- •27. Векторы на прямой, на плоскости, в пространстве. Геометрический смысл линейной зависимости.
- •Операции над векторами
- •28. Базисы и системы координат. Уравнение множества точек на плоскости и в пространстве: определение, примеры.
- •34. Линейные объекты в Rn: прямые, отрезки, гиперплоскости. Скалярное произведение в арифметических пространствах.
- •Уравнения прямой в пространстве:
- •Векторное произведение. Векторным произведением вектора на вектор называется вектор , удовлетворяющий следующим требованиям:
- •35. Гиперплоскости и полупространства. Выпуклые множества. Выпуклые многогранники.
- •36. Квадратичные формы: определения, примеры, матрица квадратичной формы и её свойства.
- •37. Приведение квадрат. Формы к каноническому и нормальному видам.
- •38. Закон инерции. Положительно (отрицательно) определенные квадратичные формы, критерий Сильвестра.
- •39. Канонические уравнения и вид кривых второго порядка.
- •40. Поверхности второго порядка.
Векторное произведение. Векторным произведением вектора на вектор называется вектор , удовлетворяющий следующим требованиям:
длина вектора равна произведению длин векторов и на синус угла φ между ними; вектор ортогонален каждому из векторов и ; вектор направлен так, что тройка векторов является правой.
Обозначение: . Геометрически вект. произв. = ориентированная площадь параллелограмма, построенного на векторах , представленная псевдовектором, ортогональным этому параллелограмму.
Св-ва векторного произведения:
при перестановке сомножителей В.ПР. меняет знак (антикоммутативность), т.е
обладает сочетательным св-вом относительно скалярного множителя, т.е.
обладает распределительным св-вом:
35. Гиперплоскости и полупространства. Выпуклые множества. Выпуклые многогранники.
Гиперплоскость - подпространство с размерностью, на единицу меньшей, чем объемлющее пр-тво. Напр., для 2мерного пр-тва гиперплоскость есть прямая (отражаемая ур-нием ), для 3хмерного - плоскость и т. д.
Ур-ние гиперплоскости: - нормальный вектор к гиперплоскости, тогда ур-ние гиперплоскости, проходящей через т. , имеет вид Здесь -скалярное произведение в пр-тве . В частном случае ур-ние принимает вид
Расстояние от т. до гиперпл.: - нормальный вектор к гиперпл., => расст. от т. до гиперпл. даётся формулой ( - произвольная т. гиперпл.).
Полупространство, ограниченное гиперплоскостью α - геометрическая фигура в пр-ве, для которой выполняется следующее:
Эта фигура включает в себя плоскость α, но не сводится к ней.
Любой отрезок, ограниченный произвольными точками этой фигуры A и B, не принадлежащими α, не имеет пересечений с плоскостью α.
Любой отрезок, ограниченный произвольными точками этой фигуры A и B, где А принадлежит α, а B - нет, имеет пересечение с плоскостью α. Пусть будет векторным пространством, линейной формой, тогда каждое число определяет закрытое полупространство
Если неравенство строгое, то полупространство наз.открытым.
Выпуклые множества. Мн-во (в аффинном или векторном пр-ве) наз.выпуклым, если оно содержит вместе с любыми 2мя точкамисоединяющий их отрезок. Пусть -аффинное или векторное пр-во над полем вещественных чисел .Мн-во наз. выпуклым, если вместе с любыми 2мя т. мн-ву принадлежат все т. отрезка , соединяющего в пр-ве т. и . Этот отрезок можно представить как
Выпуклые подмножества мн-ва (мн-во вещ. чисел) предст. собой интервалы из .
Примерами выпуклых подмножеств в 2мерном Евклидовом пр-ве () явл. правильные многоугольники.
Примерами выпуклых подмножеств в 3мерном Евклидовом пр-ве () явл. Архимедовы тела и правильные многогранники.
Св-ва:
Выпуклое мн-во в топологическом линейном пр-ве явл. связным и линейно связным, гомотопически эквивалентным точке.
В терминах связности, выпуклое мн-во можно определить так: мн-во выпукло, если его пересечение с любой (вещественной) прямой связно.
Пусть - выпуклое мн-во в линейном пр-ве. Тогда для любых элементов принадлежащих и для всех неотриц. , таких что , вектор принадлежит Вектор называется выпуклой комбинацией элементов .
Пересечение любого числа выпуклых мн-в явл. выпуклым мн-вом, таким образом выпуклые подмножества образуют полную сетку. Это так же означает и то, что любое подмножество линейного пр-ва содержится внутри малого выпуклого мн-ва (выпуклой оболочки мн-ва ), т.е. пересечение всех выпуклых мн-в содержит .
Замкнутые выпуклые мн-ва м.б. определены как пересечения замкнутых полупр-в (мн-ва точек в пр-ве, кот. лежат только на 1ой части гиперплоскости). Из выше сказанного становится понятным, что такие пересечения явл. выпуклыми и замкнутыми мн-вами. Для доказательства обратного, т.е. что каждое выпуклое мн-во м.б. представлено в виде пересечения, можно использовать теорему об опорной гиперплоскости в форме в кот. для данного замкнутого выпуклого мн-ва и т. , не принадлежащей ему, существует замкнутое полупр-во , содержащее и не содержащее . Теорема об опорной гиперплоскости является частным случаем теоремы Хана - Банаха из функционального анализа.
Теор. Хелли: Предположим в конечном семействе выпуклых подмн-в , пересеч. любых из них непусто => пересечение всех подмн-в из этого семейства непусто.
Любое выпуклое мн-во единичной площади в можно целиком заключить в некоторый треугольник площади 2.