-2z+6}{-3}}=0;\quad d={\frac {1-3\cdot 2-2\cdot 2+6}{-3}}=1\,}
Kut
ω
{\displaystyle \omega }
A
1
x
+
B
1
y
+
C
1
z
+
D
1
=
0
{\displaystyle A_{1}x+B_{1}y+C_{1}z+D_{1}=0\,}
A
2
x
+
B
2
y
+
C
2
z
+
D
2
=
0
{\displaystyle A_{2}x+B_{2}y+C_{2}z+D_{2}=0\,}
izračunava se pomoću jednadžbe
cos
ω
=
A
1
A
2
+
B
1
B
2
+
C
1
C
2
A
1
2
+
B
1
2
+
C
1
2
A
2
2
+
B
2
2
+
C
2
2
{\displaystyle \cos \omega ={\frac {A_{1}A_{2}+B_{1}B_{2}+C_{1}C_{2}}{{\sqrt {A_{1}^{2}+B_{1}^{2}+C_{1}^{2}}}{\sqrt {A_{2}^{2}+B_{2}^{2}+C_{2}^{2}}}}}\,}
Ako su okomiti vektori na ravninu poznati može se skalarni proizvod okomitih vektora upotrijebiti da bi se izračunao kut između ravnine:
cos
ω
=
n
1
n
2
|
n
1
|
|
n
2
|
{\displaystyle \cos \omega ={\frac {\mathbf {n} _{1}\mathbf {n} _{2}}{|\mathbf {n} _{1}||\mathbf {n} _{2}|}}\,}
Pravac se može smatrati presjekom između dvije ravnine i može se napisati uz pomoć jednadžbi prvog reda
A
1
x
+
B
1
y
+
C
1
z
+
D
1
=
0
{\displaystyle A_{1}x+B_{1}y+C_{1}z+D_{1}=0\,}
A
2
x
+
B
2
y
+
C
2
z
+
D
2
=
0
{\displaystyle A_{2}x+B_{2}y+C_{2}z+D_{2}=0\,}
Pravac se može napisati pomoću točke P = (x 0 , y 0 , z 0 ) na pravcu i vektora pravca u :
U parametarskom obliku vrijedi za jednu točku (x , y , z ) na pravoj liniji:
(
x
,
y
,
z
)
=
(
x
0
,
y
0
,
z
0
)
+
λ
(
a
,
b
,
c
)
{\displaystyle (x,y,z)=(x_{0},y_{0},z_{0})+\lambda (a,b,c)\,}
ili
x
=
x
0
+
a
λ
{\displaystyle x=x_{0}+a\lambda \,}
y
=
y
0
+
b
λ
{\displaystyle y=y_{0}+b\lambda \,}
z
=
z
0
+
c
λ
{\displaystyle z=z_{0}+c\lambda \,}
gdje su a , b i c koeficijenti pravca,
ili poslije eliminiranja parametara
x
−
x
0
a
=
y
−
y
0
b
=
z
−
z
0
c
{\displaystyle {\frac {x-x_{0}}{a}}={\frac {y-y_{0}}{b}}={\frac {z-z_{0}}{c}}\,}
U vektorskom obliku jednadžba pravca se može napisati kao
r
=
r
0
+
t
u
{\displaystyle \mathbf {r} =\mathbf {r} _{0}+t\mathbf {u} \,}
Kriva linija u R 3 može nastati na više načina:
Kao presjekk dvije površine:
F
1
(
x
,
y
,
z
)
=
0
F
2
(
x
,
y
,
z
)
=
0
{\displaystyle F_{1}(x,y,z)=0\quad F_{2}(x,y,z)=0\,}
U parametarskom obliku:
x
=
x
(
t
)
y
=
y
(
t
)
z
=
z
(
t
)
{\displaystyle x=x(t)\quad y=y(t)\quad z=z(t)\,}
U vektorskom obliku:
r
=
x
(
t
)
i
+
y
(
t
)
j
+
z
(
t
)
k
{\displaystyle \mathbf {r} =x(t)\mathbf {i} +y(t)\mathbf {j} +z(t)\mathbf {k} \,}
Primjer:
Uvrnuta kriva linija se može napisati u parametarskom obliku kao
x
=
r
cos
(
t
)
y
=
r
sin
(
t
)
z
=
k
t
{\displaystyle x=r\cos(t)\quad y=r\sin(t)\quad z=kt\,}
Dužina luka na krivoj liniji je
d
s
=
d
x
2
+
d
y
2
+
d
z
2
{\displaystyle ds={\sqrt {dx^{2}+dy^{2}+dz^{2}}}\,}
Dužina luka između t 0 i t je
s
=
∫
t
0
t
x
′
(
t
)
2
+
y
′
(
t
)
2
+
z
′
(
t
)
2
d
t
{\displaystyle s=\int _{t_{0}}^{t}{\sqrt {x'(t)^{2}+y'(t)^{2}+z'(t)^{2}}}dt\,}
Jednadžba tangente u vektorskom obliku je
t
=
(
d
r
d
s
)
0
,
r
=
r
0
+
λ
(
d
r
d
s
)
0
{\displaystyle \mathbf {t} =\left({\frac {d\mathbf {r} }{ds}}\right)_{0},\quad \mathbf {r} =\mathbf {r_{0}} +\lambda \left({\frac {d\mathbf {r} }{ds}}\right)_{0}\,}
Jednadžba u vektorskom obliku za okomitu ravninu u točki s je
(
r
−
r
0
)
(
d
r
d
s
)
0
=
0
{\displaystyle (\mathbf {r} -\mathbf {r_{0}} )\left({\frac {d\mathbf {r} }{ds}}\right)_{0}=0\,}
U točki na krivoj liniji u R 3 može se općenito dodati nebrojeno mnogo tangentnih ravni krivulji. Tangentna ravnina koja je kao najbliža naslonjena na krivu liniju se naziva dodirna ravnina i ima jednadžbu
A
(
x
−
x
0
)
+
B
(
y
−
y
0
)
+
C
(
z
−
z
0
)
=
0
{\displaystyle A(x-x_{0})+B(y-y_{0})+C(z-z_{0})=0\,}
gdje se A, B i C izračunavaju iz formula
A
=
y
′
(
s
)
z
″
(
s
)
−
z
′
(
s
)
y
″
(
s
)
{\displaystyle A=y'(s)z''(s)-z'(s)y''(s)\,}
B
=
z
′
(
s
)
x
″
(
s
)
−
x
′
(
s
)
z
″
(
s
)
{\displaystyle B=z'(s)x''(s)-x'(s)z''(s)\,}
C
=
x
′
(
s
)
y
″
(
s
)
−
y
′
(
s
)
x
″
(
s
)
{\displaystyle C=x'(s)y''(s)-y'(s)x''(s)\,}
ili u vektorksom obliku
(
r
−
r
0
)
(
d
r
d
s
×
d
2
r
d
s
2
)
0
=
0
{\displaystyle (\mathbf {r} -\mathbf {r} _{0})\left({\frac {d\mathbf {r} }{ds}}\times {\frac {d^{2}\mathbf {r} }{ds^{2}}}\right)_{0}=0\,}
Okomica krivulje koja leži u dodirnoj ravnini se naziva glavna okomica . Njen pravac je isti kao i pravac vektora
(
d
2
r
d
s
2
)
0
{\displaystyle \left({\frac {d^{2}\mathbf {r} }{ds^{2}}}\right)_{0}\,}
Dužina ovog vektora se naziva krivina K , a vektoor se naziva zakrivljenim vektorom:
K
=
|
d
2
r
d
s
2
|
0
=
(
d
2
x
d
s
2
)
0
2
+
(
d
2
y
d
s
2
)
0
2
+
(
d
2
z
d
s
2
)
0
2
{\displaystyle K=\left|{\frac {d^{2}\mathbf {r} }{ds^{2}}}\right|_{0}={\sqrt {\left({\frac {d^{2}x}{ds^{2}}}\right)_{0}^{2}+\left({\frac {d^{2}y}{ds^{2}}}\right)_{0}^{2}+\left({\frac {d^{2}z}{ds^{2}}}\right)_{0}^{2}}}\,}
Površina u R 3 može se napisati u parametarskom obliku
x
=
x
(
u
,
v
)
{\displaystyle x=x(u,v)\,}
y
=
y
(
u
,
v
)
{\displaystyle y=y(u,v)\,}
z
=
z
(
u
,
v
)
{\displaystyle z=z(u,v)\,}
ili u vektorskom obliku
r
=
r
(
u
,
v
)
{\displaystyle \mathbf {r} =\mathbf {r} (u,v)\,}
Jednadžba se može također dati kao
F
(
x
,
y
,
z
)
=
0
{\displaystyle F(x,y,z)=0\,}
ili
z
=
f
(
x
,
y
)
{\displaystyle z=f(x,y)\,}
U ovom drugom slučaju x i y se mogu smatrati paramtrima, a odakle slijedi jednadžba u parametarskom obliku:
x
=
u
y
=
v
z
=
f
(
u
,
v
)
{\displaystyle {\begin{aligned}x&=u\\y&=v\\z&=f(u,v)\,\end{aligned}}}
d
r
2
=
d
s
2
=
d
x
2
+
d
y
2
+
d
z
2
=
=
[
1
+
(
∂
z
∂
x
)
2
]
d
x
2
+
2
∂
z
∂
x
∂
z
∂
y
d
x
d
y
+
[
1
+
(
∂
z
∂
y
)
2
]
d
y
2
{\displaystyle {\begin{aligned}d\mathbf {r} ^{2}&=ds^{2}=dx^{2}+dy^{2}+dz^{2}=\\&=\left[1+\left({\frac {\partial z}{\partial x}}\right)^{2}\right]dx^{2}+2{\frac {\partial z}{\partial x}}{\frac {\partial z}{\partial y}}dx\,dy+\left[1+\left({\frac {\partial z}{\partial y}}\right)^{2}\right]dy^{2}\,\end{aligned}}}
Ako je jednadžba površine
F
(
x
,
y
,
z
)
=
0
{\displaystyle F(x,y,z)=0\,}
može se jednadžba tangente ravni napisati u dodirnoj točki
(x0 , y0 , z0 ):
(
x
−
x
0
)
F
x
0
′
+
(
y
−
y
0
)
F
y
0
′
+
(
z
−
z
0
)
F
z
0
′
=
0
{\displaystyle (x-x_{0})F_{x_{0}}'+(y-y_{0})F_{y_{0}}'+(z-z_{0})F_{z_{0}}'=0\,}
ili u vektorskom obliku kao
(
r
−
r
0
)
(
grad
F
)
0
=
0
{\displaystyle (\mathbf {r} -\mathbf {r} _{0})({\text{grad}}\,F)_{0}=0\,}
Ako je jednadžba površine
F
(
x
,
y
,
z
)
=
0
{\displaystyle F(x,y,z)=0\,}
onda vrijedi za okomicu površine u točki
(x0 , y0 , z0 ):
x
−
x
0
F
x
0
′
=
y
−
y
0
F
y
0
′
=
z
−
z
0
F
z
0
′
{\displaystyle {\frac {x-x_{0}}{F_{x_{0}}'}}={\frac {y-y_{0}}{F_{y_{0}}'}}={\frac {z-z_{0}}{F_{z_{0}}'}}\,}
ili
r
−
r
0
=
λ
(
grad
F
)
0
{\displaystyle \mathbf {r} -\mathbf {r} _{0}=\lambda ({\text{grad}}\,F)_{0}\,}
![{\displaystyle ={\frac {1}{2}}[x_{1}(y_{2}-y_{3})+x_{2}(y_{3}-y_{1})+x_{3}(y_{1}-y_{2})]\,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c0f59a1cbf40124aa51042333257ebb46bbe5b9f)
![{\displaystyle k=\lim _{x\rightarrow \infty }{\frac {f(x)}{x}},\quad m=\lim _{x\rightarrow \infty }[f(x)-kx]\,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/179982adf2ef7eccae4ac3966dd1d9bb1d2826c8)
![{\displaystyle {\begin{aligned}d\mathbf {r} ^{2}&=ds^{2}=dx^{2}+dy^{2}+dz^{2}=\\&=\left[1+\left({\frac {\partial z}{\partial x}}\right)^{2}\right]dx^{2}+2{\frac {\partial z}{\partial x}}{\frac {\partial z}{\partial y}}dx\,dy+\left[1+\left({\frac {\partial z}{\partial y}}\right)^{2}\right]dy^{2}\,\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/89bf4a96370221f0a71e0a0d1dc8138847ecfb89)
