Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

vm1

.pdf
Скачиваний:
28
Добавлен:
28.02.2016
Размер:
1.73 Mб
Скачать

Отже, у просторi базис складається з трьох довiльних лiнiйно незалежних векторiв.

1.6. Подiл вiдрiзка в даному вiдношеннi. Нехай треба вiдрiзок M1M2 подiлити у вiдношеннi ¸ > 0. Це означає, що треба знайти на даному вiдрiзку точку M, для якої M1M :

MM2 = ¸, або M1M = ¸MM2.

 

3M2

Нехай точки M1 i M2 мають вiдповiдно

 

координати M1(x1; y1

; z1) i M2(x2; y2; z2).

3M

 

 

Знайдемо координати точки M(x; y; z).

 

 

¡¡¡!

¡¡¡!

або (x

 

 

Очевидно, що M1M = ¸MM2

 

 

 

 

¡

M1

 

x1; y ¡ y1; z ¡ z1) = (¸(x2 ¡ x); ¸(y2 ¡ y);

 

 

¸(z2 ¡ z)).

 

 

Звiдси випливає, що x ¡ x1 = ¸(x2 ¡ x), y ¡ y1 = ¸(y2 ¡ y), z ¡ z1 = ¸(z2 ¡ z), тобто

x =

x1 + ¸x2

;

y =

y1 + ¸y2

;

z =

z1 + ¸z2

:

(15)

 

 

 

1 + ¸

 

1 + ¸

 

1 + ¸

 

 

Якщо точка M є серединою вiдрiзка M1M2, то M1M = MM2 i, отже, ¸ = 1. У цьому випадку рiвностi (15) набудуть вигляду

x =

x1 + x2

;

y =

y1 + y2

;

z =

z1 + z2

:

(16)

 

 

 

2

 

2

 

2

 

 

Приклад 7. Дано точки M1(1; 2), M2(3; 4). Подiлити вiдрiзок M1M2 у вiдношеннi ¸ = 12 .

J Оскiльки x1 = 1, y1 = 2; x2 = 3, y2 = 4, то згiдно з формулами (15) маємо

x =

1 + 21 ¢ 3

=

5

; y =

2 + 21 ¢ 4

=

8

:

 

 

 

 

 

 

3

1 + 1

3

 

1 +

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

Отже, точка M(5 ; 8 ) дiлить вiдрiзок M1M2 у вiдношеннi

¸ = 21 . I

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

111

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вправи

 

 

1.

Дано точки A(3; ¡1; 2) i B(¡1; 2; 1). Знайти координати век-

торiв

¡¡! i

¡¡!.

 

 

 

 

AB

BA

 

~

~

 

 

 

 

2. Знайти лiнiйну комбiнацiю векторiв 3~a + 4b ¡~c, де ~a = (4; 1; 3),

b = (1; 2; ¡2), ~c = (10; 8; 1).

 

 

 

 

 

~

~

~

 

3. Дано j~aj = 13, jbj = 19, j~a + bj = 24. Знайти j~a ¡ bj.

 

4.

 

 

 

~

 

Для яких значень ® i ¯ вектори ~a = (¡4; 6; ¯) i b = (®; ¡3; 2)

колiнеарнi?

A(¡1; 5; ¡10),

B(5; ¡7; 8), C(2; 2; ¡7) i

 

5.

Дано чотири точки

¡¡! ¡¡!

D(5; ¡4; 2). Перевiрити, чи вектори AB i CD колiнеарнi; знайти який

з них довший i у скiльки разiв, як вони напрямленi – в один чи в протилежнi боки.

6. Знайти початок вектора ~a = (2; ¡3; ¡1), якщо його кiнець збiгається з точкою (1; ¡1; 2).

~

7. На площинi дано три вектори ~a = (3; ¡2), b = (¡2; 1) i ~c = (7; ¡4). Знайти розклад кожного з цих векторiв, беручи за базис два iнших.

8. Вектор ~x колiнеарний вектору ~a = (6; ¡8; ¡7; 5) i утворює з вiссю Oz гострий кут. Знаючи, що j~xj = 50, знайти його координати.

~~ ~

9.Знайти j~a + bj i j~a ¡ bj, якщо ~a = (3; ¡5; 8) i b = (¡1; 1; ¡4).

10.Знайти орт вектора ~a = (6; ¡2; ¡3).

 

 

 

11.

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

, причому j~aj = 5 i

 

 

 

Вектори ~a i b утворюють кут ' = 60

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jbj = 8. Знайти j~a + bj i j~a ¡ bj.

 

 

¡!

 

 

j + k

¡

1 (4 i

+ 8 j +

 

k )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 2¡!

¡!

5

3¡!

12.

Обчислити модуль вектора a = ¡!i

 

¡!

 

i знайти його напрямнi косинуси.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13.

Дано точки M1(2; 4; ¡2) i M2(¡2; 4; 2). На прямiй M1M2 знай-

ти точку M, що дiлить вiдрiзок M1M2 у вiдношеннi ¸ = 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 4¡!i

¡

 

j + 3 k

 

 

 

 

 

 

b

 

 

14.

Дано вектор a

 

 

2

¡!. Знайти вектор ¡!, якщо

 

 

=

 

¡!

, прOx¡!

= 0

, прOy¡!

 

 

прOy

.

 

 

 

 

 

 

 

 

j

b

j

j

a

j

 

b

 

 

b =

a

a

 

 

 

 

 

 

 

a =

 

 

 

15.

Знайти проекцiю вектора ¡!

на осi координат, якщо ¡!

¡¡! ¡¡!, де

A(0; 0; 1)

,

B(3; 2; 1)

,

C(4; 6; 5)

i

 

 

 

 

.

 

 

AB + CD

 

 

 

 

D(1; 6; 3)

 

K(7; 8),

 

 

 

16.

 

Дано координати середин

сторiн

трикутника

M(¡4; 5), N(1; 4). Визначити координати вершин трикутника.

 

 

 

17.

 

Вершини

трикутника

 

знаходяться

в

точках A(3; ¡5),

B(¡3; 3), C(¡1; ¡2). Визначити довжину бiсектриси його внутрiшнього кута, проведеної з вершини A.

18. Знайти координати точки перетину медiан трикутника, якщо його вершинами є точки A(7; 4), B(¡1; 8), C(¡12; ¡1).

112

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вiдповiдi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ¡¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, ¡¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. 2. (6; 3; 0). 3.

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

.

 

AB = (

¡

4; 3;

¡

1)

BA = (4;

¡

3; 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~a

 

b

= 22

 

4. ®

= 2,

¯

 

 

 

 

5.

 

Вектор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j ¡

 

 

j

 

век-

 

=

¡

4.

 

 

¡¡!

у два рази довший

 

за

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; 2; 3). 7.

 

~a = 2b + ~c

тор ¡¡!, вони напрямленi в один бiк. 6. (

¡

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

~

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

b =

2

~a ¡

 

2

~c, ~c

= ~a ¡ 2b.

 

8.

 

~x

 

=

(¡24; 32; 30).

 

9. j~a + bj = 6,

j~a ¡ ~bj = 14.

10. ~a0

=

µ7

 

; ¡7; ¡

7. 11. j~a + ~bj = p129, j~a ¡ ~bj =

7. 12. jj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5,

 

 

 

 

 

 

 

 

3

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 13.

 

 

¡

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

a

 

=

3

cos ® =

1

 

cos ¯ =

 

cos ° =

2

 

 

 

 

 

M(

 

 

1; 4; 1)

 

14. ¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡

 

¡!

 

¡!

або

 

¡

 

¡! ¡

. 15. прOx¡!

 

 

 

 

, прOy

¡!

 

 

 

b =

 

2 j + 5 k

 

 

 

 

b = 2 i

 

 

 

 

5 k

 

 

 

 

 

 

a = 0

 

 

 

 

 

 

 

a =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14p

 

 

 

 

 

a

 

=

 

 

2

16.

A(2; 17)

,

B(12;

 

1)

C(

¡

10;

¡

7)

.

 

17.

 

 

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

2, прOz

 

 

 

 

¡ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡ ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18. M(¡2; 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

113

§2. Скалярний, векторний i мiшаний добутки

2.1. Скалярний добуток двох векторiв. Косинус кута

мiж двома векторами. Скалярним добутком векторiв

¡! ¡!

a i b називається число, яке дорiвнює добутку довжин цих

векторiв на косинус кута ' мiж ними. Позначається скалярний

¡!¡! ¡! ¡! ¡! ¡!

добуток символом a b або a ¢ b , або ( a ; b ). Тому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

j¡!jj

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

b

 

 

=

b

j

cos ':

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оскiльки ¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пр

 

 

 

¡!,

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

пр

 

 

 

 

 

, то

j

b

 

j

cos ' =

 

 

 

a

 

b

 

j

j

cos ' =

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

¡!

 

a

 

 

 

a

 

 

(17) випливає, що

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

пр

 

 

 

¡!

 

 

¡!

пр

 

 

 

 

або

 

 

a

 

 

 

 

 

 

b =

 

 

 

a

 

 

b

 

 

 

 

¡!

b =

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

j

 

a

j

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

j

 

 

 

¡!

a :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

Звiдси знаходимо, що

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

b

 

 

 

 

 

 

пр a

 

¡!

=

 

 

 

 

 

 

 

а

 

пр

 

 

¡!

=

a

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

a

;

 

 

 

 

 

¡!

 

a

j¡!j

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jj

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

(17)

з рiвностi

Скалярний добуток двох векторiв має властивостi:

1)

a

¡!

;

 

 

 

 

 

 

¡!

b

 

¡!

 

 

 

 

 

2)

 

= b a

 

 

¡!

 

 

¡! ;

¸( a ¡!

 

 

¡!

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

3)

 

 

b ) = (¸ a ) b = a (¸ b )

( a +

¡!

 

¡!!¡

¡!

 

;

 

¡!

 

 

+ b

¡!

 

 

 

b ) c

= a c

c

 

4) якщо скалярний добуток двох векторiв дорiвнює нулю, то дорiвнює нулю або один iз цих векторiв, або косинус кута мiж ними, тобто вектори ортогональнi. Навпаки, якщо нену-

¡! ¡!

льовi вектори a ? b , то cos ' = 0, i, отже, скалярний добуток

векторiв дорiвнює нулю. Тому два ненульовi вектори перпендикулярнi тодi й тiльки тодi, коли їхнiй скалярний добуток дорiвнює нулю.

Очевидно, що

j¡!jjj

 

 

 

 

j¡!jjj

 

j¡!j

 

!¡ ¡!

 

 

 

 

 

2;

a a =

a a

cos 0 =

a a

=

a

тобто

¡!

2

 

j¡!j

 

 

 

 

a

=

a

2:

 

 

(18)

 

 

 

 

114

 

 

 

 

 

 

Приклад 1. Дано вектор

 

¡!

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

,

 

 

 

c

 

= 2 a + 3¡!, причому

j

a

j

 

= 4

b

 

= 5

 

 

 

 

 

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

b

 

600

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. Кут

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дорiвнює

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jj

 

 

 

 

мiж векторами

i ¡!

 

 

 

. Знайти модуль

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вектора ¡!.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J Скориставшись рiвнiстю (18), дiстанемо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j¡!j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

¡!¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2¡!

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

= c

2 =

 

 

 

 

a + 3 b )2 = 4 a 2 + 12 a b + 9 b

 

 

 

 

 

 

Маємо, що

 

¡!

 

 

 

 

 

jj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

jj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

2 =

 

 

a

 

2

 

= 42 = 16; b

2

=

b

2 = 52 = 25;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

b

 

=

 

a

 

 

b

 

 

cos ' = 4

 

5

 

cos 600 = 4

 

5 1 = 10:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

jjj j

 

 

 

 

 

¢ ¢

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¢ ¢

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тому

 

 

 

 

c

 

 

 

= p4

 

 

16 + 12

 

10 + 9

 

 

25 = p409:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j¡!j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¢

 

 

 

 

 

¢

 

 

 

 

 

 

¢

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ти.

Запишемо скалярний добуток векторiв через їхнi координа-

Нехай

 

a = (x1; y1; z1), ¡!

 

 

 

 

 

2

 

2

 

2

 

або

¡!

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b = (x ; y ; z )

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

~

 

z1 k; ¡!

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

a = x i + y j +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. Тодi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

b = x

 

~

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i + y

 

j + z

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

~

 

 

~

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

~~

 

 

 

 

 

 

 

~~

 

 

b = (x i

+ y1 j + z1 k)(x2 i + y2 j + z2 k) = x1x2 i i + x1y2 i j+

a

 

1

 

 

 

 

~~

 

 

 

 

 

 

 

 

~~

 

 

 

 

 

~ ~

 

 

 

 

~

~

 

 

 

 

 

 

 

~~

 

 

 

 

 

 

~

~

 

 

 

 

 

 

 

~ ~

 

+x1z2 i k+y1x2 j i+y1y2 j j+y1z2 j k+z1x2 k i+z1y2 k j+z1z2 k k:

 

 

 

 

~~

 

=

~ 2

 

 

 

 

 

~ ~

 

 

 

~ 2

= 1

 

 

~ ~

 

 

 

 

 

~

 

2

 

 

 

 

 

~~

 

Оскiльки

 

 

 

 

 

j

i

j

 

= 1 j j =

j

 

j

j

,

k k =

j

k

j

 

= 1 i j =

 

i i

 

 

 

¼

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

~~

 

 

 

 

 

 

 

¼

 

 

 

 

 

 

~

 

 

,

~

~

 

~~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

j i = 1 ¢¼ 1 cos 2

 

= 0,

 

i k = k i = 1 ¢ 1 cos 2

 

= 0,

 

j k = k j =

1 ¢ 1 cos 2

= 0, то

 

 

 

a

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(19)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b = x x + y y + z z :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡! ¡!

Якщо скористатися (19), то отримаємо, що вектори a i b ортогональнi тодi й тiльки тодi, коли

 

 

 

 

x1x2 + y1y2 + z1z2 = 0:

 

(20)

 

Приклад 2. При якому значеннi m вектори ¡!

= (2; 3;

¡

1)

i

b = (1;

 

5; m)

a

 

 

¡

перпендикулярнi?

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

J З умови (20) випливає, що

2 ¢ 1 + 3(¡5) + (¡1)m = 0;

115

звiдки одержуємо, що m = ¡13.

¡! ¡!

Отже, вектори a i b перпендикулярнi, коли m = ¡13. I

З формули (17) дiстаємо, що у випадку ненульових векторiв

a i

¡!

 

 

 

 

 

¡!

b

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

cos ' =

¡!

b

 

:

 

 

 

 

 

 

a

b

 

 

 

 

j

 

 

 

j¡!jj

 

Якщо скористатися формулою (19), то звiдси знаходимо, що

 

 

cos ' =

 

x1x2 + y1y2

+ z1z2

 

 

 

:

 

 

(21)

 

 

p

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

x12 + y12 + z12

x22 + y22 + z22

 

 

 

Приклад 3. Обчислити косинус кута мiж векторами

¡!

(3; 1; 1) i

¡!

= (2; 2; 1)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a =

¡

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J Згiдно з формулою (21)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos ' =

 

3 ¢ 2 + 1 ¢ 2 + (¡1) ¢ 1

 

=

7

 

 

0; 703:

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p32 + 12 + (¡1)2p22 + 22 + 12

3p11

¼

 

 

 

 

2.2. Векторний добуток. У пунктi 2.1 вивчено скалярний добуток двох векторiв, тобто добуток векторiв результатом якого є число. Тут ми розглянемо такий добуток векторiв,

коли результатом є вектор.

R

 

¡!

 

¡!

в просторi

називатимемо впоряд-

 

b

c

3

Три вектори a , ¡!,

 

 

кованою трiйкою або просто трiйкою, якщо вказано, який з цих векторiв є першим, який – другим i який – третiм. Напри-

¡!

 

 

 

 

 

 

клад, запис ( a ;

b ; c )

означає, що першим елементом трiйки

¡!

 

є a , другим –

¡!, а третiм – .

 

 

 

b

 

¡!

 

 

 

 

 

c

 

¡!

 

 

 

 

 

 

b

називаються компла-

 

 

 

 

 

 

c

Нагадаємо, що три вектори a , ,

 

нарними, якщо вони лежать в однiй площинi. Впорядкована

¡! ¡! ¡!

трiйка некомпланарних векторiв ( a ; b ; c ) називається пра-

вою (лiвою), якщо знаходячись всерединi тригранного кута, що утворений цими векторами, зведеними до спiльного почат-

ку, ми бачимо поворот на найменший кут вiд

¡!

b

 

b

a до ¡! i вiд ¡!

c

 

 

 

 

 

 

 

до ¡!, що здiйснюється проти стрiлки годинника (за стрiлкою

 

b ;

c )

 

¡!

b ;

¡!

 

 

 

 

 

 

c )

, а на

годинника). На рис. 1 зображено праву трiйку ( a ; ¡!

 

¡!

¡!

¡!

. Вiдзначимо, що коли вектори

рис. 2 – лiву трiйку ( a ;

 

 

 

116

 

 

 

 

¡! ¡! ¡!

a , b , c є компланарними, то для них втрачає змiст поняття правої й лiвої трiйок.

6 c

 

6¡!

 

 

 

¡!

 

c

 

a

 

 

 

 

 

*

¡!

 

* ¡!

 

 

b

 

 

 

 

 

z

 

z

b

 

 

Рис. 2

 

 

 

 

 

Рис. 1

¡!

 

¡!

 

 

a

 

 

 

Якщо двi трiйки векторiв є правими або лiвими, то їх називатимемо однаково орiєнтованими. В iншому випадку нази-

ватимемо цi трiйки протилежно орiєнтованими. Очевидно,

¡! ¡!

що з трьох заданих векторiв a , b , c можна утворити шiсть упорядкованих трiйок:

( a ;

¡!

¡!

¡!

¡! ¡!

¡!

 

 

 

b ; c );

( b ; c ; a );

(¡!

¡! ¡!

¡! ¡! ¡!

b ; a ; c );

( a ; c ; b );

¡! ¡! ¡!

( c ; a ; b );

¡! ¡! ¡!

( c ; b ; a ):

(22)

(23)

¡! ¡! ¡!

Усi трiйки (22) мають ту саму орiєнтацiю, що трiйка ( a ; b ; c ),

а всi трiйки (23) – орiєнтацiю, яка є протилежною до трiйки

( a ;

¡!

.

¡!

b ;

 

 

c )

 

Декартова прямокутна система координат називається

 

 

 

j ; k )

правою (лiвою), якщо три її базиснi вектори (i ; ¡! ¡! утво-

рюють праву (лiву) трiйку. На рис. 3 зображено праву систему координат, а на рис. 4 – лiву систему координат.

¡!

 

6z

 

 

 

 

¡!

 

6z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

¡!

 

 

 

 

6

 

 

k

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

-y

 

 

¡!

-x

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

¡!

 

i-

 

 

¼

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

O

 

 

 

 

j¼

 

O

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

¼

 

 

Рис. 3

 

 

 

¼y

 

Рис. 4

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Надалi ми розглядатимемо лише правi системи координат.

 

 

 

 

 

b ]

 

 

¡!

 

b

 

 

Векторним добутком вектора a на вектор ¡! називаєть-

¡!

 

¡! , який задовольняє умови:

 

 

ся вектор c

 

 

= [ a ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

117

 

 

 

 

¡!

1) довжина вектора c дорiвнює добутку довжин векторiв

¡! ¡!

a i b на синус кута ® мiж ними, тобто

c

=

a

b

 

sin ®;

(24)

¡!

j

 

 

j¡!j

 

jj j

 

 

 

c

 

 

 

 

 

a

¡! 2) вектор ¡! перпендикулярний до кожного з векторiв ¡! i b ;

3) напрямок вектора c такий, що трiйка векторiв

¡! ¡!

( a ; b ; c ) є правою (рис. 5).

¡!

 

 

6¡!

6c

 

 

c

 

*¡!

e

¡!

 

6 µ

 

b

¡!

b

 

 

 

I®

S

 

 

- a

 

q a

 

Рис. 5

 

¡!

¡!

 

Рис. 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

Поняття векторного добутку виникло в механiцi. Якщо ¡!

 

 

b ]

 

 

b

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OM

 

 

– сила, що прикладена в точцi M, а вектор a = ¡¡!, то вектор

¡!

¡!

¡! є моментом сили

¡! вiдносно точки .

 

 

c

= [ a ;

 

 

 

З умови 1) означення векторного добутку випливає, що для

 

 

b

 

 

 

 

 

b ] =

0

колiнеарних векторiв a i ¡! їхнiй векторний добуток дорiвнює

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

¡!

¡!

нулю, бо ® = 0, а отже, sin ® = 0. Навпаки, якщо [ a ;

i принаймнi один з векторiв

b

 

 

 

 

 

a

i ¡! є нульовим, то цi вектори

колiнеарнi, оскiльки нульовий вектор має невизначений напрямок i тому його можна вважати колiнеарним до будь-якого век-

 

 

 

 

a

b

 

 

a

 

> 0

i

тора. Якщо ж обидва вектори ¡! i

¡! ненульовi, тобто

j

¡!

j

 

b

> 0

, то з формули (24) випливає, що

sin ® = 0

 

 

 

 

 

j¡!j

 

, а це означає,

 

 

 

b

колiнеарнi. Отже, необхiдною i достатньою

що вектори a i ¡!

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

умовою колiнеарности двох векторiв є рiвнiсть нулю їхнього векторного добутку.

З формули (24) випливає, що довжина (модуль) векторного

¡!

b ]

дорiвнює площi

S

паралелограма, побудованого

добутку [ a ; ¡!

 

 

¡!

b

 

 

 

 

b ]

на векторах a

i ¡!, якi зведенi до спiльного початку. Тому,

¡!

 

 

 

 

¡!

¡!

¡! , то (рис. 6)

якщо e – орт векторного добутку c

= [ a ;

 

 

c

[ a ; ¡!

 

 

 

 

¡! ´

¡!

 

 

 

b ] = S e :

Розглянемо основнi властивостi векторного добутку. 118

1). При перестановцi множникiв векторний добуток змiнює свiй знак, зберiгаючи модуль, тобто

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[ a ; ¡!

 

 

¡

¡!

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b ] =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[ b ; a ]:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

J З означення векторного добутку випливає, що вектори

b ]

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b ]

 

[ b ; a ]

 

[ a ; ¡!

i

¡!

 

мають однаковi модулi, колiнеарнi, але напрям-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b ] =

 

[ b ; a ]

 

 

¡!

 

¡!

 

i

¡!

¡!

є проти-

ленi в протилежнi боки. Тому вектори [ a ;

 

 

 

 

 

лежними i, отже, [ a ;

¡!

 

 

¡

¡!

¡!

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2). Векторний добуток має сполучну властивiсть вiдносно

скалярного множника, тобто

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[® a ; ¡!

 

 

 

¡!

 

 

 

 

2 R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b ] = ®[ a ; b ]; ®

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3). Для векторного добутку правильна розподiльча вла-

стивiсть, тобто

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[ a +

 

 

¡! !¡

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b ; c ] = [ a ; c ] + [ b ; c ]:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доведення властивостей 2) i 3) не будемо наводити, бо воно

складнiше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4). [ a ; a ] = ¡!.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡! !¡

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ця властивiсть випливає безпосередньо з формули (24).

 

З цих властивостей легко одержуються такi два наслiдки.

 

Наслiдок 1. Для довiльних векторiв

¡!

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

a

i ¡! та числа

® 2 R правильна рiвнiсть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[ a ; ®¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(25)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b ] = ®[ a ; b ]:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J З властивостей 1) i 2) випливає, що

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[ a ; ®

 

 

¡

 

 

¡!

 

 

¡

 

¡!

 

 

 

 

 

¡!

 

¡!

 

 

I

 

 

 

b ] =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[® b ; a ] =

 

 

 

®[ b ; a ] = ®[ a ; b ]:

 

 

 

Наслiдок 2. Для довiльних векторiв

 

 

a ,

 

b

 

 

 

c

 

правильна

 

 

 

¡! i

¡!

рiвнiсть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b + c ] = [ a ; b ] + [ a ; c ]:

 

 

 

 

 

 

 

(26)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[ a ; ¡!

 

¡!

 

 

¡!

 

¡!

 

¡! ¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J Згiдно з властивостями 1) – 3) маємо

 

 

 

 

 

 

 

 

b ]+[ a ; c ]:

 

b + c ] = [ b + c ; a ] =

[ b ; a ]

 

[ c ; a ] = [ a ;

[ a ; ¡!

¡! ¡

¡!

 

¡! ¡! ¡

¡!

 

¡ ¡! !¡

 

 

 

¡!

!¡ ¡! I

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

119

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡! ¡! !¡
[ i ; j ] = k :
¡! !¡ !¡
[ j ; i ] = ¡ k :
¡! ¡! ¡! !¡ ¼
j[ i ; j ]j = j i j j j j sin 2 = 1:

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

¡! ¡

.

 

 

 

 

 

Приклад 4. Знайти [(2 a + 3¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J Маємо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b ); ( a

 

 

 

2 b )]

 

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¡! !¡

[(2 a + 3¡!

¡! ¡

 

 

¡! !¡

 

 

 

¡

 

¡!

 

 

¡

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[3 b ; 2 b ] =

 

b ); ( a

2 b )] = [2 a ; a ] + [3 b ; a ]

 

 

[2 a ; 2 b ]

 

 

 

=

¡

3[ a ; ¡!

¡

 

 

¡!

 

 

¡

 

 

¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4[ a ; b ] =

 

7[ a ; b ];

 

 

 

оскiльки [ a ; a ] = 0, [¡! ¡!

 

 

,

¡!

¡!

 

¡

¡!

.

I

 

 

 

¡! ¡!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b ; b ] = 0 [ a ; b ] = [ b ; a ]

 

 

 

Нехай задано два вектори

 

 

 

 

2

 

 

 

2¡!

 

2¡!

 

a = x1¡!i + y1¡!

 

1!¡ ¡!

 

 

 

 

 

 

¡!

 

 

 

 

j + z k ;

 

 

b = x i + y j + z k :

 

 

 

 

 

 

 

 

¡! ¡!

Знайдемо вираз векторного добутку [ a ; b ] через координа-

ти x1, y1, z1 i x2, y2, z2. Спочатку знайдемо всi парнi векторнi

¡! ¡! !¡

добутки одиничних векторiв i , j , k . Оскiльки векторний добуток колiнеарних векторiв дорiвнює нульовому вектору, то

[¡!i ;

¡!i ] = [¡! ¡!

¡! ¡!

:

(27)

 

j ; j ] = [ k ; k ] = 0

¡! ¡!

Розглянемо тепер, наприклад, добуток [ i ; j ]. Знайдемо його модуль

¡! ¡!

Вектор [ i ; j ] розмiщений на прямiй, перпендикулярнiй до

¡! ¡!

площини векторiв i та j , тобто на осi Oz. Цей вектор напрям-

лений у бiк додатного напрямку осi Oz, оскiльки при цьому

 

j

 

поворот вiд i до ¡! вздовж найкоротшого шляху видно з кiн-

j ]

здiйснюваний проти годинникової стрiлки

ця вектора [¡!i ; ¡!

 

(рис. 3). Звiдси випливає, що цей вектор збiгається з вектором

¡!

k , тобто

(28)

Очевидно, що

(29)

За допомогою аналогiчних мiркувань переконуємося, що

!¡ ¡!

¡! !¡

¡

[¡! !¡ ¡!

[ j ; k ] = i ;

[ k ; j ] =

i ;

k ; i ] = j ;

¡! ¡!

Розглянемо тепер добуток [ a ; b ].

120

[¡!i ;

¡!

¡¡!

 

k ] =

j :

 

 

(30)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]