- •Кафедра алгебры, геометрии, теории и методики обучения математике
- •Список рекомендуемой литературы
- •Элементы векторной алгебры Лекция 1 Векторы. Линейные операции над векторами
- •§1. Понятие вектора
- •Правило построения разности двух векторов
- •Задания для самостоятельной работы
- •Задания для самостоятельной работы
- •§2. Сложение и вычитание векторов
- •Правило треугольника
- •Правило параллелограмма
- •Правило многоугольника
- •§3. Умножение вектора на число
- •Свойства умножения вектора на число
- •Задания для самостоятельной работы
- •Лекция 3 Базис. Координаты вектора
- •§5. Базис. Координаты вектора в данном базисе
- •И их свойства
- •Свойства координат векторов
- •Задания для самостоятельной работы
- •Лекция 4 Нелинейные операции над векторами
- •§6. Скалярное произведение двух векторов
- •Геометрические свойства скалярного умножения векторов
- •Алгебраические свойства скалярного умножения векторов
- •Приложение скалярного произведения векторов к доказательству теорем
- •Задания для самостоятельной работы
- •Лекция 5 Нелинейные операции над векторами
- •§7. Понятие об ориентации пространства и плоскости
- •Задания для самостоятельной работы
- •Применение векторного произведения
- •Алгебраические свойства смешанного умножения векторов
- •Применение смешанного произведения
- •Задания для самостоятельной работы
- •§11. Основные аффинные и метрические задачи
- •Основные аффинные задачи
- •Основная метрическая задача
- •Задания для самостоятельной работы
- •Лекция 8 Формулы преобразования координат
- •§12. Преобразование аффинной системы координат
- •Частные случаи преобразования аффинной системы координат
- •Задания для самостоятельной работы
- •§13. Понятие направленного угла между векторами. Преобразование прямоугольной системы координат
- •Частные случаи преобразования прямоугольной системы координат
- •Задания для самостоятельной работы
- •§14. Полярные координаты
- •Задания для самостоятельной работы
- •Задания для самостоятельной работы
- •§16. Общее уравнение прямой и его частные случаи
- •Частные случаи общего уравнения прямой
- •Задания для самостоятельной работы
- •§17. Основные аффинные задачи, связанные с прямой на плоскости (обзор)
- •Задания для самостоятельной работы
- •Лекция 10
- •Задания для самостоятельной работы
- •§19. Основные метрические задачи, связанные с прямой на плоскости
- •Задания для самостоятельной работы
- •Задания для самостоятельной работы
- •§21. Общее уравнение плоскости
- •Задания для самостоятельной работы
- •§ 22. Лемма о параллельности вектора и плоскости. Частные случаи общего уравнения плоскости
- •Задания для самостоятельной работы
- •§ 23. Основные аффинные задачи, связанные с плоскостью (обзор)
- •Задания для самостоятельной работы
- •Лекция 12 Плоскость в прямоугольной системе координат
- •§ 24. Плоскость в прямоугольной системе координат. Основные метрические задачи, связанные с плоскостью
- •Задания для самостоятельной работы
- •Лекция 13 Прямая в пространстве. Различные задачи на прямые и плоскости в пространстве
- •§ 25. Различные уравнения прямой в пространстве
- •Задания для самостоятельной работы
- •§ 26. Основные аффинные задачи на прямые и плоскости
- •Задания для самостоятельной работы
- •§ 27. Основные метрические задачи на прямые и плоскости в пространстве
- •Задания для самостоятельной работы
Задания для самостоятельной работы
Запишите в координатном виде условие того, что прямые
и
являются скрещивающимися.Запишите в координатном виде условие того, что прямые
и
(см. задание 1) пересекаются.Запишите в координатном виде условие параллельности прямых
и
(см. задание 1).Запишите в координатном виде условие совпадения прямых
и
(см. задание 1).Выясните взаимное расположение прямой
и оси: а)
;
б)
;
в)
аффинной системы координат
.Выясните взаимное расположение прямой
и координатной плоскости: а)
;
б)
;
в)
.
§ 27. Основные метрические задачи на прямые и плоскости в пространстве
1. Угол между двумя прямыми в пространстве.
Возьмем в пространстве
две непараллельные прямые
и
.
Тогда
и
являются либо пересекающимися, либо
скрещивающимися. Если
и
пересекаются, то они образуют четыре
угла. Тогдауглом
между
и
называется тот из четырех углов, который
по величине не превосходит остальные.
П
усть
и
являются скрещивающимися. Возьмем в
пространстве произвольную точку
и проведем через нее прямые
и
(рис. 83). Прямые
и
образуют четыре угла с вершиной
.
Тот из них, который по величине не
превосходит остальные, называетсяуглом
между прямыми
и
.
Выведем формулу
для вычисления косинуса угла между
прямыми
и
.
Пусть
и
направляющие векторы прямых
и
соответственно. Возможны два случая:
а) Если
,
то
.
Тогда![]()
.
б) Если
,
то
.
Тогда![]()
.
Из пунктов а), б)
следует, что
.
Таким образом,
.
(35)
2. Условие перпендикулярности двух прямых в пространстве.
Из формулы (35) получаем:
.
Итак,
![]()
(две прямые в пространстве взаимно перпендикулярны тогда и только тогда, когда скалярное произведение их направляющих векторов равно нулю).
Заметим, что взаимно перпендикулярные прямые в пространстве могут быть как пересекающимися, так и скрещивающимися.
3. Угол между прямой и плоскостью.
Н
апомним,
что прямая называетсяперпендикулярной
плоскости,
если она перпендикулярна каждой прямой,
лежащей в этой плоскости.
Если
не перпендикулярна
,
тоуглом
между прямой
и плоскостью
называется острый угол между прямой
и ее проекцией на плоскость
(рис. 84).
Если
,
тоугол между
и
считается равным
.
Пусть
и
не перпендикулярна
,
направляющий вектор прямой
,
а плоскость
задана в прямоугольной декартовой
системе координат общим уравнением
.
Найдем величину угла
между прямой
и плоскостью
.
Положим
.
Возможны два случая:
а) Если
(рис. 85, а), то
.
б) Если
(рис. 85, б), то
![]()
.
Из пунктов а), б)
следует, что
.
Учитывая, что
,
получаем:
.
(36)
Заметим, что если
,
то
,
тогда![]()
(соответственные
координаты коллинеарных векторов
пропорциональны). Тогда левая часть
формулы (36) будет равна:
,
а правая –

.
Таким образом,
если
,
то формула (36) также справедлива.
4. Условие перпендикулярности прямой и плоскости.
.
Применяя условие коллинеарности двух
векторов в координатах, получим:
.
Задания для самостоятельной работы
Укажите на чертеже угол между ребром
куба
и диагональю
его грани
;
угол между ребрами
и
.Вычислите величину угла между прямой
и осью абсцисс прямоугольной декартовой
системы координат
.
–середина ребра
куба
.
Укажите на чертеже угол между прямой
и плоскостью
нижнего основания куба.Вычислите величину угла между прямой
и координатной плоскостью
прямоугольной декартовой системы
координат
.Выясните, будет ли прямая
перпендикулярна плоскости
прямоугольной декартовой системы
координат
.
