• 締切済み

3次元の三角形平面の内挿

空間に三角形があります。 座標(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3) 値は(u1,u2,u3) 三角形平面内の場所x,y,z(例えば重心)を入れたらその値uが求まるようにしたいです。 つまり u=N1 u1 + N2 u2 + N3 u3 となるときの N1=a1 x +b1 y + c1 z + d1 N2=a2 x +b2 y + c2 z + d2 N3=a3 x +b3 y + c3 z + d3 の a1,a2,a3,b1,b2,b3,c1,c2,c3,d1,d2,d3を求めたいです。 2次元平面の三角形はよいのですが、3次元平面の三角形は分かりません。 よろしくお願いいたします。

みんなの回答

  • hashioogi
  • ベストアンサー率25% (102/404)
回答No.2

2次元も3次元も同様にできると簡単に考えていましたが、私も寝ながら考えましたが無理っぽいですね。 問題は、空間は3次元ではあるけれども三角形も求めたい点も1つの平面上にあって、3次元で考える必然性がないけれども3次元で計算したいという所ですね。 3次元上の三角形の頂点と求めたい点の座標を互いの距離を変えることなく2次元に変換して計算するしかないかもしれませんね。

dragon_2012
質問者

お礼

ありがとうございます。 いろいろと挑戦してみます。

  • hashioogi
  • ベストアンサー率25% (102/404)
回答No.1

a1,a2,a3,b1,b2,b3,c1,c2,c3,d1,d2,d3を求めるには何らかのデータが必要になると思いますが、u1,u2,u3だけから求めるのでしょうか? いずれにしても手法的には2次元も3次元も違わないように思うのですが?

dragon_2012
質問者

お礼

ありがとうございます。 2次元ですと、 x1 a + y1 b +c = u1 x2 a + y2 b +c = u2 x3 a + y3 b +c = u3 とすると、 a1 = y2 - y3, a2 = y3 -y1, a3 = y1 - y2 b1 = x3 - x2, b2 = x1 -x3, b3 = x2 - x1 c1 = x2y3 - x3y2, c2 = x3y1 -x1y3, c3 = x1y2 - x2y1 となり、 もとめるx,yにおける値uは、 u=N1u1+N2u2+N3u3 N1=(a1 x + b1 y + c1)/2A N2=(a2 x + b2 y + c2)/2A N3=(a3 x + b3 y + c3)/2A Aは三角形の面積 となります。 3次元がわかりません。

関連するQ&A

  • 4次元空間の超平面で、パラメータを消去するには?

    4次元のxyzw直交空間を考えます。 直線は、パラメータを用いて、 x=x[0]+a[1]s y=y[0]+b[1]s z=z[0]+c[1]s w=w[0]+d[1]s のように書けて、パラメータを消すと、 (x-x[0])/a[1]=(y-y[0])/b[1]=(z-z[0])/c[1]=(w-w[0])/d[1] のように書けます。 平面(?)は、パラメータを用いて、 x=x[0]+a[1]s+a[2]t y=y[0]+b[1]s+b[2]t z=z[0]+c[1]s+c[2]t w=w[0]+d[1]s+d[2]t のように書けますが、パラメータを消すとどうなるのでしょうか? 超平面は、パラメータを用いて、 x=x[0]+a[1]s+a[2]t+a[3]u y=y[0]+b[1]s+b[2]t+b[3]u z=z[0]+c[1]s+c[2]t+c[3]u w=w[0]+d[1]s+d[2]t+d[3]u のように書けますが、パラメータを消すとどうなるのでしょうか? おそらくAx+By+Cz+Dw+E=0のように書けるとは思いますが、それらの係数は具体的にはどのような形なのでしょうか? 3次元空間の平面の場合には、この最後の問いは、2つの3次元ベクトルの外積で表されると思うので、今回の設定を4次元にしてみました。

  • 4次元空間上での平面の式

    任意の点を(x,y,z,u)とした4次元空間で (1)3次元の立体を表す式は ax+by+cz+du=e でいいですか? (2)2次元の平面を表す式は一般にどのような形になりますか? 上記のことに疑問を持った理由。 2次元空間で1次元の直線を表す式は、一般にax+by=cとなる。 これは、2点(x,y),(xo,yo)を通り、方向ベクトルが(a',b')で媒介変数tとして x=a't+xo y=b't+yo と書くこともできる。 3次元空間で2次元の平面を表す式は、一般にax+by+cz=d となる。 これは、 平面上の2点(x,y,z)と(xo,yo,zo)を結ぶベクトルとこの平面に垂直な直線の方向ベクトル(a,b,c)の内積が0であるという条件より導かれる。 実際に計算すると a(x-xo)+b(y-yo)+c(z-zo)=0 ax+by+cz=axo+byo+czo になり、ax+by+cz=dという形と同値であることが確認できる。 【別な考え】 3次元空間内の平面は、異なる3つの点によって決定するので、異なる3点を P(xo,yo,zo)、Q(x1,y1,z1)、R(x2,y2,z2) とする。この平面上の任意の点X(x,y,z)は、媒介変数t,sを使って OX↑=OP↑+tPQ↑+sPR↑ と書ける。 成分表示にするために OP↑=(xo,yo,zo) PQ↑=(a,b,c) PR↑=(a',b'c') と方向ベクトルを定義すると、 x=xo+at+a's......(1) y=yo+bt+b's......(2) z=zo+ct+c's......(3) という書き方も平面を表す式である。 実際に(1)と(2)から未知数t,sについてx,yの式で表すことができるので、それを(3)式に代入すれば、(1)(2)(3)式は、一つの式 a"x+b"y+c"z=d'という形になる。 直線を表す式は、媒介変数tを使って x=at+xo y=bt+yo z=ct+zo または、 (x-xo)/a=(y-yo)/b=(z-zo)/c=t となる。 4次元空間で同じように、 直線や平面や立体を考えてみた。 2次元では、(1,0)と(0,1)が直交の基底ベクトル。 3次元では、(1,0,0)と(0,1,0)と(0,0,1)が直交の基底ベクトル。 したがって、 4次元では、(1,0,0,0)と(0,1,0,0)と(0,0,1,0)と(0,0,0,1)が直交の基底ベクトル。 4次元空間では、点は4つの成分で表される。 4次元空間での直線について。 直線は2点が与えられば書ける。 2点(x,y,z,u)と(xo,yo,zo,uo)を通り、その直線の方向ベクトルが(a,b,c,d)だとしたら、媒介変数tを使って、 x=at+xo y=bt+yo z=ct+zo u=dt+uo となって (x-xo)/a=(y-yo)/b=(z-zo)/c=(u-uo)/d=t 次に4次元空間での3次元立体について。 2次元空間では、それより一つ次数が低い1次元の直線は一つの式 ax+by=c で与えられた。 3次元空間では、それより一つ次数の低い2次元の平面は、一つ式 ax+by+cz=d で表さられた。 したがって、4次元空間では、それより一つ次数の低い3次元の立体は、 ax+by+cz+du=e で表されるだろう。 【別な考え】 4次元空間では、ある方向ベクトル(a,b,c,d)に直交する立体は一つしかない。なぜなら、4次元空間での基底ベクトルは4つで空間(立体)は3つの基底ベクトルで決定されて、残り一つが残っているからだ。 立体上の2点(x,y,z,u)と(xo,yo,zo,uo)を結ぶベクトルとこの立体に垂直な直線の方向ベクトル(a,b,c,d)の内積が0であるという条件で計算すると a(x-xo)+b(y-yo)+c(z-zo)+d(u-uo)= 0 ax+by+cz+du=axo+byo+czo+duo になり、ax+by+cz+du=eという形になる。 2次元の平面はどうだろうか? (ここからが本題) 4次元空間では、ある方向ベクトル(a,b,c,d)に直交する平面は、2つあるはずだ。 なぜなら、4次元空間での基底ベクトルは4つで平面は2つの基底ベクトルで決定されて、残り2つが残っていて、それはこの平面に直交するように選べるからだ。 平面は、異なる3つの点によって決定するので、異なる3点を P(xo,yo,zo,uo)、Q(x1,y1,z1,u1)、R(x2,y2,z2,u2)、 とする。この平面上の任意の点X(x,y,z,u)は、媒介変数t,sを使って OX↑=OP↑+tPQ↑+sPR↑ と書ける。 成分表示にするために OP↑=(xo,yo,zo,uo) PQ↑=(a,b,c,d) PR↑=(a',b',c',d') と方向ベクトルを定義すると、 x=xo+at+a's......(1) y=yo+bt+b's......(2) z=zo+ct+c's......(3) u=uo+dt+d's.....(4) という書き方も平面を表す式である。 (1)と(2)を連立して、未知数t,sについてx,yの式で表すことができるので、それを(3)式と(4)式代入すれば、(1)(2)(3)(4)式は、2つの式 a"x+b"y+c"z+d"u=e' a"'x+b"'y+c"'z+d"'u=e" になる。 この2つの式からuを消去すれば、結局、 Ax+By+Cz=D という形になる。 zを消去すれば、 Ax+By+Cu=D yを消去すれば、 Ax+Bu+Cz=D xを消去すれば、 Au+By+Cz=D

  • 平面

    点(-1,1,2)を通り平面2x-y+3z-2=0に直交する平面の方程式は? 図もよくわかりません 1.x-y-z+4=0, 2.3x-9y+z+8=0 , 3.x-y-z-5=0 , 4.3x-9y-z+14=0 5. 3x+9y+z-8=0 から選ぶ問題です 答は1番のx-y-z+4=0です 面は、 a(x-α)+b(y-β)+c(z-γ)=0…(1)と表すことができ。 そして、これを展開して ax+by+cz-aα-bβ-cγ=0の -aα-bβ-cγを -aα-bβ-cγ=dとおき、 ax+by+cz+d=0…(2) 一般に、(1),(2)が平面の方程式 だそうですがどのように利用し、どうやって解くのかわかりません。 初心からおねがいします。

  • 4次元空間について

    4次元空間に半径1、原点中心の超球(x^2+y^2+z^2+w^2=1)があります。これを、4次元における平面(例えばa*x+b*y+c*z+d*w=eといった平面)で切り取った切片、つまりこの平面と超球の共通部分はおそらく3つの変数で表せると思うのですが、その切片を3次元空間で表すとどんな図形になるのでしょうか? 考えているのですがイマイチつかめません。 どなたかお力添えをおねがいします。

  • 3次元空間で3点を通る平面を2次元座標で表すには

    3次元のベクトル(?)に関して質問させてください。 いまxyz座標の3次元空間の中に原点O(0,0,0), 点A(ax,ay,az), 点B(bx, by, bz)の3つの点があるとします。 3次元空間の中に3つの点があるので、これら3点を通る平面がひとつだけ決まります。 この平面がXY平面となるような、新しいXYZ空間を下記の条件で定義したいです。 原点O(0,0,0)に対応する点   → O'(0, 0, 0) 点A(ax,ay,az)に対応する点  → A'(αx, 0, 0) ただし αx = √(ax^2 + ay^2 + az^2) 点B(bx, by, bz)に対応する点 → B'(βx, βy, 0) このときのβx, βyの決め方を教えていただけないでしょうか? (おそらくβyの符号で2通りあると思います) ----- 具体的な目的は、以下のようなものです。 xyz座標の関数として値が決まるf(x, y, z)があります。 これを点O, A, Bを通る平面上でメッシュを切って計算しました。 この結果をgnuplotのpm3d mapでグラフ化したいのですが、gnuplotの入力は以下のようなフォーマットです。 X1 Y1 f(x1,y1,z1) X2 Y2 f(x2,y2,z2) X3 Y3 f(x3,y3,z3) X4 Y4 f(x4,y4,z4) ... そこでxyz空間の平面OAB上の点Pn(xn,yn,zn)を対応するXY平面上の点Pn'(Xn,Yn)に変換したいです。 よろしくお願いします。

  • 3次元での点群に対する最小二乗法での平面の算出について(点と平面の距離

    3次元での点群に対する最小二乗法での平面の算出について(点と平面の距離。残差ではない。) -- 点と平面のZ軸方向の距離(残差)の二乗和を最小とする場合には、 平面をax+by+c=zとして、Σ(ax+by+c-z)^2をa,b,cのそれぞれで偏微分して それを=0とした連立方程式を解くことで解を得ることが出来ました。 また、式の形も、ある点のxとyを平面の式へ代入した際の値と、点のz値の差分を見ており、 簡単に納得のできるものとなりました。 これに対して、点と平面の距離(空間的な最小距離)の二乗和を最小とする場合には、 どのような流れで計算すれば良いのでしょうか? 点と平面の距離は|Ax+By+Cz+D| (A,B,Cは単位ベクトル)として求まりますが、 これをどう使うのかが分かりません。 Σ(Ax+By+Cz+D)^2をA,B,C,Dのそれぞれで偏微分して=0としても、 定数項が無いため、連立方程式の解がすべてゼロとなってしまいます。 強引に、Σ(A'x+B'y+C'z+1)^2として変形させて解いてみましたが、 得られたA',B',C'からA,B,C,Dに戻すと、Dがきちんと出ませんでした。(他についても怪しい。) こういった状況に迷い込んでしまい、どう考えるのが良いのか分からなくなってしまいました。 指南いただけませんでしょうか?

  • 平面ベクトルの例題

    次の問題の解答がよくわからないです 3次元空間において、原点を通り法線ベクトルが(a,b,c)である平面pがある。空間の点(x,y,z)に対し平面に関して対称の位置にある点を(x',y',z')とする。x',y',z'をa,b,c,x,y,zで表せ。  たぶん a(x+x'/2 -x)+b(y+y'/2 -y)+c(z+z'/2 -z)=0になると思いますがそこからそれぞれをabcxyzのみでどう表すのかわかりません。 教えてください。

  • 平面と平面の比較法について

    最小二乗平面で(x1,y1,z1)(x2,y2,z2) (x3,y3,z3)(x4,y4,z5) (x5,y5,z5) (x6,y6,z6)の点で平面z1のa1 b1 c1を導出し 同じく最小二乗平面で (x3,y3,z3)(x4,y4,z5) (x5,y5,z5) (x6,y6,z6)(x7,y7,z7) (x8,y8,z8)の点で 平面z2のa2 b2 c2を導出したところまでできています。 そこでz1とz2は同じ平面かどうか判別するには どうしたらいいのでしょうか? もしご存知の方いらっしぃましたらお願いします

  • 平面の特徴・一般式

     講義で次の様な問題が出されたのですが、長い間数学から離れていたために解答が非常に困難です・・・   「Z=2-2X-Yが平面であることを、平面を特徴づける性質と平面を表す一般式を示した後で証明せよ」 解らないのは平面の性質と一般式。これは3次元における直線が        X-a=lt X-a=(a´-a)t        Y-b=mt  or   Y-b=(b´-b)t        Z-C=nt       Z-C=(C´-C)t という式で表される(ここまでは理解できました)ことが前提になっているとのことでしたが・・・うーん・・・三点(1,0,0)(0,2,0)(0,0,2) を通るZ=2-2X-Yがなぜ平面なのでしょうか?? お分かりになる方、宜しくお願いします!

  • 接平面の問題なのですが……

    【問題】  x^2/9 + y^2/4 + z^2 = 3 上の点P(-3, 2, 1)における接平面をH1とする。この時、次の問いに答えよ。 (1) H1の式を求めよ。 (2) H1に平行なもう1つの接平面H2を求めよ。 (1)は解いて、 2x - 3y - 6z +18 = 0 とできました。 しかし、(2)が解けないです。 H2の接点を(a, b, c)として、  (2a/9, b/2, 2c) = k(-2/3, 1, 2)  とまでは考えたのですが、 a,b,c,k の値が求まりません。 教えてください。お願いします。