- •Глава I 9
- •Глава I математический формализм
- •О понятии действительных чисел
- •Формализм натуральных чисел
- •Операции, определяющие формирование множества рациональных чисел
- •Вывод 1
- •Определение 1
- •Следствие
- •Задачи, приводящие к расширению множества рациональных чисел
- •Вывод 2
- •Замечание 1
- •Аксиоматика рациональных чисел
- •Задача 1
- •Задача 2
- •Вывод 3
- •Аксиоматизация множества действительных чисел
- •Аксиома непрерывности Кантора.
- •Аксиоматическое обоснование евклидовой геометрии
- •О “Началах” Евклида
- •Аксиоматика д. Гильберта(1862–1943)
- •Группа 1. Аксиомы соединения
- •Теорема 1
- •Теорема 2
- •Теорема 3
- •Группа 2. Аксиомы порядка
- •Определение
- •Группа 3. Аксиомы конгруэнтности
- •Теорема (о внешнем угле треугольника)
- •Определение движения
- •Замечание 1
- •Вывод 1
- •Вывод 2
- •Группа 4. Аксиомы непрерывности
- •Замечание 2
- •Замечание 3
- •Вывод 3
- •Группа 5. Аксиома параллельности
- •Замечание 4
- •Два недостатка аксиоматики д. Гильберта
- •Структура векторного пространства
- •Модель направленных отрезков
- •Сложение обладает свойствами:
- •Свойства операции умножения:
- •Определение
- •Арифметическая модель векторного пространства
- •Теорема размерности
- •Вывод 1
- •Вывод 2
- •Вывод 3
- •Аксиомы скалярного произведения векторов
- •Следствие
- •Следствие
- •Вывод 4
- •Определение
- •Модель Вейля евклидовой геометрии
- •Арифметизация трехмерного евклидова пространства
- •Свойства операции откладывания вектора
- •Определение
- •Вывод 1
- •Вывод 2
- •Многомерное арифметическое евклидово пространство
- •Вывод 3
- •Замечание
- •Следствие 1
- •Основные факты в планиметрии Лобачевского
- •1. Сумма углов многоугольника в плоскости l2
- •Следствие 2
- •Вывод 3
- •Глава II свойства аксиоматических систем
- •Математические структуры и аксиоматические теории
- •Понятие отношений между объектами
- •Следствие 1
- •Пример 1
- •Определение
- •Следствие 2
- •Понятие математической структуры
- •Определение
- •Замечание 1
- •Формальная и содержательная аксиоматики. Теории и структуры
- •Рассмотрим пример
- •Вывод 1
- •Вывод 2
- •Определение
- •Изоморфизм
- •Пример 1
- •Пример 2
- •Определение изоморфизма
- •Вывод 3
- •Вывод 1
- •Независимость аксиоматической системы
- •Независимость аксиомы параллельности
- •Замечание 1
- •Дедуктивная полнота и категоричность системы аксиом
- •Определение (дедуктивной полноты)
- •Определение (категоричности)
- •Пример 2
- •Пример 3
- •Проблема выразимости
- •Историческая роль V постулата Евклида в развитии оснований математики
- •Анализ текстовых парадоксов
- •Языковые свойства имен объектов
- •Пример 1
- •Понятие искусственного языка
- •Понятие парадокса
- •“Ахиллес и черепаха”
- •Парадокс пустого множества
- •Парадокс достижимости в натуральном ряде
- •“Одно и то же, но по–разному”
- •Пример 1
- •Пример 2
- •Заключение
- •Обозначения.
- •Литература
Сложение обладает свойствами:
и

+
=
+
,
и
(
+
)+
=
+(
+
)Существует вектор
такой, что

+
=
(
– нулевой вектор)
«–
»
такой, что
+(–
)=
.
(«–
»
называется противоположенным вектору
).
Свойства 1 и 2 схематично представлены на рис 12, а и 12, b, соответственно.
Свойство 3 представляет возможность вырождения в точку одного из слагаемых:
+
=
,
=![]()
Свойство 4 представляет правило сложения
![]()
+
=
=
,
в
котором естественно считать
=–
.
Длину направленного отрезка
будем обозначать |
|.
Очевидно, что |
|
= |
|.
Операция
умножения отрезка
на число
определяет направленный отрезок
=
.
Длина |
|=
||
|
|;
направление
то же, что и у отрезка
,
если>0,
и обратное, если <0.
Свойства операции умножения:

·1=
. , R и
(
) = (
)
. R и
,
(
+
)
=
+
. , R и
(+)
=
+
.
Доказательство восьми свойств сложения и умножения на число направленных отрезков можно найти в школьных учебниках, и мы их опускаем.
Теперь сформулируем понятие вектора.
Определение
Направленные отрезки с операциями сложения по правилу треугольника (параллелограмма) и умножения на число называются векторами.
В силу инвариантности направленных отрезков относительно параллельного переноса заключаем, что: 1) вектор – это класс направленных отрезков, определяемый всеми параллельными переносами любого из его представителей; 2) свойства операций сложения векторов и умножения на число также инвариантны относительно параллельного переноса.
Множество всех векторов назовем векторным пространством, а построенную модель направленных отрезков – геометрической моделью векторного пространства.
Первая часть сформулированной задачи A нами решена. Для решения второй части этой задачи построим арифметическую (координатную) модель векторного пространства.
Арифметическая модель векторного пространства
Выражения
вида
+
+…+
называются линейными комбинациями
векторов с действительными числами.
Теорема размерности
П
усть
вектор
параллелен вектору
1,
тогда существует xR
такое, что
=x
1.Пусть векторы лежат в плоскости П и
1
не параллелен
2.
Тогда всякий вектор
П
есть линейная комбинация векторов
1
и
2:
=
х
1
+у
2.
П
усть
векторы
1,
2
и
3
не лежат в одной плоскости. Тогда всякий
вектор
есть их линейная комбинация:
=
x
1
+ y
2
+ z
3
Доказательство проведем только для случая 2.
Выберем
произвольную точку О
на плоскости П
и отложим из нее векторы
1,
2
и
.
На направленияО
1
и О
2
отложим
направленные проекции вектора
(рис. 6), обозначив их, соответственно,х
2
и у
2.
Тогда получим требуемое равенство
=х
1
+у
2.
Случай 2 доказан. Случай 1 – тривиален,
а случай 3 доказывается аналогично с
построением параллелепипеда.
Будем
говорить, что векторы
1
и
2
на рис. 6 образуют векторный базис на
плоскости векторов, а числа х
и у
назовем координатами вектора
в этом базисе. Аналогично можно определить
базис на прямой и в пространстве,
используя случаи 1 и 3 рассмотренной
теоремы.
Таким образом, каждый вектор имеет свои координаты в заданном базисе и, наоборот, всякая тройка чисел (x,y,z) (в заданном порядке) определяет единственный вектор в этом базисе.
Вывод 1
Если
в пространстве задан базис {
1,
2,
3},
то между множеством векторов и
упорядоченными тройками чисел (x,y,z)
установлено взаимно однозначное
соответствие
↔(x,y,z),
(1)
определяемое
разложением вектора
в заданном базисе:
.
Чтобы
объявить множество упорядоченных троек
чисел
арифметической или координатной моделью
трехмерного векторного пространства,
покажем, что операции сложения векторов
и умножения на число определены в
координатной форме и, что координаты
вектора определяют его длину и направление.
Для
удобства будем считать, что
,
,
– известный в элементарной геометрии
базис, состоящий из единичных взаимно
перпендикулярных векторов. Для простоты
также ограничимся случаем плоскости.
Пусть
,
.
Тогда
и
элементы геометрической модели и для
них определена сумма
.
Учитываем,
что
,
,
и
также элементы геометрической модели
и, используя свойства 1–4 сложения и
свойства 1–4 умножения, получаем
![]()
![]()
Согласно
соответствию (1), установленному выше,
заключаем, что
– координаты вектора
.
Аналогично показывается, что вектор
имеет координаты
.
Используя теорему Пифагора, находим длину вектора на плоскости
![]()
и в пространстве
.
Наконец,
для противоположного вектора
находим координаты:
.
