Критерий ортогональности (перпендикулярности)векторов

Ненулевые векторы и перпендикулярны тогда и только тогда, когда их скалярное произведение равно нулю

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО

Пусть векторы и перпендикулярны. Тогда

и .

Обратно, пусть и , . Тогда

и , ,

⇒ и . ∎

Скалярное произведение в декартовой системе координат:

Дано:

={a_x;a_y;a_z};

={b_x;b_y;b_z;}

Вывод формулы:

=1 (j,j)=1 (k,k)=1

(i,j)=0 (j,k)=0 (i,k)=0

=(a_xi+ a_y j+ a_z k)(b_xi+ b_y j+ b_z k)= a _xb _x+a _yb _y+a _zb _z

Определение правой тройки векторов

Тройка векторов , и называется правой, если поворот от вектора к вектору на меньший угол виден из конца вектора против часовой стрелки.

Векторным произведением двух ненулевых векторов и называется вектор , удовлетворяющий следующим условиям:

1) , где – угол между векторами и ;

2) вектор перпендикулярен векторам и ;

3) тройка векторов , и – правая.

Если хотя бы один из векторов или нулевой, то их векторное произведение полагают равным нулевому вектору.

Векторное произведение векторов и обозначают или .

СВОЙСТВА:

1. .

2. .

3. , .

4. Ненулевые векторы и коллинеарные тогда и только тогда, когда их векторное произведение равно нулевому вектору (критерий коллинеарности векторов).

5. Модуль векторного произведения неколлинеарных векторов и равен площади параллелограмма, построенного на этих векторах (геометрический смысл векторного произведения).

6. Если в декартовом прямоугольном базисе векторы и имеют координаты: , ,

то .

Заметим, что , , . Теперь, чтобы получить требуемую формулу, достаточно применить к векторному произведению сначала свойство 3, затем свойство 2, и, наконец, свойства 1 и 4.

7. Если вектор это сила, приложенная к точке , то векторное произведение представляет собой момент силы относительно точки (механический смысл векторного произведения).

Смешанным произведением трех векторов , и называется число, равное скалярному произведению вектора на векторное произведение векторов и , т.е. . Если хотя бы один из векторов , или нулевой, то их смешанное произведение равно нулю.

Смешанное произведение векторов , и обозначают или . СВОЙСТВА СМЕШАННОГО ПРОИЗВЕДЕНИЯ ВЕКТОРОВ

1. .

2. При перестановке любых двух векторов их смешанное произведение меняет знак.

3. .

,

,

.

4. Ненулевые векторы , , компланарны тогда и только тогда, когда их смешанное произведение равно нулю (критерий компланарности векторов).

Если векторы , и компланарны, то вектор перпендикулярен плоскости, в которой лежат эти векторы. Следовательно, и .

Обратно, пусть . Так как , то это означает, что или векторы или .

Пусть Так как и перпендикулярны вектору , то векторы , и лежат в одной плоскости, т.е. компланарны.

Пусть . Тогда векторы и – коллинеарные и, следовательно, векторы , и лежат в одной плоскости.

6. Если , то векторы , , образуют правую тройку. Если , то тройка векторов , , – левая.

Действительно, пусть . Так как

,

то угол между вектором и – острый. Но тогда поворот от вектора к виден из конца вектора также, как из конца вектора , т.е. против часовой стрелки. Следовательно, тройка векторов , , – правая.

Если , то угол между вектором и – тупой. Но тогда поворот от к из конца вектора и из конца вектора виден в разных направлениях. Значит тройки векторов , , и , , имеют противоположную ориентацию. =>, тройка векторов , , – левая.

7. Модуль смешанного произведения некомпланарных векторов , , равен объему параллелепипеда, построенного на этих векторах (геометрический смысл смешанного произведения).

Объем параллелепипеда, построенного на векторах , , равен .

Основание параллелепипеда – параллелограмм, построенный на векторах и . Следовательно, его площадь .

Высота параллелепипеда равна , если тройка векторов , , – правая и , если тройка векторов , , – левая.

.

8. Объем пирамиды, построенной на векторах , , равен модуля их смешанного произведения (следствие свойства 7).

(Вычисление смешанного произведения в декартовой системе координат)

9. Если в декартовом прямоугольном базисе векторы , , имеют координаты: , , ,

то .

Действительно, так как и

,

то .

Линейное пространство: Пусть – некоторое множество, элементы которого можно складывать и умножать на действительные (комплексные) числа. Договоримся элементы из обозначать малыми латинскими буквами, а числа – малыми греческими буквами. Тогда Множество называется линейным пространством над ℝ(ℂ) если для любых элементов и для любых чисел ℝ(ℂ) выполняются условия:

1) (коммутативность сложения элементов из );

2) (ассоциативность сложения элементов из );

3) Во множестве существует такой элемент , что . Этот элемент называют нулевым элементом множества ;

4) Для любого элемента существует элемент такой, что . Элемент называют противоположным к ;

5) (ассоциативность относительно умножения чисел);

6) (дистрибутивность умножения на элемент из относительно сложения чисел);

7) (дистрибутивность умножения на число относительно сложения элементов из );

8) .

ПРИМЕРЫ линейных пространств.

1) Пусть ℝ – множество матриц размера с элементами из ℝ. Для этого множества все условия определения выполняются. Следовательно, множество ℝ является линейным пространством над ℝ.

2) Пусть () – множество свободных векторов пространства (плоскости). Для этого множества тоже выполняются все условия определения Следовательно, множество () является линейным пространством над ℝ.

Поиск по сайту: