Tečna
Tečna ke křivce je přímka, která má v bodě dotyku stejný směrový vektor jako tato křivka[1]. Křivka může být zadána jako graf funkce jedné proměnné. Zpravidla (pro nelineární funkce) má tečna s křivkou lokálně v okolí bodu dotyku společný jeden bod a zpravidla (mimo inflexní body) leží okolní body křivky ve stejné polorovině určené tečnou.
Tečna ke kuželosečce
Pro regulární kuželosečky (elipsa, parabola, hyperbola, kružnice) je možné zavést tečnu jako přímku, která má s kuželosečkou jeden dvojnásobný průsečík. Diskriminant kvadratické rovnice pro nalezení průsečíků je tedy nulový.
Středové rovnice kuželoseček a jejich tečen v bodě jsou shrnuty v následující tabulce[2]. (Uvažujeme pouze regulární kuželosečky. Pro ostatní kuželosečky není potřebné pojem tečny zavádět, protože přímkové singulární kuželosečky jsou samy svojí tečnou a v ostatních případech tečnu neuvažujeme.)
Kuželosečka | Středová rovnice kuželosečky | Rovnice tečny v bodě |
---|---|---|
Kružnice | ||
Elipsa | ||
Parabola | ||
Hyperbola |
Každým bodem ležícím vně kružnice lze vést dvě tečny k této kružnici. Každá tečna je kolmá k poloměru kružnice, proto používáme pro její sestrojení Thaletovu kružnici.
Poznámka. Přístup známý z analytické geometrie kuželoseček, kdy je tečna definována jako přímka mající s regulární kuželosečkou společný jeden bod, je nepřenositelný na obecnější křivky. Proto se obecnější definice tečny v diferenciální geometrii liší od zavedení tohoto pojmu v teorii kuželoseček.
Tečna ke grafu funkce dané explicitně
Diferencovatelná funkce má v bodě tečnu danou rovnicí
Poznámka (svislá tečna). Tento vztah je obvyklou definicí tečny v diferenciálním počtu funkce jedné proměnné. Nepokrývá však například skutečnost, že svislá přímka je tečnou ke grafu funkce .
Poznámka (inflexní bod). Bod, kde se funkce mění z konvexní na konkávní se nazývá inflexní bod. V tomto bodě nezůstává graf funkce v jedné polorovině definované tečnou, ale přechází z jedné poloroviny do druhé.
Tečna ke grafu funkce dané implicitně
Funkce daná v okolí bodu implicitně rovnicí má v tomto bodě tečnu o rovnici
Poznámka (svislá tečna). Na rozdíl od předchozího odstavce, tento vztah již pokrývá skutečnost, že přímka je tečnou ke grafu funkce . K získání rovnice tečny stačí tento vztah přepsat do tvaru
Tečna ke grafu parametrické funkce
Tečna ke grafu funkce dané parametricky rovnicemi
Poznámka. Rovnice tečny nezávisí na použité parametrizaci. Jinou parametrizací křivky můžeme dostat nejvýše jinou parametrizaci stejné tečny (tj. jinak dlouhý směrový vektor).
Zobecnění tečny
Přesná formální definice tečny je založena na diferenciálním počtu na pojmu diferenciál. Dle míry zobecnění se definice při různých přístupech mohou lišit, ale v podstatě vždy vyjadřujeme definicí to, že tečnou rozumíme přímku, která má s křivkou společný jeden bod a vzdálenost křivky od přímky klesá při přibližování se k bodu dotyku rychleji než lineárně. Jedná se tedy vlastně o lineární aproximaci funkce, tj. lineární část obecné polynomické aproximace. V tomto smyslu je tečnu možné zobecnit na dotyk libovolného vyššího řádu libovolných dvou křivek. Toto je náplní diferenciální geometrie. Například výše uvedené ukázky svislé tečny a inflexního bodu jsou dotyky druhého řádu.
Související články
Reference
- ↑ KOLÁŘ, Ivan; POSPÍŠILOVÁ, Lenka. Diferenciální geometrie křivek a ploch [online]. Brno: Masarykova Univerzita [cit. 2022-06-06]. S. 11. Dostupné online.
- ↑ ROBOVÁ, Jarmila, et al. Analytická geometrie: Portál středoškolské geometrie [online]. Praha: MFF UK [cit. 2022-06-06]. Dostupné online.
Externí odkazy
- Obrázky, zvuky či videa k tématu tečna na Wikimedia Commons
Média použitá na této stránce
Autor: Slowcuber, Licence: CC BY-SA 4.0
Matplotlib source:
import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np
y=np.linspace(-2,2,100) x = y**3 plt.plot(x,y,color='k') plt.plot(0*y,y,color='r') plt.plot([0],[0],'o',color='k')
plt.axis('off')Autor: Slowcuber, Licence: CC BY-SA 4.0
Tangent at the point of inflection
Source code for matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np
x=np.linspace(-2,2,100) y = np.sin(x) plt.plot(x,y,color='k') plt.plot(x,x,color='r') plt.plot([0],[0],'o',color='k')
plt.axis('off')