Единичные ортогональные векторы.
В любой прямоугольной
системе координат можно ввести единичные попарно ортогональные векторы i,jиk,
связанные с координатными осями: i
– с осью Х,
j – с осьюY
и k
– с осью Z.
В соответствии с этим определением:
( i, j ) = ( i, k ) = ( j, k ) = 0,
| i | = | j | =
| k | =
1.
Любой вектор aможет быть выражен
через эти векторы единственным образом: a = x
i + y
j + z
k .Другая форма записи:
a = ( x,
y, z ).Здесьx,y,z
- координаты вектораaв этой системе координат. В
соответствии с последним соотношением и свойствами единичных ортогональных
векторов i,
j, k скалярное произведение двух векторов
можно выразить иначе.
Пустьa
= ( x,
y,
z );b
= ( u,
v,
w ).
Тогда (
a ,b ) =
xu+
yv+
zw.
Скалярное произведение двух
векторов равно сумме произведений соответствующих координат.
Длина (модуль) вектора a =
( x,y,z)
равна:
Кроме того, теперь мы получаем
возможность проведения алгебраических операций над векторами, а именно,
сложение и вычитание векторов можетвыполняться
по координатам:
a +b = ( x + u , y + v ,
z + w ) ;
a – b = ( x
–
u , y – v , z –
w ) .
Векторное произведение
векторов. Векторным произведением[a,
b]векторов
aи
b
( в указанном порядке ) называется вектор:
Существует другая формула длины вектора [a, b ]
:
/\
| [a, b ] | = | a | | b
| sin ( a, b),
т.e.длина (модуль) векторного произведения
векторов aи bравнапроизведению длин ( модулей )
этих векторов на синус угла между ними.Иначе говоря: длина (
модуль ) вектора [a,
b]численно равна площади параллелограмма, построенного на векторах a
иb .
Свойства векторного произведения.
I.
Вектор [a,
b ]
перпендикулярен (ортогонален) обоим векторам aиb.
( Докажите это,
пожалуйста
! ) .
II. [a ,b ] = –[ b , a ]
.
III.
[m a ,b ] = m [
a ,b ] .
IV.
[ a + b , c ] = [a ,c ] + [b ,c ] .
V.
[a ,
[b , c]]
= b ( a
, c ) – c ( a
, b ) .
VI.
[ [a ,b] , c ]
= b ( a
, c ) – a ( b
, c ) .
Необходимое и достаточное
условие коллинеарности
векторов
a
= ( x,
y,
z )
и b
= ( u, v, w ) :
Необходимое и достаточное
условие компланарности векторов
a
= ( x, y, z ), b
= ( u, v, w )
иc
= ( p, q, r ) :
П р и м е р
. Даны векторы: a
= ( 1, 2, 3 ) и b
= ( – 2 , 0 ,4 ).
Вычислить их
скалярное и векторное произведения и угол
между этими
векторами.
Р е ш е н и е . Используя
соответствующие формулы (см. выше), получим: