Zobrazení a kombinatorika
Jak se z toho učit
- 1Části 1–4 jsou geometrie, část 5 kombinatorika. U konstrukcí si nejdřív zkus postup sám na papír, pak klikej Další krok.
- 2Variace a permutace máš z písemky za 1, tady je jen rychlé opakování. Nové jsou kombinace.
- 3Na konec ČPP nanečisto na 45 minut, s pravítkem a kružítkem. Ráno projdi Co musíš umět a Kde se chybuje.
Co musíš umět
1Zobrazení a shodnost
Zobrazení v rovině přiřadí každému bodu X právě jeden bod X′. X je vzor, X′ obraz.
Shodné zobrazení (shodnost): obrazem každé úsečky je úsečka s ní shodná. Útvar má stejný tvar i velikost, jen se přemístí.
Přímá shodnost: útvar stačí posunout nebo otočit. Pořadí vrcholů se zachová.
Nepřímá shodnost: útvar se musí překlopit, oběh A → B → C se obrátí.
Nepřímá je jen osová souměrnost. Středová souměrnost, posunutí i otočení jsou přímé.
2Čtyři shodná zobrazení
Osová souměrnost O(o)
nepřímá- Obraz bodu
- XX′ ⊥ o a střed XX′ leží na ose o.
- Samodružné
- všechny body osy, osa, přímky kolmé k ose
Středová souměrnost S(S)
přímá- Obraz bodu
- S je střed úsečky XX′. Určí ji střed, nebo dvojice X, X′.
- Samodružné
- jediný bod S, všechny přímky přes S
Posunutí T(AB)
přímá- Obraz bodu
- XX′ má stejnou délku i směr jako orientovaná úsečka AB.
- Samodružné
- žádný bod, přímky rovnoběžné s AB
Otočení R(S; φ)
přímá- Obraz bodu
- |SX′| = |SX| a |∢XSX′| = φ. Kladný úhel = proti směru hodinových ručiček.
- Samodružné
- jediný bod S, střed otočení
Co je obrazem přímky
| O(o) | p ∥ o → rovnoběžka na druhé straně. p ⊥ o → sama sebe. Různoběžka → protne osu ve stejném bodě jako p. |
| S(S) | S ∈ p → p′ = p. S ∉ p → p′ ∥ p, stejně daleko na druhé straně. |
| T(AB) | p ∥ AB → p′ = p. Jinak p′ ∥ p: posuň jeden bod a veď rovnoběžku. |
| R(S; φ) | p′ svírá s p úhel φ. Otoč patu kolmice z S a veď kolmici. |
| kružnice | U všech shodností: zobraz střed, poloměr zůstane. |
Které zobrazení to je?
Klikni na odpověď.
- Je to nepřímá shodnost.
- Nemá žádný samodružný bod.
- Otočení o 180° je totéž co…
- Samodružné jsou všechny přímky kolmé k jedné přímce.
- Samodružné jsou přímky rovnoběžné s orientovanou úsečkou.
- Jediný samodružný bod a samodružné jsou všechny přímky přes něj.
Souměrné útvary
Osově souměrný: U = U′ v O(o). Středově souměrný: U = U′ v S(S).
- Kolik os souměrnosti má čtverec?
- Kolik os má obdélník (ne čtverec)?
- Kolik os má rovnostranný trojúhelník?
- Kolik os má kosodélník?
- Kolik os má pravidelný n-úhelník?
- Je rovnostranný trojúhelník středově souměrný?
- Je kosodélník středově souměrný?
3Konstrukční úlohy pomocí zobrazení
Všechny úlohy ze skript fungují stejně:
- Dvě čáryHledaný bod leží na dvou čarách: na přímce a na kružnici, nebo na dvou přímkách.
- Zobraz jednuZobrazení vyčteš ze zadání: střed úsečky → středová, rovnoběžka a délka → posunutí, úhel a stejná vzdálenost → otočení, odraz → osová.
- PrůsečíkObraz první čáry protni s druhou. Počet průsečíků = počet řešení.
Osová souměrnost: nejkratší cesta (př. 80)
Body A, B leží v jedné polorovině určené přímkou p. Najdi na p bod X tak, aby |AX| + |XB| byl co nejmenší.
Středová souměrnost: úsečka s daným středem (př. 89)
Je dána k(S; 2 cm), přímka p a bod M. Sestroj úsečku XY se středem M, X ∈ k, Y ∈ p.
Posunutí: úsečka mezi dvěma přímkami (př. 96)
Jsou dány různoběžky a, b a MN. Sestroj úsečku AB: A ∈ a, B ∈ b, |AB| = |MN|, AB ∥ MN.
Otočení: rovnoramenný trojúhelník (př. 102)
Jsou dány různoběžky p, q a bod M. Sestroj X ∈ p, Y ∈ q tak, aby |∢XMY| = 60° a |MX| = |MY|.
Jaké zobrazení použiješ?
Další příklady ze skript. Nekresli, jen urči.
- Čtverec ABCD: A ∈ k, C ∈ p, střed čtverce je M. (př. 90)
- Úsečka XY: X ∈ k1, Y ∈ k2, XY ∥ S1S2, |XY| = ½|S1S2|. (př. 97)
- Čtverec ABCD: A = M, B ∈ k, D ∈ p. (př. 103)
- Rovnostranný trojúhelník ABC: A = M, C ∈ k, B ∈ p. (př. 104)
- Úsečka XY: X ∈ k, Y ∈ p, XY ⊥ q, střed XY leží na q. (př. 84)
- Kulečník: koule A má po odrazu od mantinelu trefit B. (př. 83)
4Stejnolehlost
Homotetiestřed S, koeficient κ ≠ 0
|SX′| = |κ| · |SX|
κ > 0: X′ leží na polopřímce SX. κ < 0: na opačné polopřímce. S′ = S. Stejnolehlost je podobné zobrazení, ne shodné.
Ve stejnolehlosti platí
- přímka a její obraz jsou rovnoběžné
- obrazem úhlu je shodný úhel
- |A′B′| = |κ| · |AB|
- samodružný je jen S, samodružné přímky procházejí S
- zpět vede H(S; 1κ)
Kružnice
Obraz k(O; r) je k′(O′; |κ| · r): zobraz střed a vynásob poloměr.
Dvě kružnice s různými poloměry (a stejně dvě rovnoběžné úsečky různé délky) mají dva středy stejnolehlosti: vnější S1 (κ > 0) a vnitřní S2 (κ < 0). Najdeš je spojením konců rovnoběžných poloměrů.
Stejnolehlost: čtverec vepsaný do trojúhelníku (př. 110)
Do ostroúhlého trojúhelníku ABC vepiš čtverec KLMN: KL ⊂ AB, M ∈ BC, N ∈ AC.
Počítej s κ
Z hlavy.
- Úsečka má 3 cm. Jak dlouhý je obraz v H(S; −2)?
- Kružnice k(O; 2 cm) v H(S; 32) má poloměr…
- Kde leží obraz bodu X v H(S; −12)?
- Kolikrát se zvětší obsah trojúhelníku v H(S; 3)?
- Stejnolehlost H(S; −1) je…
- Kolik středů stejnolehlosti mají dvě nesoustředné kružnice s různými poloměry?
Všechny příklady ze skript na stejnolehlost krok po kroku: stejnolehlost.pages.dev (z té písemky máš 1).
5Kombinatorika
Variace a permutace jsi psal za 1. Tady je rychlé opakování a to nové: kombinace.
VARIACEpořadí ano, jen k z n
V(k, n) = n!(n − k)!
medaile, funkce, čísla z cifer
PERMUTACEpořadí ano, všech n
P(n) = n!
seřazení, přesmyčky, 0! = 1
KOMBINACEpořadí ne, k z n
K(k, n) = nk
skupiny, dvojice, výběr do týmu
Dvojice z výletu (př. 23)
Milan, Anička, Klára a Tomáš. Kolik dvojic vytvoří?
Variace: V(2, 4) = 12, MA ≠ AMKombinace: 12 : 2! = 6, MA = AM
Kombinace = variace vydělené k!, protože každou skupinu jde seřadit k! způsoby.
Definice a vzorec
- k-členná kombinace z n prvků je neuspořádaná k-tice (skupina) navzájem různých prvků vybraných z n prvků. k ≤ n
- Počet: K(k, n) = nk = n!k! (n − k)!. Čte se „n nad k“ (kombinační číslo).
- Hodí se: n0 = nn = 1, n1 = n, nk = nn − k, n2 = n(n − 1)2.
Poznej typ
Nepočítej, jen urči.
- Z 10 lidí vybíráš tříčlennou skupinu na úklid.
- Z 10 lidí volíš předsedu, místopředsedu a pokladníka.
- Kolik podání rukou proběhne mezi 10 lidmi?
- Kolika způsoby se seřadí 8 lidí do fronty?
- Kolika způsoby lze vsadit 6 čísel ze 49 (loterie)?
- Kolik trojciferných čísel s různými ciframi sestavíš z 1–9?
- Kolik úseček určí 8 bodů, z nichž žádné tři neleží na přímce?
Triky z příkladů 24–30
Ze dvou skupin = součin
7 mužů a 4 ženy, šestice s právě dvěma ženami: 42 · 74 = 6 · 35 = 210. Ženy vybírám zvlášť, muže zvlášť.
„Aspoň“ = všechno − opak
Deset z 20 lidí, aspoň jeden z pánů A, B: 2010 − 1810 (všechny výběry minus ty bez obou).
Body a přímky
n bodů, p z nich na jedné přímce: přímek n2 − p2 + 1, trojúhelníků n3 − p3.
Průsečíky přímek
12 přímek, 5 rovnoběžných: každé dvě se protnou, kromě rovnoběžných. 122 − 52 = 66 − 10 = 56.
Příklady ze sady (23–30)
Počítej na papír, výsledek napiš do políčka.
a) Kolika způsoby lze na šachovnici vybrat trojici políček? b) …trojici, která nejsou všechna stejné barvy? c) Ze 7 mužů a 4 žen šestice s aspoň dvěma ženami. d) Petr má 7 knih, Ivana 10. Kolika způsoby si vymění dvě za dvě? e) Z 20 lidí deset, mezi nimi nesmí být pan A. f) 10 bodů, 4 na jedné přímce, ostatní ne: kolik trojúhelníků?
Postup
- a643 = 64 · 63 · 623! = 41 664
- bVšechny minus trojice jen bílých nebo jen černých: 41 664 − 2 · 323 = 41 664 − 9 920 = 31 744
- cPrávě 2, 3, nebo 4 ženy: 6 · 35 + 4 · 35 + 1 · 21 = 371. Nebo doplňkem: 462 − 7 − 84.
- d72 · 102 = 21 · 45 = 945
- ePana A vyřadím, vybírám z 19: 1910 = 92 378
- f103 − 43 = 120 − 4 = 116. Tři body z jedné přímky trojúhelník neudělají.
Rovnice a faktoriály
Recept: kde je větší faktoriál → o kolik → rozepiš → vykrať. Nejdřív na papír, pak rozklikni.
Uprav (n + 1)!(n − 1)!
(n + 1)! = (n + 1) · n · (n − 1)!, vykrátím: n(n + 1). Podmínka n ≥ 1.
Uprav (n + 2)!n! − n!(n − 1)!
(n + 2)(n + 1) − n = n2 + 3n + 2 − n = n2 + 2n + 2.
Řeš n2 = 45
n(n − 1)2 = 45 → n2 − n − 90 = 0 → (n − 10)(n + 9) = 0, n = 10 (záporné nevyhovuje).
Př. 29a: počet čtyřčlenných kombinací je dvacetkrát větší než dvoučlenných. Kolik je prvků?
n!4! (n − 4)! = 20 · n!2! (n − 2)!. Vykrátím n! a rozepíšu (n − 2)! = (n − 2)(n − 3)(n − 4)!: (n − 2)(n − 3) = 240 = 16 · 15, n = 18.
Př. 29b: přidám jeden prvek a tříčlenných kombinací přibude 21. Kolik bylo prvků?
n + 13 − n3 = 21. Nové trojice musí obsahovat nový prvek, k němu vybírám 2 z původních: n2 = 21 → n(n − 1) = 42, n = 7.
Variace a permutace s políčky a dvě písemky nanečisto: kombinatorika.pages.dev.
6Kde se chybuje
7ČPP nanečisto
45 minut, papír, pravítko a kružítko. Teorii a konstrukce napiš celé, pak rozklikni a ohodnoť se. Výpočty zadej do políček.
Teorie a konstrukce
U konstrukce napiš rozbor, postup a počet řešení.
Definuj středovou souměrnost. Je přímá, nebo nepřímá?
Je dán bod S. Středová souměrnost S(S) je shodné zobrazení, které každému bodu X ≠ S přiřadí bod X′ tak, že S je střed úsečky XX′, a bodu S přiřadí S′ = S. Je přímá.
Definuj otočení. Co je jeho samodružný bod?
Je dán bod S a orientovaný úhel φ. Otočení R(S; φ) přiřadí každému X ≠ S bod X′ tak, že |SX′| = |SX| a velikost orientovaného úhlu XSX′ je φ; bodu S přiřadí S. Jediný samodružný bod je střed S.
Co platí ve stejnolehlosti pro přímku a její obraz, pro úhly a pro délky?
Přímka a obraz jsou rovnoběžné, obrazem úhlu je shodný úhel, |A′B′| = |κ| · |AB|.
Je dána přímka p, kružnice k(O; 2 cm) a bod M. Sestroj všechny úsečky XY se středem M, X ∈ p, Y ∈ k.
Středová souměrnost S(M). Rozbor: Y je obraz X podle M, takže Y leží na obrazu přímky p. Postup: 1. p′ = obraz p ve S(M) (rovnoběžka stejně daleko na druhé straně). 2. Y ∈ p′ ∩ k. 3. X = obraz Y podle M. Řešení: 0, 1, nebo 2 podle počtu průsečíků p′ a k.
Je dán bod A a různoběžky p, q. Sestroj rovnostranný trojúhelník ABC, B ∈ p, C ∈ q.
Otočení R(A; ±60°). C vznikne otočením B kolem A o 60°. Postup: 1. otoč p kolem A o 60° (pata kolmice, pak kolmice) → p′. 2. C = p′ ∩ q. 3. B: otoč C zpět, nebo kružnice k(A; |AC|) ∩ p se správným úhlem. Totéž pro −60°. Obvykle 2 řešení.
Je dán bod S a kružnice k(O; 2 cm), |SO| = 4 cm. Sestroj obraz k v H(S; −12).
O′ leží na opačné polopřímce k SO, |SO′| = 12 · 4 = 2 cm (polovinu najdeš osou úsečky SO). r′ = 12 · 2 = 1 cm. Obraz je k′(O′; 1 cm).
Výpočty
Ve třídě je 14 kluků a 16 holek.
a) Kolik trojic lze vybrat z 12 lidí? b) Čtyřčlenná delegace třídy s právě dvěma holkami. c) Čtyřčlenná delegace s aspoň jednou holkou. d) Kolik čtyřciferných čísel s různými ciframi sestavíš z cifer 0–9? e) Kolika způsoby se 7 lidí postaví do řady, když A a B chtějí stát vedle sebe? f) Řeš (n + 1)!(n − 1)! = 56.
Postup
- a123 = 12 · 11 · 106 = 220
- b162 · 142 = 120 · 91 = 10 920
- cVšechny minus samí kluci: 304 − 144 = 27 405 − 1 001 = 26 404
- dPolíčka, nula nesmí na začátek: 9 · 9 · 8 · 7 = 4 536
- eSlep AB do jednoho: 6! · 2 = 1 440
- fn(n + 1) = 56 = 7 · 8, n = 7
Co nevyšlo, najdeš v příslušné části nahoře. Ve čtvrtek je hodina navíc, zeptej se tam na to, co nejde.