Fermat-Torricelli ongelma

Fermat-Torricelli ongelmassa tulee löytää sellainen piste, jossa etäisyydet annetusta pisteestä kolmion kärkiin yhteenlaskettuna tulee olla mahdollisimman pieni. Tämä ongelma on esiintynyt alun perin 1600-luvulla matemaatikko Fermat'n kirjoituksissa. Ajan saatossa ongelmalle on syntynyt erilais...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Rantakylä, Heini
Other Authors: Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, Faculty of Sciences, Matematiikan ja tilastotieteen laitos, Department of Mathematics and Statistics, Jyväskylän yliopisto, University of Jyväskylä
Format: Master's thesis
Language:fin
Published: 2025
Subjects:
Online Access: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/102463
_version_ 1833407614550016000
author Rantakylä, Heini
author2 Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_facet Rantakylä, Heini Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä Rantakylä, Heini Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_sort Rantakylä, Heini
datasource_str_mv jyx
description Fermat-Torricelli ongelmassa tulee löytää sellainen piste, jossa etäisyydet annetusta pisteestä kolmion kärkiin yhteenlaskettuna tulee olla mahdollisimman pieni. Tämä ongelma on esiintynyt alun perin 1600-luvulla matemaatikko Fermat'n kirjoituksissa. Ajan saatossa ongelmalle on syntynyt erilaisia nimityksiä ja sovelluksia. Tässä lopputyössä Fermat-Torricelli ongelma ratkaistaan ensin tasossa kahdella eri tavalla, joista ensimmäinen ratkaisu mukailee Torricellin konstruktiota ja toinen ratkaisuista niin kutsuttua unkarilaista todistusta. Molemmissa todistuksissa merkittävässä asemassa on alkuperäisen kolmion ympärille piirretty apukolmio. Todistuksissa päädytään ratkaisuun, missä minimointipisteestä nähdään annetun kolmion sivut 120 asteen kulmassa. Tasossa ongelma laajennetaan painotettuun malliin, missä etäisyydet kolmion kärjestä toivottuun minimipisteeseen saavat kaikki omat kertoimensa. Pisteen sijainti todistetaan ensin geometrisesti konstruoiden. Konstruktiossa luodaan apukolmio, jonka sivut riippuvat etäisyyksien kertoimista. Ratkaisuksi saadaan piste, josta nähdään alkuperäisen kolmion sivut sellaisessa kulmassa, joka on riippuvainen apukolmion kulmien suuruudesta. Lisäksi ongelmalle annetaan mekaaninen ratkaisu, jossa etäisyyksien kertoimet ovat kuvattuina pöytätason läpi menevien painojen suuruuksina. Mekaanisessa ratkaisussakin päädytään pisteeseen, joka riippuu etäisyyksien kertoimista. Työn viimeisessä osassa Fermat-Torricelli ongelma ratkaistaan ensin äärellisessä avaruudessa kolmella pisteellä ja lopuksi äärellisellä määrällä pisteitä. Ensimmäisessä tapauksessa pisteen sijainti ratkaistaan konveksi analyysin keinoin hyödyntäen gradienttia. Toisessa tapauksessa pisteen sijainnin määrittelemiseen hyödynnetään Weiszfeldin algoritmia. Algoritmi osoitetaan toimivaksi suppenevien osajonojen avulla.
first_indexed 2025-05-20T20:05:15Z
format Pro gradu
free_online_boolean 1
fullrecord [{"key": "dc.contributor.advisor", "value": "\u00c4kkinen, Tuomo", "language": null, "element": "contributor", "qualifier": "advisor", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.author", "value": "Rantakyl\u00e4, Heini", "language": null, "element": "contributor", "qualifier": "author", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.accessioned", "value": "2025-05-20T06:04:07Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "accessioned", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.available", "value": "2025-05-20T06:04:07Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "available", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.issued", "value": "2025", "language": null, "element": "date", "qualifier": "issued", "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.uri", "value": "https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/102463", "language": null, "element": "identifier", "qualifier": "uri", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "Fermat-Torricelli ongelmassa tulee l\u00f6yt\u00e4\u00e4 sellainen piste, jossa et\u00e4isyydet annetusta pisteest\u00e4 kolmion k\u00e4rkiin yhteenlaskettuna tulee olla mahdollisimman pieni. T\u00e4m\u00e4 ongelma on esiintynyt alun perin 1600-luvulla matemaatikko Fermat'n kirjoituksissa. Ajan saatossa ongelmalle on syntynyt erilaisia nimityksi\u00e4 ja sovelluksia.\nT\u00e4ss\u00e4 lopputy\u00f6ss\u00e4 Fermat-Torricelli ongelma ratkaistaan ensin tasossa kahdella eri tavalla, joista ensimm\u00e4inen ratkaisu mukailee Torricellin konstruktiota ja toinen ratkaisuista niin kutsuttua unkarilaista todistusta. Molemmissa todistuksissa merkitt\u00e4v\u00e4ss\u00e4 asemassa on alkuper\u00e4isen kolmion ymp\u00e4rille piirretty apukolmio. Todistuksissa p\u00e4\u00e4dyt\u00e4\u00e4n ratkaisuun, miss\u00e4 minimointipisteest\u00e4 n\u00e4hd\u00e4\u00e4n annetun kolmion sivut 120 asteen kulmassa.\nTasossa ongelma laajennetaan painotettuun malliin, miss\u00e4 et\u00e4isyydet kolmion k\u00e4rjest\u00e4 toivottuun minimipisteeseen saavat kaikki omat kertoimensa. Pisteen sijainti todistetaan ensin geometrisesti konstruoiden. Konstruktiossa luodaan apukolmio, jonka sivut riippuvat et\u00e4isyyksien kertoimista. Ratkaisuksi saadaan piste, josta n\u00e4hd\u00e4\u00e4n alkuper\u00e4isen kolmion sivut sellaisessa kulmassa, joka on riippuvainen apukolmion kulmien suuruudesta. Lis\u00e4ksi ongelmalle annetaan mekaaninen ratkaisu, jossa et\u00e4isyyksien kertoimet ovat kuvattuina p\u00f6yt\u00e4tason l\u00e4pi menevien painojen suuruuksina. Mekaanisessa ratkaisussakin p\u00e4\u00e4dyt\u00e4\u00e4n pisteeseen, joka riippuu et\u00e4isyyksien kertoimista.\nTy\u00f6n viimeisess\u00e4 osassa Fermat-Torricelli ongelma ratkaistaan ensin \u00e4\u00e4rellisess\u00e4 avaruudessa kolmella pisteell\u00e4 ja lopuksi \u00e4\u00e4rellisell\u00e4 m\u00e4\u00e4r\u00e4ll\u00e4 pisteit\u00e4. Ensimm\u00e4isess\u00e4 tapauksessa pisteen sijainti ratkaistaan konveksi analyysin keinoin hy\u00f6dynt\u00e4en gradienttia. Toisessa tapauksessa pisteen sijainnin m\u00e4\u00e4rittelemiseen hy\u00f6dynnet\u00e4\u00e4n Weiszfeldin algoritmia. Algoritmi osoitetaan toimivaksi suppenevien osajonojen avulla.", "language": "fi", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Submitted by Paivi Vuorio (paelvuor@jyu.fi) on 2025-05-20T06:04:07Z\nNo. of bitstreams: 0", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Made available in DSpace on 2025-05-20T06:04:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0\n Previous issue date: 2025", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.extent", "value": "41", "language": null, "element": "format", "qualifier": "extent", "schema": "dc"}, {"key": "dc.language.iso", "value": "fin", "language": null, "element": "language", "qualifier": "iso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights", "value": "In Copyright", "language": null, "element": "rights", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "Fermat-Torricelli", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.title", "value": "Fermat-Torricelli ongelma", "language": null, "element": "title", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.type", "value": "master thesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.urn", "value": "URN:NBN:fi:jyu-202505204397", "language": null, "element": "identifier", "qualifier": "urn", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Faculty of Sciences", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.department", "value": "Matematiikan ja tilastotieteen laitos", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "department", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.department", "value": "Department of Mathematics and Statistics", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "department", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopisto", "language": null, "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "University of Jyv\u00e4skyl\u00e4", "language": null, "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Matematiikan opettajankoulutus", "language": "fi", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Teacher education programme in Mathematics", "language": "en", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.coar", "value": "http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc", "language": null, "element": "type", "qualifier": "coar", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.copyright", "value": "\u00a9 The Author(s)", "language": "fi", "element": "rights", "qualifier": "copyright", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.accesslevel", "value": "openAccess", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "accesslevel", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.publication", "value": "masterThesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": "publication", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "matematiikka", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "geometria", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.url", "value": "https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "url", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.accessibilityfeature", "value": "unknown accessibility", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "accessibilityfeature", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.accessibilityfeature", "value": "ei tietoa saavutettavuudesta", "language": "fi", "element": "description", "qualifier": "accessibilityfeature", "schema": "dc"}]
id jyx.123456789_102463
language fin
last_indexed 2025-05-21T20:05:37Z
main_date 2025-01-01T00:00:00Z
main_date_str 2025
online_boolean 1
online_urls_str_mv {"url":"https:\/\/jyx.jyu.fi\/bitstreams\/6c909807-3597-4ac6-abcb-c1cece4076ac\/download","text":"URN:NBN:fi:jyu-202505204397.pdf","source":"jyx","mediaType":"application\/pdf"}
publishDate 2025
record_format qdc
source_str_mv jyx
spellingShingle Rantakylä, Heini Fermat-Torricelli ongelma Fermat-Torricelli Matematiikan opettajankoulutus Teacher education programme in Mathematics matematiikka geometria
title Fermat-Torricelli ongelma
title_full Fermat-Torricelli ongelma
title_fullStr Fermat-Torricelli ongelma Fermat-Torricelli ongelma
title_full_unstemmed Fermat-Torricelli ongelma Fermat-Torricelli ongelma
title_short Fermat-Torricelli ongelma
title_sort fermat torricelli ongelma
title_txtP Fermat-Torricelli ongelma
topic Fermat-Torricelli Matematiikan opettajankoulutus Teacher education programme in Mathematics matematiikka geometria
topic_facet Fermat-Torricelli Matematiikan opettajankoulutus Teacher education programme in Mathematics geometria matematiikka
url https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/102463 http://www.urn.fi/URN:NBN:fi:jyu-202505204397
work_keys_str_mv AT rantakyläheini fermattorricelliongelma