Курсовая работа: Создание программы для определения вершин пирамиды с выпуклым основанием по данным точкам

Для любых векторов a (a1; a2), b (b1; b2), c (с1; с2)

Углом между ненулевыми векторами AB и AC называется угол ABC. Углом между любыми двумя ненулевыми векторами a и b называется угол между равными им векторами с общим началом.

Скалярное произведение. Свойство

Теорема

Скалярное произведение векторов равно произведению их абсолютных величин на косинус угла между ними.

Доказательство.

Пусть a и b – данные векторы и φ – угол между ними. Имеем:

или

Скалярное произведение ab таким образом, выражается через длины векторов a, b и a + b т. е. систему координат можно выбрать любую, а величина скалярного произведения не изменится. Выберем систему координат xy так, чтобы начало координат совпало с началом вектора a, а сам вектор лежал на положительной полуоси оси Ox. Тогда координатами вектора a будут числа |a| и 0, а координатами вектора a – |a| cos φ и |a| sin φ . По определению

Теорема доказана.

Из теоремы следует, что если векторы перпендикулярны, то их скалярное произведение равно нулю.

Плоскость, многоугольники

Плоскость

Теорема

Через прямую и не лежащую на ней точку можно провести плоскость, и при том только одну.

Доказательство

Пусть AB – данная прямая и С – не лежащая на ней точка. Проведем через точки A и С прямую. Прямые AB и AC различны, так как точка С не лежит на прямой AB. Проведем через прямые AB и AC плоскость α. Она проходит через прямую AB и точку С.

Докажем, что плоскость α, проходящая через прямую AB и точку С, единственна.

Допустим, существует другая, плоскость α.`, проходящая через прямую AB и точку С. По аксиоме о том, что если две различные плоскости имеют общую точку, то они пересекаются по прямой, проходящей через эту точку, плоскости α и α` пересекаются по прямой. Эта прямая должна содержать точки A, B, C. Но они не лежат на одной прямой. Что противоречит предположению. Теорема доказана.

Выпуклый многоугольник

Ломаная называется замкнутой, если ее концы соединены отрезком.

Если все звенья простой замкнутой ломаной не лежат на одной прямой, то это многоугольник. Тогда точки ломанной называются вершинами многоугольника, а звенья – сторонами многоугольника.

Многоугольник с n вершинами, называется n-угольником.

Многоугольник называется выпуклым, если он лежит в одной полуплоскости относительно любой прямой, содержащей его сторону.A1A2A3A4A5A6A7 – выпуклый многоугольник.

B1B2B3B4B5 – невыпуклый многоугольник.

Выпуклые многоугольники. Свойство

Теорема.

Сумма углов выпуклого n-угольника равна 180°*(n-2).

Доказательство.

Нужно заметить, n ≥ 3.

Для n = 3 многоугольник превращается в треугольник и теорема справедлива.

Для n > 3 проведем n-3 диагонали: A2An, A3An, …, An-1An. Получим n-2 треугольника: Δ A1A2An, Δ A2A3An, …, An-2An-1An. Сумма углов всех треугольников равна сумме углов многоугольника. Так как сумма углов треугольнике равна 180 ° и число треугольников равно n – 2, то сумма всех углов многоугольника равна 180° * (n - 2). Теорема доказана.

ОПИСАНИЕ ОБЩЕГО АЛГОРИТМА

Пункт1.Пользователь вводит N точек.

Пункт2.Программа проверяет, лежат ли все данные точки в одной плоскости, если лежат-то решения нет, вершины пирамиды не будут найдены, а на дисплей выведется сообщение «точки лежат в одной плоскости».(переход к пункту 6)

Пункт3. Если все данные точки не лежат в одной плоскости, то программа берет N-1 точек (исключаемую точку принимая за возможную вершину пирамиды) и выполняет построение уравнения плоскости по 3-м точкам ,

Пункт4.Выполним проверку на принадлежность к данной плоскости оставшихся точек .В случае ,если хотя бы одна точка из оставшихся точек не принадлежит к плоскости, то переходим к пункту 6.

Пунтк5.Выполним проверку выпуклости многоугольника из полученной поверхности.( Проверка на выпуклость проверяется ,как условие сохранения знака векторного произведение смежных векторов). Если же проверка N-1 точек не даст того, что эти точки образуют плоскость, то из N точек будет взята другая точка и проведена еще проверка на выпуклость многоугольника. И так пока не будут перебраны все возможные точки.

В случае удачной проверки на выпуклость программа выдаст сообщение о том, что были определены вершины пирамиды с выпуклым основанием

Пункт6.вывод ответа

Описание структур данных

Для хранения точек был использован динамическая структура данных- односвязанный список. Элемент списка представляет собой запись с 2 полями:

-полем данных

-полем указателя на следующий элемент

В свою очередь поле данных представляет собой запись Coordinates с 3-я полями:x,y,z

Так же для работы со списком использовались дескрипторы ,которые представляли собой записи с 3-я полями

-start(указатель на начальный(фиктивный ) элемент)

-ptr(указатель на текущий элемент)

-Number(число элементов в записи)

Type

         Coordinates=record {коориднаты}

                   x,y,z:real;

         end;

         P_Points=^point; {Описание типа Points}

         point=record

                   data:Coordinates;

                   Next:P_Points;

         end;

         P_Descriptor=record     {Дескриптор для работы со списком точек}

                   Start,Ptr:P_Points;

                   Number:Word;

         end;

         P_Vectors=^Vector; {Описание типа Vector}

         Vector=record

                   data:Coordinates;

                   Next:P_Vectors;

         end;

         V_Descriptor=record     {Дескриптор для работы со списком векторов}

                   V_Start,V_Ptr:P_Vectors;

                   V_Number:Word;

         end;

Описание модуля

Спецификация подпрограмм для работы со списком

1.Спецификация процедуры InitListOfPoint;

1) Procedure InitListOfPoint(var P:P_Descriptor);;

2)  Назначение: инициализирует фикивный элемент списка;

3)  Входные параметры: P

4)  Выходные параметры: P.

2.Спецификация процедуры PutPoint;

1) Procedure PutPoint(var P:P_Descriptor);

2)  Назначение: создает элемент Buf и помещает его в список;

3)  Входные параметры: P;

4)  Выходные параметры: P;

3.Спецификация процедуры WritePoints;

1 Procedure WritePoints(var P:P_Descriptor);

2)  Назначение: выводит весь список точек P на дисплей;

3)  Входные параметры: P;

4)  Выходные параметры: P.

4.Спецификация процедуры ReadPoint;

1) Procedure ReadPoint(var P:P_Descriptor;var a:Coordinates);

2)  Назначение: cчитывает из списка P координаты точки в переменную а;

3)  Входные параметры: P;

4)  Выходные параметры: P,a.

5.Спецификация процедуры ClearMem;

1) Procedure ClearMem(var P:P_Descriptor;var V:V_Descriptor);

2)  Назначение: освобождает выделенную память под списки P u V;

3)  Входные параметры: P,V;

4)  Выходные параметры: P,V.

Спецификация подпрограмм для работы с векторами

1.Спецификация процедуры CreateVector;

1) procedure CreateVector (a,b:Coordinates;var c:Coordinates);;

2) Назначение: создает вектор с вычитая соответствующие координаты точки b из точки a;

3)Входные параметры: a,b,c

4)Выходные параметры: c.

2.Спецификация процедуры MultOnNumber;

1) Procedure MultOnNumber (Number:real; a:Coordinates;var c:Coordinates)

2)Назначение: умножает вектор a на число real и полученное значение заносится в c вектор ;

3)Входные параметры: Number,a,c;

4)Выходные параметры: ,c;

3.Спецификация процедуры lengthOfVector;

1  Function lengthOfVector(a:Coordinates):real;

2Назначение: возвращает длину вектора а ;

3Входные параметры: а;

4Выходные параметры: -.

4.Спецификация процедуры Scalar;

1) Function Scalar(a,b:Coordinates):real;

2Назначение: возвращает результат скалярного перемножение векторов а и b ;

3Входные параметры: a,b;

4Выходные параметры: -.

5.Спецификация процедуры angle;

1) Function angle(a,b:coordinates):real

2Назначение: возвращает значение косинуса угла(в радианах)

между векторами а и b

3Входные параметры: a,b;

4Выходные параметры: -.

6.Спецификация процедуры VECTMult;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5