Jana (geometria)

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Jana AB on muodostettu suorasta päätepisteiden A ja B avulla. Kaikki päätepisteet, ja niiden väliset sisäpisteet (punainen osa), muodostavat yhdessä janan AB.
Kolmio, jota rajoittavat janat AB, BC ja AC

Jana on geometriassa kahden erillisen pisteen suorasta erottama osa, johon kuuluu kaikki pisteiden väliset suoran pisteet. Erillisiä pisteitä kutsutaan janan päätepisteiksi ja päätepisteiden välissä olevia pisteitä kutsutaan sisäpisteiksi. Janalla on suoran ominaisuuksia, mutta uutena ominaisuutena sillä on sen äärellinen pituus.[1]

Suomen matemaattisessa kielessä jana on varattu suorista erotetuille osille. Jos ympyrän kehältä erottaa kahdella pisteellä kehän osan, kutsutaan sitä kaareksi, ja jos kaksi pistettä erottaa yleisestä käyrästä osan, voidaan tätä kutsua esimerkiksi käyrän osaksi, mutta ei kuitenkaan janaksi.[2][3]

Esimerkiksi monikulmioiden reuna rajoittuu murtoviivaan, joka muodostuu päätepisteistään toisiinsa kytketyistä janoista eli sivuista. Monikulmion kärjet voidaan yhdistää muihinkin kuin vierekkäisiin kärkiin, jolloin näin syntyviä janoja kutsutaan lävistäjiksi.[4]

Janaa, jonka päätepisteet ovat A ja B ja jota kutsutaan "jana AB", merkitään \overline{AB} tai AB. Kirjainten järjestys ei merkitse samalla tavalla suuntaa kuin suunnatulla janalla tai vektorilla.[1][2][5][2][4]

Janat geometriassa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Antiikin kreikkalaisten geometriassa jana oli määritelty melko kevyesti. Euklides esitti oppikirjassaan Alkeet joukon määritelmiä, joista geometrian luonne olisi pitänyt päätellä.[6] Nykymatematiikka tarvitsee kuitenkin tarkempia määritelmiä.

Pisteet janalla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pisteet, joiden kaikkien kautta voidaan vetää yksikäsitteinen suora, ovat kollineaarisia. Kaikki suoran pisteet ovat suoralla, joten ne ovat itseisesti kollineaarisia. Pisteet, jotka erottavat janasta osajanoja, jakavat sen murtoviivaksi, jonka janat ovat yhdensuuntaisia alkuperäisen janan kanssa.[7]

Janojen vertailua[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Janan pituus määritellään yleisen säännön mukaan suurimmaksi etäisyydeksi [8] kuvion pisteiden välillä. Suurin pituus löytyy janan päätepisteiden välistä, mikä otetaan janan pituuden määritelmäksi. Kahdella suoralla janalla on sama pituus, jos edellä määritellyt pituudet ovat saman suuruiset. Samanpituisuus voidaan demonstroida siirtämällä ja kääntämällä toinen jana täsmälleen toisen päälle. Jos janojen päätepisteet yhtyvät toisiinsa, ovat janat samanpituisia.[9]

Janojen yhdensuuntaisuus voidaan aina todeta viemällä janat suuntansa säilyttäen päällekkäin. Jos ne eripituisina janoina peittävät toisensa niin, että toinen peittää toisen kokonaan, ovat janat yhdensuuntaiset. Yhdensuuntaisuus voidaan tutkia suorien yhdensuuntaisuustestillä. Jatketaan verrattavat janat suorilla, jotka kulkevat janojen päätepisteiden kautta. Jos suorat leikkaavat toisensa, eivät janat ole yhdensuuntaiset. Jos suorat eivät leikkaa toisensa, ovat myös janat yhdensuuntaiset.[5][10]

Janojen kohtisuoruus voidaan todeta mittaamalla janojen kohtaamiskulmat. Jos kulma on 90° eli suora, ovat janat kohtisuorat. Mikäli janat eivät kohtaa toisensa, sijoitetaan janojen päätepisteiden kautta kulkemaan suorat. Jos suorien kohtaamiskulma on suora, ovat janatkin kohtisuorassa. Janojen välinen kulma mitataan samalla tavalla eli käyttämällä päätepisteiden kautta kulkevia suoria.[11][12]

Janojen joukko on samalla tasolla eli ovat koplanaarisia, jos löytyy taso, jolla kaikkien janojen pisteet sijaitsevat.[13]

Janat koordinaatistossa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Jana lukusuoralla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kaikki janan päätepisteiden välissä olevat pisteet ovat janan sisäpisteitä. Niitä voidaan asiayhteydestä riippuen kutsua myös jakopisteiksi. Analyyttisessä geometriassa janan sisäpisteen koordinaatti voidaan ilmaista parametrimuotoisella yhtälöllä:

x=\lambda x_1 + (1-\lambda)x_2

missä 0<\lambda <1. Arvoilla \lambda =0 ja \lambda =1 saadaan janan päätepisteet.

Jana tasossa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Jos tason pisteet ilmaistaan xy-koordinaatistolla, saadaan tason jokaiselle pisteelle P koordinaattipari (x,y). Janan kaikki pisteet voidaan esittää edelliseen tapaan käyttäen lauseketta kummallekin koordinaatille samanaikaisesti

x=\lambda x_1 + (1-\lambda)x_2
y=\lambda y_1 + (1-\lambda)y_2,

missä 0 \le \lambda \le 1. Esimerkiksi janan keskipiste sijaitsee yhtä kaukana kummastakin päätepisteestä ja silloin \lambda = \tfrac{1}{2} ja

x=\frac{x_1 + x_2}{2}
y=\frac{y_1 + y_2}{2}.

Jana avaruudessa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Avaruudessa eli tilassa käytetään yleisesti kolmea koordinaattia (x,y,z) pisteiden paikan esittämisessä. Janan pisteet voidaan esittää vastaavasti

x=\lambda x_1 + (1-\lambda)x_2
y=\lambda y_1 + (1-\lambda)y_2
z=\lambda z_1 + (1-\lambda)z_2

missä 0 \le \lambda \le 1.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Weisstein, Eric W.: Interval (Math World - A Wolfram Web Resource) Wolfram Research. (englanniksi)
  • Weisstein, Eric W.: Ray (Math World - A Wolfram Web Resource) Wolfram Research. (englanniksi)

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b Weisstein, Eric W.: Line Segment (Math World - A Wolfram Web Resource) Wolfram Research. (englanniksi)
  2. a b c Väisälä: Geometria, ss. 1-3
  3. Väisälä: Geometria, ss. 5-7
  4. a b Väisälä: Geometria, ss. 22-23
  5. a b Weisstein, Eric W.: Line (Math World - A Wolfram Web Resource) Wolfram Research. (englanniksi)
  6. D. E. Joyce: Elementa, kirja I, Clakin Yliopisto, 1996
  7. Weisstein, Eric W.: Collinear (Math World - A Wolfram Web Resource) Wolfram Research. (englanniksi)
  8. Weisstein, Eric W.: Distance (Math World - A Wolfram Web Resource) Wolfram Research. (englanniksi)
  9. Weisstein, Eric W.: Length (Math World - A Wolfram Web Resource) Wolfram Research. (englanniksi)
  10. Weisstein, Eric W.: Parallel Lines (Math World - A Wolfram Web Resource) Wolfram Research. (englanniksi)
  11. Weisstein, Eric W.: Orthogonal Lines (Math World - A Wolfram Web Resource) Wolfram Research. (englanniksi)
  12. Weisstein, Eric W.: Perpendicular (Math World - A Wolfram Web Resource) Wolfram Research. (englanniksi)
  13. Weisstein, Eric W.: Coplanar (Math World - A Wolfram Web Resource) Wolfram Research. (englanniksi)