- •Вопрос 3
- •Вопрос 4.
- •Вопрос 5. Обратная матрица: определение, теорема о существовании.
- •Вопрос 6.
- •Вопрос 7.
- •Вопрос 11.
- •Вопрос 12.
- •Вопрос 1.
- •Вопрос 2 .
- •Вопрос 4.
- •Вопрос 5.
- •Как найти направляющие косинусы вектора
- •Вопрос 6.
- •Вопрос 7.
- •8.2. Свойства смешанного произведения
- •8.3. Выражение смешанного произведения через координаты
- •Вопрос 1
- •Вопрос 2.
- •Вопрос 3.
- •Вопрос 4.
- •Вопрос 5.
- •Вопрос 6.
- •Вопрос 7.
- •Вопрос 8.
- •Вопрос 9.
- •Вопрос 10
- •Вопрос 11.
- •Вопрос 12.
- •Вопрос 16.
- •Вопрос 17
- •Вопрос 18.
Вопрос 4.
Определение скалярного произведения
Скалярным произведением двух ненулевых векторов а и b называетсячисло, равное произведению длин этих векторов на косинус угла междуними.
Обозначается ab,а* b(или( а, b)).Итак, по определению,
Формуле (6.1) можно придать иной вид. Так как |a| cos=пр ba, (см. рис.14), a |b| cos = пр ab, то получаем:
т. е. скалярное произведение двух векторов равно модулю одного из них, умноженному на проекцию другого на ось, сонаправленную с первым вектором.
Свойства скалярного произведения
1. Скалярное произведение обладает переместительным свойством: ab=ba
Решение:
5. Если векторы а и b(ненулевые) взаимно перпендикулярны, то их скалярное произведение равно нулю, т. е. если a b, то ab=0. Справедливо и обратное утверждение: если ab=0 и а 0b, то а b
.
Выражение скалярного произведения через координаты
Пусть заданы два вектора
Найдем скалярное произведение векторов, перемножая их как многочлены (что законно в силу свойств линейности скалярного произведения) и пользуясь таблицей скалярного произведения векторов i, j, k:
т.е
Итак, скалярное произведение векторов равно сумме произведений их одноименных координат.
Пример 6.2.
Доказать, что диагонали четырехугольника, заданного координатами вершин А(-4;-4;4), В(-3;2;2),C(2; 5;1), D(3;-2;2), взаимно перпендикулярны.
Решение: Составим вектора АС и BD, лежащие на диагоналях данного четырехугольника. Имеем: АС = (6;9;-3) и BD = (6;-4;0). Найдем скалярное произведение этих векторов:
АС • BD = 36 - 36 - 0 = 0.
Отсюда следует, что ACBD. Диагонали четырехугольника ABCD взаимно перпендикулярны.
Вопрос 5.
Направляющие косинусы вектора. Направляющие косинусы единичного вектора. Примеры.
Углы, образуемые вектором с координатными осями Ox, Oy и Oz, определяются из формул (3) и (4):
(13)
Косинусы, определяемые по этим формулам, называются направляющими косинусами вектора .
Для направляющих косинусов вектора имеет место формула
(14)
т. е. сумма квадратов косинусов углов, образуемых вектором с тремя взаимно перпендикулярными осями, равна единице.
Если , т. е. если - единичный вектор, обозначаемый обыкновенно , то его проекции на координатные оси вычисляются по формулам
(15)
т. е. проекции единичного вектора на оси прямоугольной системы координат Ox, Oy и Oz равны соответственно направляющим косинусам этого вектора. Имеет место формула
(16)
Если даны два вектора
то
и
(17)
Как найти направляющие косинусы вектора
Обозначьте через альфа, бета и гамма углы, образованные вектором а с положительным направлением координатных осей (см. рис.1). Косинусы этих углов называются направляющими косинусами вектора а.
Инструкция
1
Так как координаты а в декартовой прямоугольной системе координат равны проекциям вектора на координатные оси, то а1 = |a|cos(альфа), a2 = |a|cos(бета), a3 = |a|cos(гамма). Отсюда: cos (альфа)=a1||a|, cos(бета) =a2||a|, cos(гамма)= a3/|a|. При этом |a|=sqrt(a1^2+ a2^2+ a3^2). Значит cos (альфа)=a1|sqrt(a1^2+ a2^2+ a3^2), cos(бета) =a2|sqrt(a1^2+ a2^2+ a3^2), cos(гамма)= a3/sqrt(a1^2+ a2^2+ a3^2).
2
Следует отметить основное свойство направляющих косинусов. Сумма квадратов направляющих косинусов вектора равна единице. Действительно, cos^2(альфа)+cos^2(бета)+cos^2(гамма)= = a1^2|(a1^2+ a2^2+ a3^2)+ a2^2|(a1^2+ a2^2+ a3^2)+ a3^2/(a1^2+ a2^2+ a3^2) = =(a1^2+ a2^2+ a3^2)|(a1^2+ a2^2+ a3^2) = 1.
3
Первый способ
Пример: дано: вектор а={1, 3, 5). Найти его направляющие косинусы. Решение. В соответствии с найденным выпишем: |а|= sqrt(ax^2+ ay^2+ az^2)=sqrt(1+9 +25)=sqrt(35)=5,91. Таким образом, ответ можно записать в следующей форме: {cos(альфа), cos(бета), cos(гамма)}={1/sqrt(35), 3/sqrt (35), 5/(35)}={0,16;0,5;0,84}.
4
Второй способ
При нахождении направляющих косинусов вектора а, можно использовать методику определения косинусов углов с помощью скалярного произведения. В данном случае в виду имеются углы между а и направляющими единичными векторами прямоугольных декартовых координат i, j и k. Их координаты {1, 0, 0}, {0, 1, 0}, {0, 0, 1}, соответственно. Следует напомнить, что скалярное произведение векторов определяется так.
Если угол между векторами ф, то скалярное произведение двух ветров (по определению) – это число, равное произведению модулей векторов на cosф. (a, b) = |a||b|cos ф. Тогда, если b=i, то (a, i) = |a||i|cos(альфа), или a1 = |a|cos(альфа). Далее все действия выполняются аналогично способу 1, с учетом координат j и k.