Все лекции по аналитический геометрии
.pdf$ a . , i , j , k - .
" : a = a1i + a2 j + a3k = (a1 , a2 , a3 ) 4 a1 , a2 , a3 a .
#$ (
1. |
a + b = a i + a j + a k + b i + b j + b k = (a + b )i + (a + b ) j + (a + b )k = (a + b , a |
2 |
+ b , a + b ) ; |
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2. |
λa = λ(a1i + a2 j + a3k ) = λa1i + λa2 j + λa3k = (λa1 , λa2 , λa3 ) . |
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" , ,
: 5 – OA = a = (a , a |
, a ) |
A = a(a , a , a ) |
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1 |
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3 |
)* "
B" A(a1 , a2 , a3 ) B(b1 , b2 , b3 ) .
': AO + OB = AB
A O
AB = AO + OB = OB − OA = (b1 , b2 , b3 ) − (a1 , a2 , a3 ) = (b1 − a1 , b2 − a2 , b3 − a3 )
AB = (b1 − a1 , b2 − a2 , b3 − a3 )
% (
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" a = OA = (a , a |
, a ) , : |
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A |
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a1 |
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CB |
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CB |
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a2 j |
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a2 |
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j |
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a2 |
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C B
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" A(a1 , a2 , a3 )
( AB :
AB = (b1 − a1 , b2 − a2 , b3 − a3 ) .
: dist( A, B) = AB =
a = a12 + a22 + a32
* &" 4.
A
B(b1 , b2 , b3 ) .
B
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= (b |
− a )2 |
+ (b − a )2 |
+ (b − a )2 |
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AB |
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§5.
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b |
(a, b ) = |
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b |
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cosϕ , |
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ϕ |
0 ≤ ϕ ≤ π 0o ≤ ϕ ≤ 180o . |
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a |
11
(
(. " a = (a1 , a2 , a3 ) b = (b1 , b2 , b3 ) , ,
: |
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+ a b |
+ a b . |
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(5.1) |
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(a, b ) = a b |
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a |
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b |
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ϕ |
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=1 (a12 + a22 + a32 + b12 + b22 + b32 − (b1 − a1 )2 − (b2 − a2 )2 − (b3 − a3 )2 ) =
2
=1 (2a1b1 + 2a2b2 + 2a3b3 ) = a1b1 + a2b2 + a3b3 . 2
', ) (Th.cos) , ϕ = 0
ϕ = π ( ).
) (5.1) . ( .6 %. * (5.1) .
1)(a, a) = a 2 ≥ 0 ( ) - ;
2)(a, b ) = (b, a) - ;
3)λ(a, b ) = (λa, b ) = (a, λb ) , λ R - ; (a + b, c ) = (a, c ) + (b, c )
4) |
|
|
|
- . |
(a, b |
+ c ) = (a, b ) + (a, c ) |
&.
1 2 ; 3 4 ) (5.1).
& 4- : (a, b + c ) = a1 (b1 + c1 ) + a2 (b2 + c2 ) + a3 (b3 + c3 ) =
=(a1b1 + a2b2 + a3b3 ) + (a1c1 + a2c2 + a3c3 ) = (a, b ) + (a, c ).
+
(a, b ) > 0 |
ϕ (0o , 90o ) ; |
(a, b ) < 0 |
ϕ (90o ,180o ) ; |
(a, b ) = 0 |
ϕ = 90o , . . a b . |
%. 0
(a, 0) = (0, a) = 0 .
!$ "
a |
u : |
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u - , |
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ϕ - a u . |
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pru a |
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n |
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cosϕ |
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(a, n) |
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cosϕ = pru a. |
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n |
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1.pru λa = λ pru a , λ .
2.pru (a + b ) = pru a + prub .
&. |
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" n u : |
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(λa, n) |
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cosϕ |
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λ pru a |
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n |
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n |
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(a + b, n) |
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(a, n) |
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(b, n) |
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2. |
pru (a |
+ b ) = |
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= pru a |
+ pru b. |
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n |
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n |
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pru (λ1 f1 + λ2 f2 + ... + λn fn ) = λ1 pru f1 + λ2 pru f2 + ... + λn pru fn . |
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i , j , k |
- , |
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a = (a1 , a2 , a3 ) - , : |
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(a, i ) |
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= (a, i ) = a1 |
1 + a2 |
0 + a3 |
0 |
= a1 , |
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prOy a = a2 , |
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prOz a |
= a3 . |
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: " !
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". " u - n , n = 1 , α , β , γ - u
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(: pr n |
= |
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n |
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cosα = cosα , pr |
n = cos β pr n = cos γ . |
|
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Oy |
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cosα , cos β cos γ |
n . |
)* (
1. |
n = (cosα , cos β , cos γ ) - u ( . . |
|
n |
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= 1 ). |
|
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||||
2. |
cos2 α + cos2 β + cos2 γ = 1 - - . |
13
# * ( (
$ a, b , c, d.... , , Oxy .
(: a = (a1 , a2 , 0) = (a1 , a2 ) , b = (b1 , b2 ) , c = (c1 , c2 ) .
( .
, ) .
1: (a, b ) = a b + a b , |
|
a |
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|
|
|
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= a 2 |
+ a 2 . |
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1 |
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1 a b .
ϕ . 1 .
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2 |
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|
2 |
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2 |
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|
|
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S |
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1 − cos2 ϕ = |
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− ( |
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cosϕ)2 = |
|
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a |
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|
a |
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|
b |
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− (a, b )2 = |
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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= (a 2 + a 2 )(b 2 |
+ b 2 ) − (a b + a b )2 |
|
= a 2b 2 + a |
2b 2 |
+ a |
2b |
2 + a |
2b 2 |
− a |
2b 2 |
− a |
2b 2 |
− 2a a b b = |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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1 |
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|
|
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|
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1 |
2 |
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|
|
1 |
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1 |
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|
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= (a b − a b )2 |
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a b − a b |
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2 |
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1 |
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2 |
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a1b2 − a2b1 |
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', a b , S |
= 0 , a1b2 − a2b1 = 0 , |
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2 |
1 |
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§6.
5 – .
#
" a = (a1 , a2 ) b = (b1 , b2 ) - .
1 !, .
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a |
a |
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M = 1 |
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2 |
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det M = |
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%. + ,
a b ( det M = S − ),
, “+” ,
, “– ” , – .
(: ( )
2 a b ( a b ), ( det M = 0 ). &: ( . - ) 5).
": : ,
! ( . . a b a1b2 = a2b1 ).
14
# "
" a = (a1 , a2 , a3 ) , b = (b1 , b2 , b3 ) c = (c1 , c2 , c3 ) - .
|
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2 |
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1 |
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1 |
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|
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. .
1 : det M = a1 (b2c3 − b3c2 ) − a2 (b1c3 − b3c1 ) + a3 (b1c2 − b2c1 ) = = a1b2c3 − a1b3c2 − a2b1c3 + a2b3c1 + a3b1c2 − a3b2c1 = a1b2c3 + a2b3c1 + a3b1c2 − a1b3c2 − a2b1c3 − a3b2c1 .
" :
"+ " "− "
1." ;
2.2 , 0;
3." ;
4. 2 ! - , ,
, ;
1: ' a, b, c + d
a, b, c a, b, d .
5. " ! , ,
( ! !
, !, ).
4 :
1) 1 det = a, b , c = − det a, c, b .
2) 1 det = [a, a, c ] = 0 ( D = det [a, a, c ] = − det [a, a, c ] D = 0 ).
3)1 det = λa, b, c = λ det a, b, c .
4)1 det a, b, c + d = det a, b, c + det a, b, d .
5)1 det a, b, c + λa = det a, b, c + λ det a, b , a = det a, b, c .
15
$
|
|
|
|
|
a |
a |
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a |
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" |
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M = a, b, c |
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b |
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|
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c2 |
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|
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|
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1 |
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= a, b , c |
|
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a |
b c |
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2 |
2 |
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b3 |
c3 |
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a1 |
b1 |
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a |
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= a b c + a b c + a b c − a b c − a b c − a b c = det M . |
|||
det M T = a, b, c |
|
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|
|
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2 |
2 |
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b3 |
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« » |
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§7.
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c
b
a
ν
b
ϕ
a
" a, b, c -
.
( ,
« »,
,
« ».
( :
" a, b - , ϕ -
.
': v
" a b , :
1.v = a b sin ϕ ,
2.v a b ,
3.a, b, v - , . . v
« ».
16
% :
a) |
|
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= S − ; |
|
|
|
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( 2 3 ); |
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v a b . |
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= a, b |
= ab |
= a |
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|
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|
|
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1. [a, a] = 0 , a ;
2. |
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|
= − b, a |
|
- ; |
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
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3. |
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a, λb |
= λ a, b , λ R - ; |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
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|
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|
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|
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= [a, c ] + b, c |
|
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|
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|
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|
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|
|
|
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a, b |
+ c |
= a, b |
a, c |
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|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
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', 3 4 .
&.
1) |
S − = 0 , , , . |
2) |
" a b S − , |
. |
|
3) |
" λ , S − λ , |
( ) λ . :
λa, b |
= a, λb = λ a, b . |
|
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|
|
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4) |
( . ). |
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" i , j , k - . |
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j , k |
= i ; |
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= j . |
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|
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− k |
0 |
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|
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|
|
k |
|
j |
− i |
0 |
|
|
|
|
|
17
(
" a = (a1 , a2 , a3 ) b = (b1 , b2 , b3 ) . ( :
[a, b ] = [a i + a |
2 |
j + a k , b i + b |
j + b k ] = |
( 3 4) |
||
1 |
3 |
1 |
2 |
3 |
|
= a1 b1 0 + a1 b2 k + a1 b3 (− j ) + a2 b1 (−k ) + a2 b2 0 + a2 b3 i + a3 b1 j + a3 b2 (−i ) + a3 b3 0 =
=(a2b3 + a3b2 )i − (a1b3 + a3b1 ) j + (a1b2 + a2b1 )k =
i j k
= a1 |
a2 |
a3 |
|
" ) . |
|||||||
b1 |
b2 |
b3 |
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|
|
|
|
|
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|
|
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|
|
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|
|
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|
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|
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i |
j |
k |
|
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( : |
[a, b ] = |
a |
a |
2 |
a |
|
|
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|||
|
|
|
|
|
1 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b1 |
b2 |
b3 |
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
|
|
|
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!$ "
B
a
A
a′ B′
πA′
|
c |
a |
b |
|
c ′ |
a′ |
b ′ |
π |
|
c
a
a′
πv
: AB - ,
π - ,
A′, B′ - ! A B π , a′ = A′B′ - ! AB = a ,
:
a)$ !;
b)" ! ! ,
(a + b )′ = c′ = a′ + b′ .
" a c , c ≠ 0 .
$ π , c π . " a′ - ! a π , :
[a, c ] = [a′, c ]
&.
[a, c ] [a′, c ] ,
a, a′, c .
& [a, c ] [a′, c ] , . . ,
( c a′ ( . .)). ( : [a, c ] = [a′, c ] .
"
( ): |
|
|
|
|
|
a |
+ b, c |
= [a, c |
] + b, c . |
18
&. c
a a + b
b
1.2 c = 0 , .
2." c = 1 :
a |
+ b, c |
= (a + b )′, c |
= a′ + b′, c |
, |
|
c |
|
= 1 , |
|||
|
|
||||||||||
|
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|
|
|
|
|
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|
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|
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π c |
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90 ( |
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- c , |
|
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|
|
|
|
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), : [a′, c ] |
+ b′, c = a′ + b′, c . |
( : a + b, c = (a + b )′, c = a′ + b′, c = [a′, c ] + b′, c = [a, c ] + b, c .
3. |
, c |
- , |
|
c |
|
≠ 0 , : |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
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|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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c |
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c |
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
a |
+ b, c |
|
= |
c |
a |
+ b, |
|
|
|
= |
c |
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|
a, |
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+ b, |
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= [a, c |
]+ b |
, c |
|
. ( . |
|||||
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c |
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c |
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c |
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* .
§8.
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c |
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" a, b, c - |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
d |
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|
b |
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$ " a, b c |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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|
(a, b, c ) |
≡ abc |
≡ ([a, b ], c ) . |
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|
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|
||||||||||||||||||||||||||||||||
a = (a1 , a2 , a3 ) , b = (b1 , b2 , b3 ) , c = (c1 , c2 , c3 ) |
- |
|
|
. |
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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i |
j |
|
k |
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a a |
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|
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2 |
a |
|
|
|
a a |
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a |
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|
|
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|
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|||||||||||||
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1 |
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|
3 |
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b2 |
b3 |
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|
b1 |
b3 |
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b1 |
b2 |
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b1 |
b2 |
|
b3 |
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a2 |
a3 |
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a1 |
a3 |
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a1 |
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c1 |
c2 |
c3 |
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a1 |
a2 |
a3 |
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a |
a |
a |
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b |
b |
b |
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|||||||||||||||||||||||||||||
([a, b ], c ) = c |
|
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||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
b b |
|
|
2 |
|
b b |
|
|
|
|
3 |
|
b b |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|||||||||||
|
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|
|
|
|
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|
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|
1 |
|
3 |
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
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b1 |
b2 |
b3 |
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c1 |
c2 |
c3 |
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|||||
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|
|
|
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a |
a |
|
|
|
|
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|
1 |
2 |
3 |
|
- a, b c |
|
(a, b, c ) = |
|
b |
b |
b |
|
- |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
. |
|
|
|
c1 |
c2 |
c3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
: - a, b c , ,
.
-
1.2 a, b c , -
, |
a, b, c - (a, b, c ) = 0 . |
&. |
|
19
|
|
|
|
|
|
|
(a, b, c ) = 0 |
|
([a, b ], c ) = 0 |
|
[a, b ] c |
[a, b ] = 0, |
|
|
|
|
|
|
c a, b; |
|
, b , |
|
|
a |
|
a, b, c . |
|
c |
a, b; |
2." a, b, c - ;
v |
V - 73 , a, b, c . |
|||
|
|
|
|
V , a, b, c − , |
|
|
|||
|
|
( (a, b , c ) = |
|
|
|
|
|
|
−V , a, b, c − . |
c
b
θ
ϕ
a
% ‘+’ ,
a b ,
a, b, v ). / ‘ − ’ .
|
|
|
|
|
|
|
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|
(a, b, c ) |
|
|
= V |
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|
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|
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||||||||||
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|
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|
|
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|
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|
||||||
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|
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|
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
(a, b, c ) = ( a, b |
, c ) |
|
a, b |
|
|
cosϕ = ( |
|
a |
|
|
b |
|
sin α ) ( |
|
c |
|
cosθ ) . |
||||||||||||||||
|
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|
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|
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sin α = S |
|
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|||||||||||||||||||||||
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|
|
|
b |
- |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
, |
|
c |
|
cosθ = ± h - ! c |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
v = |
a, b |
, h - . |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
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|
|
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|
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|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c, ,
v , , a, b, c - (
: ' !, 3 ,
73 , .
$ 1. 2. . 5 ".
3. ( a, b , c ) = (a, b, c ) .
( - . &.
|
|
|
b1 |
b2 |
b3 |
|
a1 |
a2 |
a3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
(a,[b, c |
]) = ([b, c |
], a ) = (b , c, a ) = |
c1 |
c2 |
c3 |
= |
b1 |
b2 |
b3 |
= (a, b, c ) = ([a, b ], c ) . |
|
|
|
|
a1 |
a2 |
a3 |
|
c1 |
c2 |
c3 |
|
|
4." - " (
! ). 1: (a, b, c ) = − (b, a, c ) .
& .
5.- .
1: (α a + βb, c, d ) = α (a, c, d ) + β (b, c, d ) ( α β ).
&.
, . . ( )
(α a + βb, c, d ) = ([α a + βb , c], d ) = (α[a, c] + β[b, c], d ) =
= α ([a, c], d )+ β ([b, c], d ) = α (a, c, d )+ β (b, c, d ).
5 .
20