Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Matematika_1.pdf
Скачиваний:
51
Добавлен:
17.03.2015
Размер:
3.09 Mб
Скачать

33

Формула (5) дает разложение вектора a по прямоугольному Декартову базису. Числа ax , ay , az называют при этом прямоугольными или Декартовыми

координатами вектора a .

Из теорем о проекциях следует, что линейные операции над векторами можно заменить арифметическими действиями над их Декартовыми коорди-

натами.

a ax i ay j az

k , b bx i by j bz k .

Пусть

Тогда

a ax i ay j az k ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a b a

x

b

i a

y

b

y

j

a

z

b

k .

 

 

 

x

 

 

 

 

 

z

Пример.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть

a 5i 10 j 3k ,

b 4i 2 j 8k .

 

 

 

 

Тогда 3a 2b 3 5 2 4 i 3 10 2 2 j 3 3 2 8 k

7i 26 j 7k .

Зная координаты вектора a , можно легко найти выражение для модуля вектора a .

На основании известной теоремы о длине диагонали прямоугольного параллелепипеда можно написать:

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

a

 

2 ax2 a2y az2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OM

 

 

 

OM1

 

 

 

 

OM 2

 

 

 

 

OM 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a ax2 a2y az2 .

7.3Направляющие косинусы вектора

 

z

 

Пусть вектор a образует с координатны-

 

 

 

ми осями Ox ,

Oy и Oz углы , , соответ-

 

a

 

ственно (рис.

1.15). Эти три угла

однозначно

 

 

 

определяют направление вектора a

в простран-

O

y

стве, поэтому косинусы этих углов

cos , cos ,

 

cos называют направляющими

косинусами

 

 

 

вектора a .

 

a ax i ay j az k . Тогда из

x

Рис. 1.15

 

Пусть

 

 

теоремы 1 о проекциях

 

 

 

 

 

 

 

 

ax прOxa

 

 

 

a

 

 

cos ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ay прOy a

 

 

 

 

a

 

 

 

 

cos ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

az прOza

 

 

a

 

 

cos .

 

 

 

 

 

 

 

34

Отсюда:

cos

 

ax

 

 

ax

 

 

,

cos

 

 

ay

 

 

ay

 

,

 

a

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

ax2 a2y

az2

 

 

 

ax2 a2y

az2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

 

 

 

az

 

 

 

az

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ax2 a2y

az2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2 cos2

cos2 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(6)

Соотношение (6) является необходимым и достаточным условием для того, чтобы cos , cos , cos являлись направляющими для некоторого вектора

пространства.

7.4 Радиус-вектор

Пусть в пространстве задана прямоугольная Декартова система координат Oxyz . Тогда любая точка пространства

z

 

M

O

y

 

x

Рис. 1.16

M однозначно определяется тремя числами x , y , z , которые равны соответствующим

координатам вектора OM (рис 1.16).

Вектор OM называют радиус-вектором

точки M , а числа x , y , z прямоугольными

Декартовыми координатами точки M и пи-

шут M (x ; y ; z) .

7.5 Условие коллинеарности двух векторов

Пусть векторы

a и b

коллинеарны. Тогда

a b , т.е.

ax bx ,

ay by , az bz ,

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

x

 

ay

 

a

z .

 

 

 

 

 

 

b

b

 

b

 

 

 

 

 

 

x

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

7.6

Простейшие задачи

 

 

 

 

Задача 1. Даны две точки M1(x1; y1; z1 ) и M 2 (x2 ; y2 ; z2 ) . Найти рас-

стояние (M1; M 2 ) между данными точками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Построим

вектор M1M 2

.

 

Очевидно,

M1M 2 OM 2

OM1

 

 

x2 x1

 

 

 

 

.

 

 

(рис. 1.17). Тогда

M1M 2

; y2 y1 ; z2 z1

 

 

--------------------------------------------------

© Тимофеев В.А., Тимофеев А.А., 2014

35

 

 

z

 

 

Отсюда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M 2

 

 

 

 

M1M 2

 

(M1; M 2 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x

2

x )2

( y

2

 

y )2

(z

2

z )2 .

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение. Пусть

дан

 

отрезок

AB ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точка

 

M , лежащая на данном отрезке и число

x

 

Рис. 1.17

0 . Если имеет место соотношение

 

 

 

AM

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то говорят, что точка M делит отрезок AB в отношении .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 2.

Даны две точки

 

A(xA; yA; zA ) , B(xB ; yB ; zB )

 

и число 0 .

Найти координаты точки M , делящей отрезок AB в отношении .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

Решение.

Обозначим искомые координаты точки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

 

M через x , y , z . Построим векторы AM и

MB

 

 

 

 

 

 

(рис.

 

1.18).

 

Тогда

координаты

этих

 

 

векторов

 

 

 

 

 

 

 

(задача 1):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

AM x

xA; y yA; z zA ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z .

 

 

 

 

 

 

 

Т.к.

 

Рис. 1.18

 

 

 

 

 

MB xB x ; yB y ; zB

 

 

 

 

 

 

 

 

AM и векторы AM и

 

MB сонаправлены, то AM MB . Отсюда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

получаем соотношения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x xA (xB x) ,

 

y yA ( yB y) ,

 

z zA (zB z) .

 

Тогда искомые координаты точки M равны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

xA xB

,

y

yA yB

,

z

zA zB

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученные формулы (7) называются формулами деления отрезка в данном отношении.

Замечание 1. Если точка M – середина отрезка AB , то 1 и формулы (7) принимают вид

x

xA xB

,

y

yA yB

,

z

zA zB

.

 

2

 

2

 

 

 

2

 

Замечание 2. Прямоугольный Декартов базис и соответствующая ей прямоугольная система координат на плоскости вводятся аналогичным образом.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]