Координаты вектора в пространстве. Скалярное и векторное произведения векторов.
8. Пусть в пространстве Oxyz задан вектор Проекция,, вектора на оси координат называются координатами вектора Def : Длина (модуль) вектора равна корню квадратному из суммы квадратов его координат. Def : Расстояние между двумя точками пространства равно корню квадратному из суммы квадратов разностей одноименных координат этих точек.
9. Введем единичные векторы (орты) i, j, k, направленные по осям координат. Они не равны, так как являются единичными векторами неколлинеарных векторов. Это разложение единственно!
Рассмотренные выше линейные операции над векторами можно теперь записать в следующем виде: 1) П- скаляр При умножении вектора на скаляр координаты вектора умножаются на этот скаляр. 2) При сложении (вычитании) векторов их одноименные координаты складываются (или вычитаются). Векторы коллинеарные тогда и только тогда, когда их одноименные координаты пропорциональны.
10. Скалярное произведение векторов. Def : Под скалярным произведением двух векторов и понимается число, равное произведению длин этих векторов на косину угла между ними, т.е Этой формуле можно придать другой вид.Так как то получаем :
Свойства: 1) 2) 3) 4) Скалярный множитель можно выносить за знак скалярного произведения, т.е
5) Скалярное произведение линейной комбинации векторов на произвольный вектор равно такой же линейной комбинации данных векторов на этот вектор, т.е 6) Скалярное произведение в координатной форме.
Перемножим и как многочлен и учитывая, что будем иметь Скалярное произведение векторов равно сумме парных произведений их одноименных координат
Проекция вектора на заданное направление Нахождение проекции вектора на направление, заданное вектором,может осуществляться по формуле
Векторное произведение векторов Def : Под векторным произведением двух векторов и понимается вектор, для которого: 1) Модуль равен площади параллелограмма, построенного на двух векторах, т.е, где 2) Этот вектор перпендикулярен перемножаемым векторам (перпендикулярен плоскости параллелограмма), т.е и
Свойства векторного произведения 1) При изменении порядка сомножителей векторное произведение меняет свой знак на обратный, сохраняя модуль, т.е 2) Векторный квадрат равен нуль вектору, т.е 3) Скалярный множитель можно выносить за знак векторного произведения, т.е если п- скаляр, то 4) Для трех векторов справедливо равенство
Необходимое и достаточное условие коллинеарности двух векторов и Векторное произведение в координатной форме Пусть Перемножая векторно эти равенства и используя сумму девяти слагаемых
Для ортов справедлива следующая «таблица умножения»:
Поэтому получаем:
Рассмотрим произведение векторов, и, составленное следующим образом:. Здесь первые два вектора перемножаются векторно, а их результат скалярно на третий вектор. Такое произведение называется векторно-скалярным, или смешанным, произведением трех векторов. Смешанное произведение представляет собой некоторое число. Выясним геометрический смысл выражения и вектор
Построим параллелепипед, ребрами которого являются векторы, и и вектор
Имеем: где - площадь параллелограмма, построенного на векторах и,, для правой тройки векторов и для левой, где - высота параллелепипеда. Получаем: т.е. где - объем параллелепипеда, образованного векторами и Таким образом, смешанное произведение трех векторов равно объему параллелепипеда, построенного на этих векторах, взятому со знаком «плюс», если эти векторы образуют правую тройку, и со знаком «минус», если они образуют левую тройку.
Три некомпланарных вектора, и взятые в указанном порядке, образуют правую тройку, если с конца третьего вектора кратчайший поворот от первого вектора ко второму вектору виден совершающимся против часовой стрелки, и левую, если по часовой
1. Смешанное произведение не меняется при циклической перестановке его сомножителей, т.е. 2. Смешанное произведение не меняется при перемене местами знаков векторного и скалярного умножения, т.е. 3. Смешанное произведение меняет свой знак при перемене мест любых двух векторов-сомножителей, т.е.
4. Смешанное произведение ненулевых векторов и равно нулю тогда и только тогда, когда они компланарны. Если - компланарны Выражение смешанного произведения через координаты
Нетрудно показать, что объем параллелепипеда, построенного на векторах и вычисляется как, а объем треугольной пирамиды, построенной на этих же векторах, равен
Пример. Вершинами пирамиды служат точки Найти объем пирамиды Решение: Находим векторы Находим Следовательно,
