Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции по линейной алгебре.docx
Скачиваний:
456
Добавлен:
20.03.2016
Размер:
1 Мб
Скачать
☆

Лекция № 9

Вопрос 1. Векторное произведение векторов

(геометрический смысл, свойства).

Векторы , и, взятые в указанном порядке, образуют правую тройку векторов (рис. 2), еслинаходится по ту сторону плоскости, содержащей векторыи, откуда кратчайший поворот от векторакможно совершить против часовой стрелки.

В противном случае векторы образуют левую тройку векторов (рис. 1).

Векторным произведением векторов и называется вектор = ×, удовлетворяющей следующим 3‒м свойствам:

  1. ││= ││·││·sin, где = (;).

  2. ⊥; ⊥;

  3. Векторы , и, взятые в указанном порядке, образуют правую тройку векторов.

Геометрический смысл.

Sпароаллелограмма = ││·││·sin => ││ =│×│,

т.е. │×│=Sпароаллелограмма

Модуль векторного произведения векторов и равенSпараллелограмма, построенного на векторах ‒ множителях.

Свойства векторного произведения.

1. ×=‒ (×)– не коммутативно

2. Если коллинеарен , то×=, т. к.sin 00 = 0.

3.  (×) = ( · ) ×=× ( · ) – ассоциативность

4. (+) ×=×+×– дистрибутивность

Вопрос 2. Выражение векторного произведения через координаты.

Пусть = ();= ();

Разложим а и b по базисным векторам:

а= x1i + y1 j + z1k,     b = x2i + y2 j + z2k.

Используя свойства векторного произведения, получаем

× = (x1i + y1 j+ z1k)× (x2i + y2 j+ z2k) =

= x1·x2·i×i + x1·y2·i×j + x1·z2·i×k +

+ y1·x2 j×i + y1·y2 j; j + y1·z2 j×k +

+ z1·x2 k×i + z1·y2 k×j + z1·z2 k×k.      (1)

По определению векторного произведения находим

i×i = 0,         i×j = k,           i×k= –j,

j×i = –k,      j×j  = 0,          j×k  = i,

k×i = j,         k×j = –i.      k×k = 0.

Учитывая эти равенства, формулу (1) можно записать так:

× =x1y2k–x1z2 j–y1x2k + y1z2 i + z1x2 j –z1y2i

или

× = (y1z2 –z1y2) i + (z1x2 –x1z2 )j + (x1y2–y1x2) k.   (2)

Формула (2) дает выражение для векторного произведения двух векторов, заданных своими координатами.

Полученную формулу можно записать в другом более удобном для запоминания виде:

× =  (3)

Обычно формулу (3)  записывают еще короче:

× =(4)

‒ формула для вычисления векторного произведения.

Тогда,

Sпароаллелограмма = │×│=

Sтреугольника = =;

Пример: найти векторное произведение векторов:

Решение:

Вопрос 3. Смешанное произведение векторов

(геометрический смысл, свойства).

Смешанным произведением векторов ( × ) называется скалярноепроизведениевектора( × )на вектор.

Геометрический смысл

Построим на векторах , параллелепипед и найдем его объемV.

Vпараллелепипеда = Sосн. · H = ·=··Cos= .

= Vпараллелепипеда

Модульсмешанногопроизведениятрехвекторов численно равен объему параллелепипеда, построенного натрехданных векторах ‒ множителях.

Vтетраэдра = Vпараллелепипеда

Вопрос 4. Выражение векторного и смешанного произведения через координаты перемножаемых векторов.

Пусть = ();= ();

‒ формула для вычисления смешанного произведения.

Пример:

Дано:

ABCD – тетраэдр.

A (– 2; 3; – 4)

B (3; – 1; 5)

C (4; – 4; 2)

D (5; 7; 1)

Найти:

1) ABC

2) Уравнение BCD

3) VABCD

Решение:

1)

2)

│: 2

–уравнение BCD.

3)

кубических единиц.

Теорема. Признак компланарности векторов.

Для того чтобы векторы , были компланарны, необходимо и достаточно чтобы ихсмешанное произведение равнялось нулю, т.е.

,

т.к. объем Vпараллелепипеда = 0 (векторы , в одной плоскости).

Пример: Проверить компланарны ли три вектора

= {1; 1; 1}, = {1; 3; 1},= {2; 2; 2}.

Решение: найдем смешанное произведение векторов.

· [×] =

Ответ: вектора компланарны, так как их смешанное произведение равно нулю.