Пусть заданы векторы в прямоугольной системе координат

тогда линейные операции над ними в координатах имеют вид:

 

 

 

Скалярное произведение векторов.

 

Определение. Скалярным произведениемвекторов и называется число, равное произведению длин этих сторон на косинус угла между ними.

×= ïïïïcosj

 

 

Свойства скалярного произведения:

 

1) ×= ïï²;

2) ×= 0, если ^или = 0 или = 0.

3) ×= ×;

4) ×(+) = ×+ ×;

5) (m)×= ×(m) = m(×); m=const

 

Если рассматривать векторы в декартовой прямоугольной системе координат, то

×= x_a x_b + y_a y_b + z_a z_b;

 

 

Используя полученные равенства, получаем формулу для вычисления угла между векторами:

 

;

 

Пример. Найти (5+ 3)(2- ), если

10×- 5×+ 6×- 3×= 10,

т.к. .

 

Пример. Найти угол между векторами и , если

.

Т.е. = (1, 2, 3), = (6, 4, -2)

×= 6 + 8 – 6 = 8:

.

cosj =

 

Пример. Найти скалярное произведение (3- 2)×(5- 6), если

15×- 18×- 10×+ 12×= 15

+ 12×36 = 240 – 336 + 432 = 672 – 336 = 336.

 

Пример. Найти угол между векторами и , если

.

Т.е. = (3, 4, 5), = (4, 5, -3)

×= 12 + 20 - 15 =17 :

.

cosj =

 

Пример. При каком m векторы и перпендикулярны.

 

= (m, 1, 0); = (3, -3, -4)

.

 

Пример. Найти скалярное произведение векторов и , если

()() =

 

= 10 +

 

+ 27 + 51 + 135 + 72 + 252 = 547.

 

 

Векторное произведение векторов.

 

Определение. Векторным произведениемвекторов и называется вектор , удовлетворяющий следующим условиям:

1) , где j - угол между векторами и ,

2) вектор ортогонален векторам и

3) , и образуют правую тройку векторов.

Обозначается: или.

 

 

 

j

 

Свойства векторного произведения векторов:

 

1) ;

2) , если ïïили = 0 или = 0;

3) (m)´= ´(m) = m(´);

4) ´(+ ) = ´+ ´ ;

5) Если заданы векторы (x_a, y_a, z_a) и (x_b, y_b, z_b) в декартовой прямоугольной системе координат с единичными векторами , то

´=

 

6) Геометрическим смыслом векторного произведения векторов является площадь параллелограмма, построенного на векторах и .

 

 

Пример. Найти векторное произведение векторов и

.

= (2, 5, 1); = (1, 2, -3)

.

 

 

При использовании компьютерной версии “Курса высшей математики” можно запустить программу, которая может найти скалярное и векторное произведения двух векторов. Для запуска программы дважды щелкните на значке:

В открывшемся окне программы введите координаты векторов и нажмите Enter. После получения скалярного произведения нажмите Enter еще раз – будет получено векторное произведение.

Примечание: Для запуска программы необходимо чтобы на компьютере была установлена программа Maple (Ó Waterloo Maple Inc.) любой версии, начиная с MapleV Release 4.

 

Пример. Вычислить площадь треугольника с вершинами А(2, 2, 2), В(4, 0, 3),

С(0, 1, 0).

(ед²).

 

Пример. Доказать, что векторы , и компланарны.

, т.к. векторы линейно зависимы, то они компланарны.

 

Пример. Найти площадь параллелограмма, построенного на векторах , если

(ед²).

 

Смешанное произведение векторов.

 

Определение. Смешанным произведением векторов , и называется число, равное скалярному произведению вектора на вектор, равный векторному произведению векторов и .

Обозначается или (, ,).

Смешанное произведение по модулю равно объему параллелепипеда, построенного на векторах , и .

 

 

 

 

 

 

Свойствасмешанного произведения:

 

1)Смешанное произведение равно нулю, если:

а) хоть один из векторов равен нулю;

б) два из векторов коллинеарны;

в) векторы компланарны.

2)

3)

4)

5) Объем треугольной пирамиды, образованной векторами , и , равен

6)Если , , то

 

 

 

Пример. Доказать, что точки А(5; 7; 2), B(3; 1; -1), C(9; 4; -4), D(1; 5; 0) лежат в одной плоскости.

Найдем координаты векторов:

Найдем смешанное произведение полученных векторов:

,

Таким образом, полученные выше векторы компланарны, следовательно точки A, B, C и D лежат в одной плоскости.

 

Пример. Найти объем пирамиды и длину высоты, опущенной на грань BCD, если вершины имеют координаты A(0; 0; 1), B(2; 3; 5), C(6; 2; 3), D(3; 7; 2).

 

Найдем координаты векторов:

Объем пирамиды

Для нахождения длины высоты пирамиды найдем сначала площадь основания BCD.

S_осн = (ед²)

Т.к. V = ; (ед)

 

Уравнение поверхности в пространстве.

 

Определение. Любое уравнение, связывающее координаты x, y, z любой точки поверхности является уравнением этой поверхности.

 

Общее уравнение плоскости.

Определение. Плоскостьюназывается поверхность, все точки которой удовлетворяют общему уравнению:

Ax + By + Cz + D = 0,

 

где А, В, С – координаты вектора -вектор нормали к плоскости.

 

Возможны следующие частные случаи:

 

А = 0 – плоскость параллельна оси Ох

В = 0 – плоскость параллельна оси Оу

С = 0 – плоскость параллельна оси Оz

D = 0 – плоскость проходит через начало координат

А = В = 0 – плоскость параллельна плоскости хОу

А = С = 0 – плоскость параллельна плоскости хОz

В = С = 0 – плоскость параллельна плоскости yOz

А = D = 0 – плоскость проходит через ось Ох

В = D = 0 – плоскость проходит через ось Оу

С = D = 0 – плоскость проходит через ось Oz

А = В = D = 0 – плоскость совпадает с плоскостью хОу

А = С = D = 0 – плоскость совпадает с плоскостью xOz

В = С = D = 0 – плоскость совпадает с плоскостью yOz

 

 

Уравнение плоскости, проходящей через три точки.